초록 ▼

연구개요
본 연구는 구조용 소재로 본격 사용되고 있는 섬유강화 고분자수지 복합재료에 저용융점의 필즈메탈을 접목시켜, 열기계적 성능을 향상 시키고 손상회복 능력을 추가함으로써 극한 환경에서도 사용이 가능한 복합재료의 개발에 있다. 특히, 본 연구는 생산 공정개발, 화학/재료적 소재분석, 그리고 로봇시스템으로 실제 응용을 포괄하는 통합연구를 실시하였다.

연구 목표대비 연구결과
□ 세부연구목표1: 큰 비중의 입자를 섬유강화 복합재료에 대량으로 분산하는 공정
∘ 필즈메탈 입자를 강화섬유에 직접 분산시키는 연속적

연구개요
본 연구는 구조용 소재로 본격 사용되고 있는 섬유강화 고분자수지 복합재료에 저용융점의 필즈메탈을 접목시켜, 열기계적 성능을 향상 시키고 손상회복 능력을 추가함으로써 극한 환경에서도 사용이 가능한 복합재료의 개발에 있다. 특히, 본 연구는 생산 공정개발, 화학/재료적 소재분석, 그리고 로봇시스템으로 실제 응용을 포괄하는 통합연구를 실시하였다.

연구 목표대비 연구결과
□ 세부연구목표1: 큰 비중의 입자를 섬유강화 복합재료에 대량으로 분산하는 공정
∘ 필즈메탈 입자를 강화섬유에 직접 분산시키는 연속적인 공정을 개발함으로써, 단위 섬유 스케일 (200 μm)의 분산도를 확보를 목표로 함
∘ Wet-hand layup 공정을 통해 탄소 및 유리섬유 프리폼에 필즈메탈을 분산시키는 공정변수 확립 및 입자로 인한 void의 분율을 제어하는 공정 개발
∘ 필즈메탈을 pre-wet 및 진공을 활용하여 탄소섬유 및 유리섬유 사이의 void의양을 획기적으로 줄임
□ 세부연구목표 2: 필즈메탈의 물리화학적 특성에 따른 복합재료의 열기계적 특성
∘ 복합재료 내 필즈메탈 입자의 역할을 자기치유 능력과 열적 안정성을 중심으로 분석할 것이며, 이를 위해 DMA, 3pt bending, TDCB testing 등의 다양한 열기계적 실험 수행을 목표로 함
∘ 필즈메탈을 넣은 탄소섬유 복합소재의 인장경도 및 강도에 대한 실험을 일방향 인장시험을 통해 확보하였으며, ENF 실험을 통해 fracture toughness 및 자가치유과정을 실험
∘ 필즈메탈을 넣은 에폭시 수지의 내열성을 내삭마성 실험을 통해 비교하였으며, 유리섬유 복합재료 내에서의 거동도 실험적으로 분석
∘ 마이크로/나노 입자를 이용한 에폭시 수지의 내열성 및 기계적거동을 실험적으로 파악하여 차후 소재의 실용화에 대비
□ 세부연구 3: 개발된 복합재료의 로봇시스템에서 효용성 검증
∘ 필즈메탈 입자가 추가된 복합재료를 로봇시스템에 응용하여 강화된 열기계적 특성 및 자기치유 능력을 통한 시스템의 안정성을 검증하는 것을 목표로 함
∘ 필즈메탈 입자가 추가된 소프트로봇을 제작하여, 소프트 그립퍼로써의 활용가능성을 타진함
∘ 복합소재를 텐세그리티에 적용하여, 다자유도의 소프트로봇을 개발하였으며, 차 후 필즈메탈을 이용하여 텐세그리티의 구조를 변경하는 것을 위한 토대 마련

연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
□ 연구개발성과 활용계획
∘ 경량형 복합소재 내부에 분산 금속입자를 활용하여 내열 및 내구성이 확보된 소재를 우주항공용 소재로 활용
∘ 금속입자의 분율 및 화학적 개질을 변화하여 소프트로봇의 구조소재로 활용
□ 기대효과
∘ 소재 및 부품의 원천기술 확보에 기여하여, 우주항공 및 반도체/배터리 구조체의 소재로 활용
∘ 복합소재 공정의 단순화를 통해 지능형 소재 개발 기술의 산업화 촉진

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 연구개발의 필요성 ... 4
• 2) 연구개발의 목표 및 내용 ... 4
• 3) 연구개발의 연구범위 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 1) 연구개발의 수행과정 ... 6
• 2) 연구개발의 수행내용 ... 6
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 7
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 7
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 참고문헌 ... 14
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 16
• 끝페이지 ... 16