초록 ▼

□ 연구개발 목표
○ 본 과제는 건설재료 개발 및 활용기술 중 3차원 나노소재 활용 고성능 건설자재 기술에 기반한 연구로서, 다중막 탄소나노튜브(MWCNT)를 시멘트와 교착, 일체화함으로서 콘크리트 혼합단계에 별도의 분산제 없이도 Nano scale 범위의 분산성능을 확보하고, 이를 시각화하여 증명하는 것을 목표로 한다. 분산성능이 확보된 혼합시멘트는 1종시멘트 사용 동일배합 대비 130% 이상의 압축 및 인장강도발현을 정량 목표로 한다.
○ 또한 개발된 혼합시멘트를 활용해 고강도 및 목표 기능성 콘크리트 배합기술을 제시

□ 연구개발 목표
○ 본 과제는 건설재료 개발 및 활용기술 중 3차원 나노소재 활용 고성능 건설자재 기술에 기반한 연구로서, 다중막 탄소나노튜브(MWCNT)를 시멘트와 교착, 일체화함으로서 콘크리트 혼합단계에 별도의 분산제 없이도 Nano scale 범위의 분산성능을 확보하고, 이를 시각화하여 증명하는 것을 목표로 한다. 분산성능이 확보된 혼합시멘트는 1종시멘트 사용 동일배합 대비 130% 이상의 압축 및 인장강도발현을 정량 목표로 한다.
○ 또한 개발된 혼합시멘트를 활용해 고강도 및 목표 기능성 콘크리트 배합기술을 제시, 이의 성능평가를 실시함으로서, CNTs-cement particle의 교착 원천기술에 대한 시작품제작 및 성능검증을 완료한다.

□ 연구개발 내용
○ 다중막 탄소나노튜브 교착형 혼합시멘트 제조 원천기술 확보를 위한 핵심적 요소기술 및 연차별 기술개발 세부내용은 다음과 같다.
○ 1차년도 : MWCNTs 교착형 혼합시멘트 제조기법 및 분산성 평가기법 개발
- 혼합시멘트 제조 원천기술 : 산처리 환류법(Reflux), 특정용매(NMP) 내 초음파 기법 등을 활용한 반데르발스힘 제거, 카르복실기 구조그룹 부여
- 분산성 평가기법 : 라만(raman)분광법, X-선 광전자 및 Nano SEM을 사용한 Nano 범위 배열특성 시각화 기법 등
○ 2차년도 : 실험실 수준 혼합시멘트 생산 시작품 제작 및 최적 설계기법 도출
- 실험실 수준 혼합시멘트 생산, Plant 규모를 축소한 시제품 제작
- 이론기반 기술의 실제적 검증에 따른 제한사항 도출 및 해결모색
- CNTs의 다양한 기능성을 목표로 하는 시멘트 복합체의 최적 배합설계 도출

□ 연구개발성과
[정성성과]
- 실험실 수준의 MWCNTs 교착 혼합시멘트 개발
- CNTs 교착 혼합시멘트를 적용한 콘크리트 배합설계 및 성능평가
- 나노스케일 분산특성 시각화
[정량성과]
- 해외학술논문 3건 게재 확정, 3건 심사중
- 국내학술지 기술홍보기사 1건 게재
- 국내특허출원 3건

□ 활용계획 및 기대효과
○ 활용계획
- 개발기술의 특허 및 시제품 디자인 등록으로 사업화 추진(공동연구기관과 공동으로 국제특허 및 사업화 동시 추진예정)
- 시멘트 생산 전반의 원천기술 확보로 국내 표준화 추진
○ 기대효과
- 매스콘크리트 열안정화 : CNTs의 우수한 열전도율을 활용, 중심부의 높은 온도를 표면으로 방열 가능 (온도응력 저감)
- 고강도 및 균열제어 콘크리트 : CNTs의 높은 인장강도를 활용, 콘크리트의 낮은 파괴인성을 상쇄하는 균열저항 콘크리트 제조
- 부재 내부 모니터링 : CNTs의 높은 전기전도성을 활용, 콘크리트 부재를 전도성 물질로 변환하여, 열화 및 균열발생에 관한 건전도 모니터링 가능

(출처 : 요약문 4p)

Abstract ▼

□ Purpose
○ As this research project is based upon the application of 3D nano-scale materials on the basis of high performance construction material technology, the purpose of this research project is not only to secure technology of agglutination between cement and Multi-walled carbon nanotubes(

□ Purpose
○ As this research project is based upon the application of 3D nano-scale materials on the basis of high performance construction material technology, the purpose of this research project is not only to secure technology of agglutination between cement and Multi-walled carbon nanotubes(MWCNT), improving dispersion performance of MWCNT without any additional agent but also to provide the visualized confirmation of the dispersion performance.
○ Afterward, using the MWCNT blend cement developed in this project, ideal concrete mixing technology for high strength and performance is provided and the performance evaluation of the prototype is performed to verify agglutination performance between MWCNT and cement particles and their physical properties.

□ Contents
○ The essential technology and research contents by year to secure source technology of blend cement agglutinated with MWCNT are the followings;
○ Year 1: Development of manufacturing technique and dispersion evaluation method for MWCNT agglutinated blend cement
- The source technology: Removal of Van Der Waals force using a special solvent (NMP), Functionalizing MWCNT's surface by applying carboxylic group to it, technology to solidify MWCNTs in a mineral material
- Evaluation method for dispersion of MWCNTs: Raman sepctroscopy, Visualization of CNTs arrangement using X-ray Computed-tomography (CT) and Nano SEM.
○ Year 2: Production of a prototype in lab scale and derivation of optimized design method.
- Lab scaled prototype
- Limitations and solutions obtained from practical verifications
- Derivation of the optimized mixing design for various MWCNTs functions

□ Development Results
[Qualitative expectations]
○ Solution of CNTs dispersion is a major issue in the world. Once this source technology is successfully turned out, it is possible to take a leading place in 3-D nano construction material area in the world and to secure IPRs (Intellectual Property Rights)
[Quantitative expectations]
○ Since this development itself can be source technology, it would be possible to register three patents and publish four journal papers

□ Expected Contribution
○ Application plan
- Promotion of commercializing the products by the patents(Planning for registering in the international patent with the collaborator)
- Promoting standardization of the product in domestic areas
○ Expectations
- Thermal stability for mass concrete: using high thermal conductivity of CNTs, it is possible to decrease thermal stress in mass concrete
- High strength and crack control of concrete: using high tensile strength and fracture energy of CNTs, it is possible to control any crack on concrete
- Monitoring internal concrete members: using high electrical conduction of CNTs, it is possible to monitor and manage deterioration and cracks in concrete members

(source : Summary 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 국문요약문 ... 4
• Summary ... 5
• 목차 ... 6
• Contents ... 7
• 제1장 연구개발과제 개요 ... 8
• 1. 연구개발의 목적 ... 8
• 2. 연구개발의 범위 ... 13
• 3. 연구개발의 창의성 및 혁신성 ... 16
• 제2장 국내외 기술 개발 현황 ... 17
• 1. 관련 분야의 국내외 연구동향 및 학술적 성과 ... 17
• 2. 국내외 관련 기술 특허 동향 ... 19
• 3. 국내외 시장분석 및 산업동향 ... 21
• 4. 종합결론 ... 24
• 제3장 연구수행내용 및 성과 ... 25
• 1. 연구개발 결과 요약 ... 25
• 2. 연구개발 핵심 내용 ... 26
• 3. 연구수행내용 및 결과분석 ... 28
• 제4장 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 ... 66
• 1. 연구개발 목표의 달성도 ... 66
• 2. 주요성과 ... 67
• 3. 관련 분야 기여도 ... 68
• 제5장 연구개발성과의 활용계획 ... 70
• 제6장 연구 과정에서 수집한 해외 과학기술 정보 ... 72
• 제7장 연구개발성과의 보안등급 ... 72
• 제8장 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 72
• 제9장 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전 조치 이행 실적 ... 73
• 제10장 연구개발과제의 대표적 연구 실적 ... 75
• 참고문헌 ... 76
• 끝페이지 ... 78