초록 ▼

연구개발 목표 및 내용
최종 목표
본 연구에서는 유기 고분자 및 유/무기 나노복합재료 합성을 통해 압전성 기반의 고기능성 소재를 개발하고, Thermal Drawing 방법을 이용하여 압전 나노복합소재 섬유를 고속으로 양산할 수 있는 제조공정을 개발하고자 한다. 또한 이러한 압전 나노섬유를 이용한 에너지 수확이 가능한 직물을 제작하고, 직조물의 발수성과 마찰전기 에너지 수확 특성을 이용한 다기능 발전소자 및 에너지저장소자 개발을 목표로 한다. 이를 이용하여 자가발전이 가능한 복합기능 패브릭을 개발하고자 한다.

연구개발 목표 및 내용
최종 목표
본 연구에서는 유기 고분자 및 유/무기 나노복합재료 합성을 통해 압전성 기반의 고기능성 소재를 개발하고, Thermal Drawing 방법을 이용하여 압전 나노복합소재 섬유를 고속으로 양산할 수 있는 제조공정을 개발하고자 한다. 또한 이러한 압전 나노섬유를 이용한 에너지 수확이 가능한 직물을 제작하고, 직조물의 발수성과 마찰전기 에너지 수확 특성을 이용한 다기능 발전소자 및 에너지저장소자 개발을 목표로 한다. 이를 이용하여 자가발전이 가능한 복합기능 패브릭을 개발하고자 한다.

전체 내용
1. 고압전성 유기 고분자 및 기능성 유/무기 나노복합 소재 합성
1) 고압전성 유기 고분자 소재 합성
2) 기능성 나노 입자 대량 합성 기술 개발
3) 압전성 기반의 기능성 유/무기 복합 소재 합성
2. 압전 나노섬유 고속 양산공정 개발 및 기능성 후처리 공정 개발
1) 압전 나노섬유 고속 양산공정 개발
2) 압전 나노소재 리본섬유 제조 기술
3) 압전 나노섬유 고전도성 전극 제조 기술
4) 나노섬유 후처리 기술
5) 압전 나노섬유 절단 및 선택적 다중 섬유전극 연결 기술
3. 자가발전이 가능한 복합기능 패브릭의 개발
1) 다양한 직조형태의 직물제작
2) 직물의 미세구조 변화 관찰 및 분석을 통한 최적의 직조패턴 연구
3) 초소수성 표면 설계방법 개발
4) 초소수성과 고출력 마찰대전 특성을 동시에 갖는 다기능성 마찰대전 발전소자 개발
5) 수퍼커패시터 나노섬유 기반의 에너지저장 기능성 직조물 개발
6) 자가발전이 가능한 복합기능 패브릭 시제품 개발 및 신뢰성 평가

1단계(해당 시 작성)
목표
1. 고압전성 유기 고분자 소재 합성
2. 압전성 유기 나노섬유 제조 기술
3. 압전성 기반의 기능성 나노섬유를 이용한 직조물 기초 연구
4. 기능성 나노 입자 대량 합성 기술 개발
5. 압전 나노소재 리본섬유 제조 기술
6. 기능성 직물의 변형 거동 및 에너지 수확 및 저장 기초 연구
7. 압전성 기반의 기능성 유/무기 복합 소재 합성
8. 압전 유/무기 나노섬유 제조 및 기능화 기술
9. 복합기능 패브릭 제작 및 에너지 수확 및 저장
내용
1. 고압전성 유기 고분자 소재 합성
· 강유전 불소계 고분자를 이용한 압전성 소재 설계
· 용액 공정 기반 이원화 고분자 복합화(blending) 기술을 통한 결정상 및 분극 제어
· 압전성 고분자 결정제어 및 분극도 향상을 위한 공정 확립
2. 압전성 유기 나노섬유 제조 기술
· 기능성 다중 나노 유기소재의 Preform 제조 기술
· 압전성 유기 나노소재 Thermal Drawing 기술
· Thermal Drawing 시 미세구조 및 압전특성 변화 연구
3. 압전성 기반의 기능성 나노섬유를 이용한 직조물 기초 연구
· 직물제작 및 압전특성 실험
· 압전 섬유에 마찰대전 발전 가능성 구축
· 에너지저장용 기능성 나노섬유 후처리 시스템 구축
· 압전성 고전도 나노섬유에 적용 가능한 에너지저장용 기능성 나노소재 발굴
4. 기능성 나노 입자 대량 합성 기술 개발
· 초분자 조립형 기능성 고분자 합성 및 복합화를 통한 압전성 향상 기술
· 초분산 용액 공정 확립 및 나노 입자 대량 생산
· 고분자 도입형 표면개질을 통한 기능성 나노 입자 합성
5. 압전 나노소재 리본섬유 제조 기술
· 압전 나노소재 리본섬유 Thermal Drawing 기술
· 압전 나노섬유의 분극처리 기술
· 나노 리본섬유 용 고전도성 전극형성 기술
6. 기능성 직물의 변형 거동 및 에너지 수확 및 저장 기초 연구
· 드레이핑 거동에 따른 거시적 변형과 물성변화 관계의 실험적 규명
· 나노섬유의 초소수성 표면 제작 및 마찰대전 메커니즘 규명
· 에너지저장 기능성 나노섬유 제작
· 에너지저장 나노섬유의 직조성 확보
7. 압전성 기반의 기능성 유/무기 복합 소재 합성
· 관능 그룹 도입형 표면개질을 통한 기능성 나노 입자 형성
· 고압전성 고분자 및 나노 입자 복합 소재 제조
· 고분산, 고배향된 균일 복합소재 합성
· 복합소재 내 이종계면 표면반응 제어
· melt 공정을 위한 복합체 pellet 제조
8. 압전 유/무기 나노섬유 제조 및 기능화 기술
· 압전 유/무기 나노복합소재 섬유화 기술
· 고전도성 전극 제조기술
· 나노입자 초분산 코팅 기술
9. 복합기능 패브릭 제작 및 에너지 수확 및 저장
· 드레이핑 거동에 따른 미시적 변형과 물성변화 관계의 실험적 규명
· 나노 섬유 기반의 마찰대전 발전소자 제작
· 방수성 에너지저장 나노섬유 개발
· 에너지저장 나노섬유의 용량 최적화

2단계(해당 시 작성)
목표
1. 압전 나노섬유 고속 양산공정 개발
2. 자가발전 복합기능 패브릭 시제품 제작 및 평가
3. 나노섬유 후처리 기술 개발
4. 자가발전 복합기능 패브릭 시제품 신뢰성 평가 및 개선
내용
1. 압전 나노섬유 고속 양산공정 개발
· 압전성 나노섬유 고속 양산공정 개발
· 압전 나노섬유의 고속 분극처리 기술
· 압전 나노섬유 전극의 선택적 연결 기술
2. 자가발전 복합기능 패브릭 시제품 제작 및 평가
· 드레이핑 시뮬레이션을 통한 최적의 직조패턴 결정
· 기능성 나노섬유의 초소수성 / 마찰대전 발전소자의 전기적 특성 최적화
· 에너지저장 나노섬유의 용량 최적화 (계속)
· 에너지저장 나노섬유의 기계적 유연성 평가
3. 나노섬유 후처리 기술 개발
· 나노섬유의 고속 기능성 코팅 기술
· 압전성능 평가 및 최적화 기술
· 압전섬유 절단 및 다중 연결공정 개발
4. 자가발전 복합기능 패브릭 시제품 신뢰성 평가 및 개선
· 대면적 센싱을 위한 직조형 센서구조 제작 및 성능평가
· 나노섬유기반의 마찰대전 발전소자의 기능화
· 에너지저장 나노섬유의 기계적 안정성 평가
· 에너지저장 나노섬유의 열적 안정성 평가
· 에너지저장 나노섬유의 화학적 안정성 평가

연구개발성과
1. 강유전 고분자와 기능성 나노 입자의 상호작용을 이용한 복합소재 제조기술
2. 압전 나노복합소재 섬유를 고속으로 양산할 수 있는 제조공정
3. 자가발전이 가능한 복합기능 패브릭 시제품
○ 1단계(2016~2018)
- 물에 대한 저항 성능: 아웃도어 제품(발수도 5급), 웨어러블 제품(IPX 7)
- 전위 발생: 10 ㎜ 반경 수준에서 전압 1 V 이상 발생
- 압전소재 섬유 표면적 비율: 50% 이상
- 특허 해외출원 3건 이상
○ 2단계(2019~2020)
- 유연성: 50 ㎜ 이상 (패션제품 적용 시, KS K 0538)
- 굽힘 내구성: 106회 이상(곡률반경 1 ㎜까지의 출력변화 < ± 20%)
- 쾌적성, 안전성, 동작성에 대한 인증 확보

연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
본 연구에서는 고압전성 나노복합소재 및 이를 이용한 나노섬유를 고속으로 양산할 수 있는 제조공정을 개발함으로써 압전 나노섬유를 이용한 다양한 섬유형 감지기, 구동기, 및 에너지 수확소자 등을 포함하는 복합기능 패브릭의 시장을 급성장시킬 수 있는 기반을 마련할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 압전 나노섬유의 제조 후에 방열, 발수, 등과 같은 다양한 기능성을 부여함으로써 가혹한 조건에서도 견딜 수 있는 내구성을 갖는 자가발전 복합기능 패브릭에 응용할 수 있을 것으로 기대된다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요 약 문 ... 2
• 목차 ... 7
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 8
• 1) 연구 개발의 개요 ... 8
• 1-2. 연구 개발 대상의 국내ㆍ외 현황 ... 9
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 12
• 1) 연구 개발의 목표 ... 12
• 2) 연구 개발의 목표 및 내용 ... 12
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 15
• 1) 연구수행 결과 ... 15
• 2) 목표 달성 수준 ... 82
• 4. 목표 미달 시 원인분석 ... 85
• 5. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 85
• 1) 연구개발성과의 활용 방안 ... 85
• 2) 기대효과 ... 86
• 6. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 88
• 별첨자료: 참고문헌 ... 89
• 끝페이지 ... 90