초록 ▼

□ 연구개요
그 자체로는 신축성을 가지지 않는 나노 소재를 자연에 존재하는 자기조립 방법을 이용하여 구조적으로 또는 내재적으로 신축성을 부여할 수 있도록 나노 구조 제어와 마이크로 구조체, 이들의 계층적 복합구조를 제작하고, 이를 기능성 소재의 신축성 플랫폼으로 이용하여 신개념 신축 자유형상 에너지 소자를 구현하며, 본 소재를 기존 에너지 소자에 도입하여 소자 성능의 한계를 뛰어넘는 연구를 수행하고자 하였음.

□ 연구 목표대비 연구결과
- 얼음 결정이 형성될 때 분산질들이 규칙적인 벌집 구조를 형성하고, 이를

□ 연구개요
그 자체로는 신축성을 가지지 않는 나노 소재를 자연에 존재하는 자기조립 방법을 이용하여 구조적으로 또는 내재적으로 신축성을 부여할 수 있도록 나노 구조 제어와 마이크로 구조체, 이들의 계층적 복합구조를 제작하고, 이를 기능성 소재의 신축성 플랫폼으로 이용하여 신개념 신축 자유형상 에너지 소자를 구현하며, 본 소재를 기존 에너지 소자에 도입하여 소자 성능의 한계를 뛰어넘는 연구를 수행하고자 하였음.

□ 연구 목표대비 연구결과
- 얼음 결정이 형성될 때 분산질들이 규칙적인 벌집 구조를 형성하고, 이를 김밥을 마는 듯한 압축 공정을 이용하여 신축성이 없는 전도성 나노 소재 만으로 안쪽으로 굽어있는 아코디언 형태의 신축성 구조를 제작하였음. 또한, 이 공정을 리튬이온 배터리의 LFP 양극 소재와 LTO, graphite의 음극 소재와 복합화하여 늘어날 수 있는 리튬 이온배터리 양극과 음극을 각각 구현하였으며, 이를 신축성 젤 전해질과 신축성 봉지재를 이용해서 공기중에서도 장기 안정성을 가지는 신축성 리튬이온 배터리 풀셀을 제작하여 뛰어난 에너지 저장 밀도, 신축 안정성, 장기안정성을 동시에 보였음.
- 물 위에 띄워진 소재의 수평방향 압축 공정을 모사하여 금속 나노와이어 네트워크를 사전 인장된 신축성 기판에 전사한 후, 특정한 용매를 충분히 접촉시켜 나노와이어 네트워크의 모듈러스를 크게 낮추는 방법을 개발함. 용매에 젖은 상태에서 사전 인장을 해소하여 나노와이어 네트워크가 압축될 때 나노와이어의 미끄러짐 및 큰 곡률반경으로 휘는 형태를 구현하였음. 이러한 휘어있는 나노와이어 네트워크는 구조적 신축 안정성을 확보할 수 있었으며, 이를 통해 높은 투명도와 높은 전기전도도에서 장기 안정성까지 가지는 신축성 투명 전극을 구현하였으며 이를 신축/투명 교류 발광장치로 응용하여 신축시에도 발광특성을 보였음.
- 블록공중합체의 자기조립을 이용하여 나노구조를 제어할 수 있는 기술을 개발함. 특히, 플라즈마 처리시 필터를 사용하여 블록 공중합체 박막내 나노구조의 수직 배향을 보편적으로 모든 블록공중합체에서 간편하게 제어할 수 있는 기술을 개발하였음. 또한, 블록공중합체 구조를 한 방향으로 대면적에서 배향할 수 있는 전단 압연 공정을 이용하여 4인치 웨이퍼에 10나노 이하의 패턴을 한방향으로 배향하였음. 이를 위의 필터 플라즈마와 결합하여 수직배향 라인 패턴의 일방향 패턴도 구현함. 이를 신축성 PDMS 기판에 사전 인장된 상태에서 전사하여, 배향된 금 나노와이어를 PDMS 주름 구조 위에 형성하여 카이랄 형태의 신축 나노 구조체를 구현하는 연구를 수행함.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
- 웨어러블 기술 및 신체 부착형 기기들이 출시 되는 상황에서, 신축성을 가지고 있는 에너지 소자에 대한 수요가 급증하게 있는데 반해, 실제적인 에너지 소재에 대한 신축성에 대한 연구는 상대적으로 많이 이루어지고 있지 못한 실정이며 현재 신축성을 가지고 있는 이차전지에 관련된 연구는 활성 소재의 부피변화 등을 안정적인 프레임으로 잡아주지 못하는 것과, 기존의 배터리 연구에서는 기존 연구자들이 많이 접근하지는 않은 상황임. 이러한 상황에서 자기조립에 기반한 에너지 소재의 신축성 나노구조체 개발을 통해 새로운 분야의 창출을 도모할 수 있을 것으로 판단함.
- 자기조립으로 형성된 신축성 구조체를 기반으로 하는 에너지 활성 소재의 신축성 부여 방법은 안정적인 신축 거동이 필수적인 차세대 이차전지나 슈퍼커패시터 등의 다양한 신축성 에너지 저장 소자로의 적용에 새로운 패러다임을 제시할 것이며, 체온을 열원으로 하는 피부 부착형 열전 분야에서도 신축성 열전 소재의 개발을 통해 웨어러블 자가구동기기의 실현화에 큰 밑거름이 될 것으로 판단됨.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• (1) 얼음 주형 자기조립을 이용한 신축성 그래핀/활성소재 나노구조체 기반 신축성 배터리 개발 ... 4
• (2) 휘어있는 1D 나노소재 네트워크 기반 신축성 투명 전극 플랫폼 개발 및 신축 투명 소자로의 적용 ... 6
• (3) 필터 플라즈마를 이용한 블록공중합체 유도 자기조립 기반 수직 배향 나노구조체 개발 ... 8
• (4) 전단 압연 공정을 이용한 블록공중합체 유도 자기조립 기반 일방향 배향 나노 구조체 개발 ... 11
• (5) 신축성 기판 위 블록공중합체 일방향 배향 패턴 기반 신축/가변형 카이럴 구조체 구현 ... 12
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 14
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 14
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 14
• 3) 목표 달성 수준 ... 14
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 16
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 16
• 6. 참고문헌 ... 16
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 17
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 20
• 끝페이지 ... 35