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Kafe 바로가기주관연구기관 | 차세대융합기술연구원 |
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연구책임자 | 신민균 |
참여연구자 | 한철종 , 이주영 |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2021-08 |
과제시작연도 | 2021 |
주관부처 | 과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT |
등록번호 | TRKO202200011927 |
과제고유번호 | 1711128629 |
사업명 | 나노·소재기술개발(R&D) |
DB 구축일자 | 2022-10-26 |
키워드 | 그래핀산화물액정.습식방사.연속공정.섬유형센서.섬유형슈퍼커패시터.Graphene Oxide Liquid Crystal.Wet-Spinning.Roll-to-Roll Process.Fiber Type Sensor.Fiber Type Supercapacitor. |
□ 연구개발 목표 및 내용
○ 최종 목표
본 연구의 목표는 그래핀산화물액정(GO-LC) 기반으로 한 고성능/다기능 그래핀섬유제조기술 확립 및 그래핀섬유의 전기적/기계적/전기화학적 물성을 최적화하여 섬유형태의 에너지, 센서 응용소자를 개발하는 것이다. 최종적으로 그래핀섬유를 직물화하여 인체적용 지속가능한 맞춤형 웨어러블 제품을 제시한다.
○ 전체 내용
○ 그래핀산화물의 액정상도와 화학적기능기조절 연구를 수행하고, 연속 R2R 습식방사 및 후처리공정을 확립하여 기본 물성 확보 및 응용소자에 최적화된 GO-L
□ 연구개발 목표 및 내용
○ 최종 목표
본 연구의 목표는 그래핀산화물액정(GO-LC) 기반으로 한 고성능/다기능 그래핀섬유제조기술 확립 및 그래핀섬유의 전기적/기계적/전기화학적 물성을 최적화하여 섬유형태의 에너지, 센서 응용소자를 개발하는 것이다. 최종적으로 그래핀섬유를 직물화하여 인체적용 지속가능한 맞춤형 웨어러블 제품을 제시한다.
○ 전체 내용
○ 그래핀산화물의 액정상도와 화학적기능기조절 연구를 수행하고, 연속 R2R 습식방사 및 후처리공정을 확립하여 기본 물성 확보 및 응용소자에 최적화된 GO-LC섬유 및 고성능/다기능 섬유 제조를 함. GO-LC섬유의 응고반응 속도 향상을 위하여 최적응고 조건을 발굴하고, 섬유의 밀도/결정화도 균일화를 위한 전단응력과 후처리 과정을 바탕으로 toughness가 가장 우수한 GO-LC(복합)섬유 제조. (융합기술원, 그래핀스퀘어, 전북대) : GO-LC섬유의 2단계목표물성 1단계에서 조기 달성 (세계최초 전계유도 액정배열 기술 섬유제조에 적용)
○ Wetting조건하에서도 GO-LC섬유의 기계적 특성이 유지될 수 있는 후처리 방법을 발굴하여 wetting조건에서의 Super-tough GO-LC복합섬유 제조함. (융합기술원, 그래핀스퀘어, 경기대) : 에너지 (소자)응용 섬유의 가장 큰 난제인 “Super-tough 캐패시터 섬유” 구현 (세계최초 원천기술 확립)
○ 확보된 GO-LC섬유와 CVD그래핀섬유를 Bi-scrolling/Hetero-junction하여 센서, 에너지소자, 센서-전원-인디케이터간 와이어링에 대해 연구하고 화학적 물리적 도핑과 후처리방식을 통한 p형/n형 반도체 (복합)섬유 제조. (KETI, 서울대, 동아대, 융합기술원, 경기대, 그래핀스퀘어) : 세계최초 Supertough/Superconductive 그래핀 이종섬유 제조에 대한 원천기술 확립.
○ 생체신호(들숨,날숨,심박,혈압,체온), 유해환경감시(가스) 및 기타 필수소자 (압력, 축전지)의 작업복 적용시 위치, 활동성, 내마모성을 고려하여 설계하고 소자간의 상호 간섭성을 고려하여 최적화된 구조 확보. (KETI, 서울대, 경기대, 융합기술원)
○ GO-LC(복합)섬유기반 고기능성 플렉서블/스트레쳐블 직물 제작기술 확립하고 기존 상용화된 정전기방지 작업복용 혼방직물 제조가능성 확인. (퓨리텍)
○ GO-LC섬유기반 호흡/혈압/맥박/가스/압력 센서 및 수퍼캐패시터의 웨어러블수트 적용 가능성 평가 및 인체적용 지속가능한 통합 디자인 개발 및 제안 (서울대) : 국내최초 융합형 웨어러블수트 개발
○ 1단계
□ 목표
고기능성 그래핀산화물 액정섬유 및 섬유소자 개발
□ 내용
본 연구의 목표는 그래핀산화물액정(GO-LC) 기반으로 한 고성능/다기능 그래핀섬유제조기술 확립 및 그래핀섬유의 전기적/기계적/전기화학적 물성을 최적화 함.
○ 2단계
□ 목표
고기능성 그래핀산화물 액정섬유 및 섬유소자 개발
□ 내용
본 연구의 목표는 최적화된 그래핀산화물액정(GO-LC) 섬유를 기반으로 섬유형태의 에너지, 센서 응용소자를 개발하는 것이다. 최종적으로 그래핀섬유를 직물화하여 인체적용 지속가능한 맞춤형 웨어러블 제품을 제시한다.
□ 연구개발성과
요약 [총괄]
○ Fast Reduction기술(그래핀섬유 연속공정 핵심기술)을 기반으로 전도성 GO-LC섬유의 Pilot Scale 방사 설비 제작하여 전도성 GO-LC섬유 실타래 제조 성공. 총 4.5억 규모의 기술이전 성과 발생.
○ 센서 응용소자에 최적화된 GO-LC섬유제조 원천기술 확보: 그래핀 이종섬유 및 GO-LC섬유/센서 일체형 기능성섬유 원천제조기술
○ Waterproof 슈퍼커패시터섬유, 섬유형 가스센서, 섬유형 스트레인센서 구현: 융합형 웨어러블 통합디자인 모델 구현 위한 응용소자기술 확보.
○ 그래핀섬유 시제품 1종 구현.
1. 그래핀산화물의 액정상도와 화학적기능기조절 연구를 수행하였고, 연속 Roll-to-Roll 습식방사 및 후처리공정 확립하여 그래핀섬유의 산업화원천기술 확보.(AdvancedEnergy Materials 게재, IF: 29.368)
• GO-LC섬유의 Fast Reduction (10초 이내 100% 화학적 환원, 고속 환원 성공): GO-LC섬유의 응고반응 속도 향상을 위하여 최적응고조건 발굴. GO-LC 섬유의 대량생산 및 산업화를 위해 반드시 필요한 핵심기술 확보 성공
• GO-LC섬유 실타래 제조 성공 (고속 환원 기술과 GO-LC의 최적화된 물성 적용): 전기전도성이 우수하고 강하고 질긴 그래핀섬유를 킬로미터 단위로 제조
2. 센서 응용소자 구동을 위한 리튬이온배터리의 계면 문제 해결. (Energy&Environmental Science 게재, IF: 38.532)
• 별도의 추가 공정 없이 리튬이온배터리의 충/방전 동안 내부에서 자발적으로 일어나는 전해질의 분해 현상을 이용하여 계면 문제를 해결할 수 있는 보호층을 형성하는 방법을 제시. 또한, 기존의 연구들은 리튬이온배터리의 성능 향상에만 초점을 두었지만, 본 연구는 보호층을 형성하는 일반화된 메커니즘을 제시하여, 이를 바탕으로 사용자가 원하는 시스템에 맞도록최적화된 재료 선정 및 설계를 할 수 있을 것으로 예상.
3. 센서 응용소자에 최적화된 GO-LC섬유 제조기술 확보. (Small 게재, IF: 13.281)
• 확보된 GO-LC섬유와 CVD그래핀섬유를 Bi-scrolling/Hetero-junction하여 센서, 에너지소자, 센서-전원-인디케이터간 와이어링에 대해 연구하고 화학적 물리적 도핑과 후처리방식을 통한 p형/n형 반도체 (복합)섬유 제조. 세계최초 Supertough/Superconductive 그래핀 이종섬유 제조에 대한 원천기술 확립.
• GO-LC섬유 표면에 선택적 금속입자 코팅기술을 적용하여 마이크로미터 스케일 두께의 Electrically Conductive Pathway구현하여 다양한 센서 응용소자를 GO-LC섬유에 접목할 수 있는 GO-LC섬유/센서 일체형 기능성섬유 제조기술 확보.
4. 물(Water)속에서도 GO-LC섬유의 기계적 물성과 에너지 저장능력이 유지될 수 있는 방법을 발굴하여 에너지 응용소자 섬유의 가장 큰 난제인 “Waterproof 슈퍼커패시터 섬유” 구현. (Advanced Energy Materials 게재, IF: 29.368)
• 탄소나노튜브로 코팅된 전통한지와 연속공정으로 제조된 그래핀섬유를 Biscrolling하여 에너지저장능력을 극대화한(기존 그래핀섬유 기반 슈퍼커패시터에 비해 단위부피당 커패시턴스 6배 이상 증가) Waterproof 슈퍼커패시터 제조 성공.
5. 섬유형 가스센서와 섬유형 스트레인센서 구현. 생체신호(들숨,날숨,심박,혈압,체온), 유해환경감시(가스) 및 기타 필수소자 (압력, 축전지)의 작업복 적용시 필요한 섬유형 센서 원천기술 확보. (Advanced Materials 게재, IF: 30.849)
6. 위 성과와 관련해서 Energy & Environmental Science(IF: 38.532), Advanced Materials(IF: 30.849), Advanced Energy Materials(IF: 29.368), Advanced Science(IF: 16.806), ACS Nano(IF: 15.881), Advanced Functional Materials(IF: 18.808) 등의 우수 저널에 논문게재, Advanced Energy Materials의 전면 표지 선정 및 기술이전(풍원정밀) 성공(이전료 4.5억 원)
7. 1단계, 2단계 연구기간 동안 총 150편 이상의 논문게재(Accept 포함), 연평균: ~30편 정도의 논문 게재, 총 45건 이상의 특허 등록 및 출원, 총 2건의 기술이전 성공 (목표 초과 달성)
□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
• 단기적으로 섬유형 플렉시블 압력센서 및 가스센서를 소형 직물형태로 제조하여 스포츠용품, 자동차시트, 원격진료 정확도 향상위한 헬스케어 보조기구 등에 부착할 수 있는 소재부품으로 활용가능.
• 고기능성 그래핀섬유 제조기술 확립을 통해 센서/에너지저장 응용소자 일체형 그래핀 섬유를 직물형태로 구현하여 미래 일상생활에 필요한 각종센서와 에너지저장장치를 의복 내에 통합시킨 차세대 스마트의류로 활용될 수 있음. (4차산업과 연계해 스마트 의류 시장 확대에 기여 가능)
○ 환경에 구애받지 않는 (건조, 습식 상태) 고성능 다기능섬유소재 원천기술 확보.
○ 소방복/작업복/우주복 등에 적용 가능한 특수섬유, 센서, 헬스모니터링 기술 개발.
(출처 : 요약문 2p)
과제명(ProjectTitle) : | - |
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연구책임자(Manager) : | - |
과제기간(DetailSeriesProject) : | - |
총연구비 (DetailSeriesProject) : | - |
키워드(keyword) : | - |
과제수행기간(LeadAgency) : | - |
연구목표(Goal) : | - |
연구내용(Abstract) : | - |
기대효과(Effect) : | - |
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