초록 ▼

□ 연구개요
본 연구의 최종목표는 작용하는 하중의 종류와 크기에 따라 전기 신호를 발생하는 시멘트계 재료를 개발하는 것이다. 압전 효과를 가진 나노섬유를 전기방사에 의해 제작하고, 이를 시멘트계 재료에 혼합하여 작용 하중에 전기 신호로 응답하는 시멘트계 재료를 개발할 것이다. 티탄산 지르콘산 연 (lead zirconate titanate, PZT)을 사용하여 압전 성능을 도입하고, 카본 나노 튜브(CNT)를 사용하여 전도성을 확보한 CNT-PZT 압전 나노섬유를 제작할 것이다. 압전 나노섬유를 보통 포틀랜드 시멘트에 혼합하여

□ 연구개요
본 연구의 최종목표는 작용하는 하중의 종류와 크기에 따라 전기 신호를 발생하는 시멘트계 재료를 개발하는 것이다. 압전 효과를 가진 나노섬유를 전기방사에 의해 제작하고, 이를 시멘트계 재료에 혼합하여 작용 하중에 전기 신호로 응답하는 시멘트계 재료를 개발할 것이다. 티탄산 지르콘산 연 (lead zirconate titanate, PZT)을 사용하여 압전 성능을 도입하고, 카본 나노 튜브(CNT)를 사용하여 전도성을 확보한 CNT-PZT 압전 나노섬유를 제작할 것이다. 압전 나노섬유를 보통 포틀랜드 시멘트에 혼합하여 시멘트 재료에 압전 성능을 도입할 것이다. 작용하중의 종류에 따라 압전 시멘트로 제작된 구조물에서 발생하는 전기신호를 연구하여 구조물의 건전성 확보에 활용할 것이다. 최종적으로, 개발된 압전 시멘트 재료를 센서로써 활용하기 위한 기계적, 전기적 보강 방안이 연구될 것이다.

□ 연구 목표대비 연구결과
연구의 최종목표는 작용하는 하중의 종류와 크기에 따라 전기 신호를 발생하는 시멘트계 재료를 개발하는 것이다. 1차년도에는 전기방사 장치를 설치하고 티탄산 지르콘산 연 (lead zirconate titanate, PZT)을 사용하여 압전 나노섬유를 생산한다. 전기방사장치의 설치와 나노섬유 생산에 있어서 나노섬유 분야의 권위자인 한국생산기술연구원의 섬유연구 그룹의 자문을 받을 것이다. 압전 나노섬유 고유의 압전성능을 검증하고, SEM과 TEM 촬영으로 나노섬유의 보강 매카니즘을 규명할 것이다. 2차년도에서는 압전 나노섬유를 혼합한 시멘트의 전기적 특성, 기계적 특성을 확인하는 실험을 수행할 것이다. 나노섬유의 연결 상태를 확인하기 위하여 시멘트의 미세구조 분석 실험과 SEM, TEM, CT 촬영을 수행 할 것이다. 3차년도에는 압전 나노섬유를 혼합한 시멘트에 대하여 인장 압축 하중, 전단 하중, 모멘트 하중을 재하하고 이에 따라 발생하는 전압을 측정할 것이다. 이렇게 측정된 전압 값은 재료의 고유값으로 활용할 수 있으며, 균열이나 마모 손상 등에 의한 변화를 감지하는데 활용이 가능할 것이다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
○ 압전 나노섬유를 사용하여 시멘트계 재료에 압전 성능을 도입하는 기술은 국내외에서 최초로 시도되는 기술임
○ 적은 재료로 표면적이 큰 압전 나노섬유를 제작하여 시멘트계 재료에 압전 성능을 도입하므로 효과를 극대화 할 수 있음
○ 연구결과는 기본적인 과학이론과 기술에 충실한 선도적인 연구로 국내 학문의 수준을 향상시키고, 새로운 연구 분야의 창출을 이룰 것임
○ 나노 스케일에서 압전 성능을 도입함으로써 기존의 매크로 스케일에서 도입하는 압전 재료량의 10%의 양으로 전기적 신호 도출에 필요한 압전 성능을 도입할 수 있음
○ 철근콘크리트 구조물의 지속적인 모니터링이 가능하여, 유지보수 측면에서 경제성을 확보하고, 보수보강에 의한 구조물 수명의 증가로 온실가스 배출량을 감축하는 친환경성을 달성할 수 있음
○ 미세구조에 대한 과학적인 접근과 나노섬유에 의한 압전 성능 도입과 관련하여 건설, 섬유, 재료분야 상위 25%의 SCI 학술지에 연구성과를 게재할 수 있음

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1-1. 연구개발의 목적 ... 4
• 1-2. 연구의 개요 ... 4
• 1-3. 연구의 필요성 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 10
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 10
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 10
• 3) 목표 달성 수준 ... 10
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 10
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 11
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 11
• 6. 자체점검표 ... 11
• 7. 참고문헌 ... 12
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 13
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 15
• 끝페이지 ... 27