초록 ▼

□ 연구개발목표 및 내용
○ 최종 목표
본 과제는 고성능/고품질 나노섬유 기반의 직물 에너지 하베스터의 제작 및 특성 평가 기술을 개발하고 압전 나노섬유 제직을 통한 직물 시제품 제작과 기능성 가공기술 개발을 통해서 웨어러블 디바이스 용도의 압전 하베스터 개발을 목표로 함.

○ 전체 내용
- 유/무기 복합소재 기반 고품질 압전 나노섬유 제작을 위한 압전 소재 조성 설계, 나노섬유 제조 공정 및 에너지 하베스터 구조 디자인 최적화 기술 개발
- 직조용 압전 섬유화 기술에 관한 원천기술 개발을 통한 고

□ 연구개발목표 및 내용
○ 최종 목표
본 과제는 고성능/고품질 나노섬유 기반의 직물 에너지 하베스터의 제작 및 특성 평가 기술을 개발하고 압전 나노섬유 제직을 통한 직물 시제품 제작과 기능성 가공기술 개발을 통해서 웨어러블 디바이스 용도의 압전 하베스터 개발을 목표로 함.

○ 전체 내용
- 유/무기 복합소재 기반 고품질 압전 나노섬유 제작을 위한 압전 소재 조성 설계, 나노섬유 제조 공정 및 에너지 하베스터 구조 디자인 최적화 기술 개발
- 직조용 압전 섬유화 기술에 관한 원천기술 개발을 통한 고출력의 직물 압전에너지 하베스터 제작 및 변위 크기 및 내구성을 고려한 에너지 하베스터 특성 평가 기술의 확보
- 나노섬유의 대면적화를 통한 직조/직물 제조 공정에 적용 가능한 나노섬유 yarn의 대량생산공정의 구축 및 나노섬유 기반 압전 하베스터의 상용화를 위한 기술기반을 확립
- 압전 나노섬유의 제직 기술 개발을 위해 직조용 나노섬유를 이용하여 제직/편직의 다양한 조직설계와 공정조건을 확립함으로써 압전 직물 시제품을 개발
- 압전성 나노 섬유 직물의 상용화를 위해 다기능성 확보가 가능하도록 후가공 공정을 개발
- 압전 하베스팅 직물의 양산공정을 개발하고 웨어러블 에너지 하베스터용 직물의 개발을 통해 웨어러블 디바이스 제품으로의 나노섬유 기반 압전 하베스터의 상용화를 위한 기술기반을 확립

○ 1단계
□ 목표
고성능/고품질 압전 나노섬유와 직물 에너지 하베스터의 제조 기술과 평가 기술을 확보하여 직물압전 에너지 하베스터를 제작하고, 압전 직물에 다양한 기능성 후처리 가공을 최종 목표로 함.

□ 내용
❑ 압전 유/무기 하이브리드 나노섬유 제조 및 섬유화 공정 확립
- 압전 무기 나노입자 조성 설계와 대량 생산에 용이한 용액 연소법 공정 연구.
- 압전 복합체 나노섬유 구조 디자인과 제조 공정 최적화를 통해 우수한 에너지 변환 효율의 나노섬유를 제조하고 이를 자가발전 모듈 적용 및 구조 최적화하여 곡률반경 10 mm 수준2 V 이상의 우수한 출력 특성 구현.
- 전기방사 나노섬유의 직조용 섬유화 기술 개발과 기계적 특성과의 상관관계 연구를 통한 구조 디자인 최적화.
❑ 직물 압전 에너지 하베스터 제작/특성 평가 기술 확보
- 압전 에너지 하베스팅의 다양한 구조와 형태에 따른 출력 특성 평가가 가능한 측정 시스템 구축.
- 다양한 인체의 움직임, 부착 부위 및 외부 환경에 따른 직물형 압전 에너지 하베스팅 특성 평가 기술 개발.
❑ 직물 압전 에너지 하베스터의 다양한 기능성 후처리 가공 기술 개발
- 압전 특성을 유지하면서 직물 압전 소재에 적용 가능한 나노스케일 표면구조화 처리, 2차원 물질 용액 공정 등 다양한 기능성을 부여하는 가공 기술 개발 및 적용.
- 유연성, 신축성, 탄성회복률 등 압전 하베스팅 직물의 의류 소재로서의 적합성, 쾌적성 확보를 위한 조직과 공정 도출.
❑ 시제품 개발 및 양산화 공정에 활용 가능한 공정 기술 연구
- 직조된 직물 시제품 기반, 실제 응용에 적용하기 위한 신뢰성, 기계적 내구성 확보와 평가 기술 개발.
- 압전 소재 및 섬유의 제조, 섬유화, 기능성 후처리 가공 등 대량 생산과 양산화를 고려한 공정 기술 개발 및 적용 가능성 제고.

○ 2단계
□ 목표
압전 나노섬유에 직조 기술을 적용하여 압전 직물 시제품과 이를 이용한 직물 에너지 하베스터를 제작하고 다양한 기능성 후처리 가공을 통해 일체형 웨어러블 에너지하베스팅 시스템 구현을 최종 목표로 함.

□ 내용
❑ 직물 압전 에너지 하베스터 제작 및 하베스팅 평가 기술
- 인체 움직임에 따른 최적 특성을 도출할 수 있는 에너지 하베스터 구현.
- 굽힘과 열화 등의 외부 환경 테스트에 대한 하베스터 신뢰성 평가.
- IPX 7 기준에 부합하는 직물 하베스터의 개발 및 밀봉 공정 최적화.
❑ 압전성 기반 나노섬유 양산화 공정 기술 개발 및 응용 적용
- Lab-scale 전기방사 공정 기반의 직조/직물 제조 공정에 적용 가능한 나노섬유의 대량생산화 기술 개발.
- 압전성 나노섬유 기반 yarn의 연속 공정 개발 및 직물 시제품 확보.
- 완성된 직물 기반 직물형 압전 에너지 하베스터 제작 및 다양한 응용성의 구현 및 평가.
❑ 압전 직물의 양산 공정에 의한 시가공 기술 개발
- 고품질 압전성 나노섬유로 만든 실의 제직 및 편성 기술 최적화.
- 초소수성 직물 표면 가공 공정의 양산화 기술 최적화.
❑ 압전 직물의 다기능성 웨어러블 디바이스 적합성 평가
- 직물 시제품을 포함하는 응용 제품의 기계적 물성 분석과 압전성 향상 기술 개발.
- 방열성 및 소수성 표면 기능화 기술의 적용 및 분석.
- 웨어러블 디바이스용 기능성 압전 하베스팅 직물의 신뢰성 및 의류적합성 평가.

□ 연구개발성과
- 전기방사 조건을 최적화하여 나노섬유의 물리적 특성을 최적화시키고 이를 통해 고품질 나노섬유의 제작에 성공함.
- 다양한 조건 최적화를 통해 무기 압전 나노입자를 성공적으로 합성하였으며, 연구실 단위의 합성을 넘어 대량 생산의 적용 가능성을 확인함.
- 다양한 조성의 압전소재 개발 및 복합화 나노섬유 공정 기술 개발을 기반으로 고성능의 에너지 하베스터를 제작하여 높은 압전특성을 확보함.
- 압전 나노섬유 전기방사 공정을 대형화하여 양산화 적용의 기틀을 마련함.
- 직물형 압전에너지 하베스터를 제작하고 그 신뢰성 평가 및 응용성을 구현하고 최적의 압전 특성을 구현하기 위한 회로 기술을 개발함.
- 직조된 압전 직물 시제품을 기반으로 압전 에너지 하베스터를 포함하여 다양한 응용 제품에 적용시켜 압전 직물의 출력 특성을 평가함.
- 제작한 직물 에너지 하베스터를 다양한 신체 움직임에 노출시켜 외부 환경에 따른 출력 특성을 평가하고 최적 출력의 도출을 위해 하베스터 구조를 최적화함.
- 압전 나노섬유의 제직을 위해 직조용 나노섬유를 개발하여 제직/편성의 다양한 조직설계와 공정조건을 확립함.
- 의류소재로의 적용을 위해 유연성, 신축성, 탄성회복률 등이 우수한 다양한 직물 조직의 성능을 비교 및 분석하여 압전 하베스팅 직물에 최적화된 조직과 공정을 도출함.
- 양산공정에서의 적용을 위한 시직을 통해서 직물의 성능을 검증하고 압전 에너지 하베스팅 디바이스용 제직기술을 확립함.
- 그래핀 등의 2차원 물질에 화학적 표면 처리를 통해서 방열성 및 항균성 등의 부가기능을 동시에 부여하는 방법을 개발하고 이를 직물에 코팅하는 가공조건을 도출함.
- 압전 나노섬유 직물에 초소수성, self-cleaning을 부여하여 다기능화함으로 압전 하베스팅 직물의 한계를 극복하고 의류소재로서의 적합성을 향상시켜 사용환경과 용도를 고려하여 쾌적성이 향상될 수 있는 가공기술을 개발함.
- 나노섬유 기반의 압전 직물을 제조하여 이를 포함하는 응용 제품의 신뢰성 평가, 의류적합성 평가를 실시함.
- 1,2단계 연구기간 동안 총 논문 66편(SCI 65편, 비 SCI 1편), 특허 출원 17건(해외 특허 3건 포함), 특허 등록 9건(해외 특허 3건 포함), 초청강연 및 학회 발표149건 등 초기 설정 목표를 크게 상회하는 우수한 연구개발실적을 달성함.

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
- 제작된 직물 에너지 하베스터를 실제 응용제품에 적용함으로써 직물 기반의 일체형 웨어러블 에너지 하베스팅 시스템을 구현하였으며 이의 적용 가능성을 확인함.
- 기존 배터리 또는 에너지 하베스팅 기술의 한계들을 보완한 신개념의 차세대 에너지 하베스팅 전원 기술의 구현을 통해 웨어러블 기기의 대표주자로서 활용 범위가 매우 넓어질 것으로 기대됨.
- 기존의 전기방사 설비를 이용한 직조용 나노섬유 대량 생산 공정과 직조기술의 결합을 통해 원천적인 기술력을 바탕으로 지대한 제품 개발 폭과 파급효과가 예상됨.
- 압전 하베스팅 직물 양산기술 확대 및 응용을 통해 웨어러블 디바이스의 진정한 의류 형태 일체형 구현 기술과 상용화 기반 기술을 확보할 수 있음.
- 의료 소재의 성능평가기준 확립을 통해, 향후 신소재의 품질 평가와 관리 기준을 마련하고 사용자의 편의성을 추구한다는 측면에서 연구의 기술적, 경제적 파급효과가 예상됨.
- 전기방사를 통해 제작된 압전 나노섬유의 시가공과 제직기술의 확립을 통해 이루어진 초경량기능성 소재의 혁신이 경량성 의류 소재가 각광받는 최근의 제품 동향과 적합한 요소기술로서 다방면으로 활용될 수 있음.
- 텍스타일 기반 전기·전자 소재 원천기술의 확립과 관련 제품 시장을 선도할 수 있는 기술 경쟁력 제고를 통한 새로운 개념의 미래형 소재 개발로 국내 섬유산업의기술력과 국제 경쟁력 향상이 예상됨.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요 약 문 ... 2
• 목차 ... 5
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 9
• 2-1. 연차별 세부연구목표 ... 9
• 2-2. 연차별 연구수행내용 ... 11
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 53
• 1) 연구수행 결과 ... 53
• 2) 목표 달성 수준 ... 65
• 4. 목표 미달 시 원인분석 ... 71
• 1) 목표 미달 원인(사유) 자체분석 내용 ... 71
• 2) 자체 보완활동 ... 71
• 3) 연구개발 과정의 성실성 ... 71
• 5. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 71
• 6. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 76
• 끝페이지 ... 77