초록 ▼

□ 연구개요
• 기후변화 및 물부족 위기가 심화됨에 따라 친환경 담수 생산 방식 중 하나인 태양광 담수화 기술이 주목받고 있음. 낮은 일사 조건에서도 생산성 있는 성능을 확보하기 위해서 고효율 태양광 흡수 소재를 설계하는 것도 중요할 뿐 아니라, 기화 엔탈피, 방사율, 열전도도와 같이 소재나 시스템의 열 제어가 필수적임.
• 본 연구에서는 금속, 금속 산화물, 또는 반도체 물질로 구성된 2차원 미세 표면 및 3차원 광 흡수체의 조성, 구조, 주기, 정렬도 등을 제어함으로써 광대역 각도 무지향성 광 완전 흡수소재를 설계하고

□ 연구개요
• 기후변화 및 물부족 위기가 심화됨에 따라 친환경 담수 생산 방식 중 하나인 태양광 담수화 기술이 주목받고 있음. 낮은 일사 조건에서도 생산성 있는 성능을 확보하기 위해서 고효율 태양광 흡수 소재를 설계하는 것도 중요할 뿐 아니라, 기화 엔탈피, 방사율, 열전도도와 같이 소재나 시스템의 열 제어가 필수적임.
• 본 연구에서는 금속, 금속 산화물, 또는 반도체 물질로 구성된 2차원 미세 표면 및 3차원 광 흡수체의 조성, 구조, 주기, 정렬도 등을 제어함으로써 광대역 각도 무지향성 광 완전 흡수소재를 설계하고, 용액 공정, 자기조립 공정 등을 활용하여 대면적의 균일한 태양광열 증기 생성 소재를 제작하였음. 또한, 열전도도 조절, 오리가미 기반 차원 확장 등을 통해 광열 변환 증기 생성 소재의 전도 및 방사열 손실을 개선하였으며, 염수증기의 액화수집을 통해 담수 수질 평가를 진행하였음.

□ 연구 목표대비 연구결과
• 금속 나노입자-실리콘 나노선, 산화구리 나노플라워 기반의 하이브리드 태양광 흡수 소재 제작 및 이를 이용한 태양 증기 생성 기술 개발 : 고종횡비를 갖는 실리콘 나노선의 표면에 플라즈모닉 금속 나노입자가 기능화된 대면적 광 흡수 소재 제작 기술을 확보함. 구리 메쉬의 표면 산화 반응 제어를 통해 나노 시트가 국부적으로 응집된 산화 구리 나노 플라워 구조 기반 광 흡수 소재를 개발함.
• 유한차분시간 영역 (FDTD) 시뮬레이션을 통해 플라즈모닉 또는 금속 산화막 기반 광 흡수 구조들에 대한 전자기장 분포, 표면 반사, 각도 의존 흡수 특성 등을 해석하고 최적 구조를 설계함.
• 산화구리 나노 플라워-구리 메쉬 구조의 적외선 방사율 제어를 통한 광열 변환 효율 (>94%) 향상 기술을 개발함.
• 오리가미 기반 3차원 광 흡수 메쉬를 통해 2차원 광 흡수 소재의 이론적 효율 한계 초과 달성 (광-증기 변환 효율 >125%)
• 1 sun에 해당하는 표준 일사 조건 (1kW/m2)에서 시간당 최대 1.8kg의 담수 생산 성능을 달성하였음.
• 개발한 태양 증기 생성-액화 담수 수집 시스템을 이용하여 실제 제주 인근 해역해수 시료의 담수 생산 시연 및 ICP-OES를 통해 식수 기준 만족하는 담수 수질확보 검증 (해수 내 주요 염 성분인 나트륨, 칼륨, 칼슘, 마그네슘 농도 <1ppm).

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
• 자기 조립 및 습식 산화 반응을 활용한 대면적 광 흡수 소재 제작 기술을 무전력 태양광 살균, 태양 광열 전기 생산, 에너지 보존 스마트 윈도우 등과 같은 다양한 태양 에너지 응용 분야로 확대 적용함으로써 새로운 학문 및 기술적 수요를 창출할 수 있을 것으로 예상됨.
• 플라즈모닉 실리콘 나노선 및 산화 구리 나노 플라워, Mie 산란 고분자 나노구어레이, 금속산화막 기반 1차원 광결정 구조 등을 활용한 다수의 핵심 원천 특허 확보 및 산업화 연계 기술 도출.
• 광 제어 나노구조 및 열 손실 설계 역량을 갖춘 우수한 연구 인력 양성에 일조하고 이를 통해 학문적 성과 확보 및 산업적 응용 가능성 제고.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 1) 연구 개발 과제의 수행 과정 및 내용 ... 5
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 6
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 6
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 13
• 3) 목표 달성 수준 ... 13
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 14
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 14
• 6. 자체점검표 ... 15
• 7. 참고문헌 ... 15
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 17
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 21
• 끝페이지 ... 32