초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
◎ 최종 목표
본 연구과제에서는 기존 산화·환원 그래핀과 차별화된 신개념의 엣지부분산화 그래핀(edge-oxidized graphene)의 제조기술을 개발하고 이를 기반으로 금속, 금속산화물 및 기능성 폴리머 하이브리드 복합체를 제조한 후, 다양한 기술을 통하여 고전도성 전극 및 내산화·내화학 코팅 중간재, 초저전력 센서소재, 면상발열체 및 압력센서에 응용하고자 한다.
◎ 전체 내용
기존 산화 (혹은 환원) 그래핀의 수계분산성, 응용성, 공정용이성 및 대량양산성의 장점을 살리면서도 그

□ 연구개발 목표 및 내용
◎ 최종 목표
본 연구과제에서는 기존 산화·환원 그래핀과 차별화된 신개념의 엣지부분산화 그래핀(edge-oxidized graphene)의 제조기술을 개발하고 이를 기반으로 금속, 금속산화물 및 기능성 폴리머 하이브리드 복합체를 제조한 후, 다양한 기술을 통하여 고전도성 전극 및 내산화·내화학 코팅 중간재, 초저전력 센서소재, 면상발열체 및 압력센서에 응용하고자 한다.
◎ 전체 내용
기존 산화 (혹은 환원) 그래핀의 수계분산성, 응용성, 공정용이성 및 대량양산성의 장점을 살리면서도 그래핀 고유의 우수한 전기적·기계적·화학적 특성을 유지한 신개념의 부분산화 그래핀 원천소재를 개발하고, 이를 그래핀 기반 기능성 복합중간재로 생산 및 응용하기 위하여 다양한 소재와의 복합화를 통하여 여러 산업 분야에 응용해 보는 것을 목표로 한다.
◎ 1단계(해당 시 작성)
● 목표
○ 엣지부분산화 그래핀의 제조
○ 엣지부분산화 그래핀-금속 및 금속산화물 복합중간재 개발 및 연속 고속 공정을 이용한 양산시스템 개발
○ 엣지부분산화 그래핀기반 복합 중간재의 고효율 센서, 기능성 코팅 중간재로써의 응용
● 내용
○ 엣지부분산화 그래핀의 경우, 비산화(non-oxidative)방식으로 제조된 그래핀 시트의 엣지부분을 국소산화하여 그래핀 기저평면(basal plane)의 콘쥬게이션(conjugation) 구조를 유지함으로써 그래핀 고유의 전기적·기계적 특성을 유지함과 동시에 수계 공정성이 확보되는 고품질·비환원 그래핀의 제조기술을 확보하였음.
○ 제조된 그래핀의 기능화를 통하여 금속, 금속산화물 및 하이브리드 복합소재를 개발하고자 하였음. 이를 위해 금속 및 금속산화물과 엣지부분산화 그래핀의 하이브리드 복합소재는 그래핀의 엣지 기능화와 금속 및 금속산화물의 i)배위결합형성, 핵생성 및 성장과 ii)금속/금속산화물 나노입자의 리간드 교체를 통한 기능화를 아용하여 진행하였음.
○ 응용으로써 그래핀/금속 및 금속산화물 복합체의 Shottky Barrier-type의 초저전력 유연기판 적용 고감도 수소, 이산화탄소, VOC등의 센서소재 제조하였고, 그래핀/고전도성 금속과의 복합화를 하고 나노코팅을 통한 내산화·내화학성을 갖는 전극제 제조하였음.
○ 상기의 그래핀 기반 복합체의 균일 대량생산 개발을 위하여 본 연구에서는 공정설계 및 연속식 고속 순간반응 시스템을 제조하여 반응의 불균일성을 해소하고 중합시간을 단축하여 생산성을 향상시키고자 하였음.
◎ 2단계(해당 시 작성)
● 목표
○ 엣지부분산화 그래핀 기반 가스센싱용 복합중간재 제조기술 개발 및 양산
○ 엣지부분산화 그래핀 기반 전기전도성 및 내화학성 코팅재 개발
○ 저항변화 기반 응용소재 공정 개발
● 내용
○ 각 기능에 맞춰 엣지부분산화 그래핀-금속 및 금속산화물 복합중간재에 담지되는 금속 및 금속산화물 나노구조체의 종류, 조성, 담지량 및 위치를 제어하여 가스·바이오 센서 또는 누출 감지용 기능성 복합중간재로 응용하였음.
○ 엣지부분산화 그래핀 기반 기능성 코팅재를 개발하였음. 이때 코팅재는 각 목적에 맞게 전기전도성, 내부식성, 내산화성을 코팅 타겟에 부여하고, 목적에 따라 다양한 코팅법을 이용해 양산의 가능성을 확인하였음.
○ 다양한 매트릭스와 엣지부분산화 그래핀을 복합화하여 외부 요인에 따른 저항 변화를 기반으로 하는 다양한 소재를 개발하였음.

□ 연구개발성과
○ TRL (Technology Readiness Level) 6단계
○ 기술이전: 2건, 계약액 3억3천9백8십만원, 징수액 1억1천8백8십만원
○ 논문: 국외 SCI 급 논문 29편
○ 특허: 국내·국외 출원 41건, 등록 15건
○ 시작품 출시건수: 11건
○ 인력양성 : 석사급 13명, 박사급 11명

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
○ 엣지부분산화 그래핀 제조기술 개발 및 양산화를 통한 고품질 그래핀의 원소재 시장 점유 및 그래핀 관련 산업분야의 응용제품 선점 및 시장 지배력 강화: 신개념 엣지부분산화 그래핀의 양산 제조기술 개발을 통한 그래핀 관련 연구 및 관련 산업분야의 획기적 활성화 및 관련 시장 급성장이 기대됨.
○ 그래핀-금속 및 금속산화물 복합중간재 개발을 통한 가스·바이오 센서 산업분야로서의 적용 및 활성화: 수소에너지 이용에 따른 수소센서의 성장, 이산화탄소 및 VOC로 인한 환경 문제에 대응을 위한 환경 센서 응용이 폭발적으로 확대되는 바, 초저전력 센서개발로 경제적인 모바일형 센서로의 응용이 기대됨.
○ 기능성 나노코팅소재용 그래핀-금속/폴리머 복합소재 개발을 통한 관련 세계 산업시장 기술적 선점 및 시장 지배력 강화: 그래핀 기반 나노코팅소재 개발을 통한 코팅재, 복합재 기반 소자 관련 세계 산업시장에의 기술적 선점 및 시장 지배력 강화가 기대됨.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요 약 문 ... 2
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 7
• (1) 엣지부분산화 그래핀의 제조 및 특성평가 ... 7
• (2) 엣지부분산화 그래핀-금속, 금속산화물 복합중간재 개발 및 응용 ... 11
• (3) 엣지부분산화 그래핀 - 금속 및 고분자 복합중간재 개발 및 응용 ... 21
• (4) 연속·고속 공정을 이용한 그래핀기반 복합중간재 양산시스템 개발 ... 35
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 39
• 1) 연구수행 결과 ... 39
• 2) 목표 달성 수준 ... 51
• 4. 목표 미달 시 원인분석 ... 53
• 1) 목표 미달 원인(사유) 자체분석 내용 ... 53
• 2) 자체 보완활동 ... 53
• 3) 연구개발 과정의 성실성 ... 53
• 5. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 54
• 6. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 54
• 끝페이지 ... 55