초록 ▼

□ 연구개요
⦁ 본 연구는 마찰전기 특성을 가지는 고분자 소재를 계산과학 (Density functional theory, DFT modeling/simulation) 기반 computational tool (CASTEP and Dmol3)을 사용하여 고분자 소재의 마찰전기 특성을 screening 하는 예측모델을 개발함
⦁ 고분자/고분자 복합계면의 마찰전기 특성을 선별하는 모델링은 고효율의 TENG(triboelectric nanogenerator)를 구현 및 발전전력 향상을 위한 마찰 전하 polarity와 관계있는

□ 연구개요
⦁ 본 연구는 마찰전기 특성을 가지는 고분자 소재를 계산과학 (Density functional theory, DFT modeling/simulation) 기반 computational tool (CASTEP and Dmol3)을 사용하여 고분자 소재의 마찰전기 특성을 screening 하는 예측모델을 개발함
⦁ 고분자/고분자 복합계면의 마찰전기 특성을 선별하는 모델링은 고효율의 TENG(triboelectric nanogenerator)를 구현 및 발전전력 향상을 위한 마찰 전하 polarity와 관계있는 HOMO (highest occupied molecular orbital), LUMO (lowest unoccupied molecular orbital)를 계산하여 최적의 고분자 소재를 선별
⦁ 고분자 물질과 른 차원의 물질 간 이종접합형태 기반 (1D:polymer+0D:nano particle) 복합소재의 내부 polarization 변화를 연구하여 기존의 단일물질로 구현하기 어려운 고출력 TENG를 구현
⦁ DFT 계산기반 고출력 TENG 발전 소자는 소형 electronics에서부터 wearable device처럼 form factor가 유연한 flexible TENG 기술개발에 기여할 것으로 판단됨

□ 연구 목표대비 연구결과
⦁ 1차년도
1) 고출력 마찰전기 발전소자 구현을 위한 마찰전기 고분자 양극소재 선별방법론 연구
- 질소기반 화합물/고분자 소재의 마찰전기 특성을 분석함으로써 양전하 소재의 선별방법을 개발
2) 고분자 소재간 전하이동 특성 및 메커니즘 예측 및 분석
- 소재의 화학 구조, 결정성에 따라서 표면전하의 변화를 정량적으로 분석하였으며, 이를 기반으로 한 HOMO/LUMO로 고분자간 전하이동 메커니즘을 알 수 있는 예측 모델을 수립
3) 고분자 소재간 접촉 시 계면에 발생하는 마찰전기 특성 분석
고분자 소재간 접촉시 계면에서의 전하이동의 변화를 분석하였으며, 여러 요소(거리, dangling bond 등)에 의한 변화량을 정량적으로 분석함. 또한, 각 소재의 오비탈 분석을 통해 보다 더 심도있는 분석을 통한 신뢰성을 향상

⦁ 2차년도
1) 고출력 마찰전기 발전소자 구현을 위한 마찰전기 특성 분석 및 요인 분석
- 다양한 마찰전기 고분자 소재의 전자 분포, 포텐셜 분포 등을 통한 마찰전기의 요인을 분석함. 또한, 실제 실험을 통해 DFT 계산 결과에 대한 신뢰성을 확보함
2) 분자구조 변형에 따른 마찰전기 특성 변화 분석
- 분자구조 변형에 따른 전자분포를 분석하였으며, Flat Au 및 sharp Au와 PTFE을 실제로 접촉시킴으로써 실제 실험에서의 변화 분석
3) 접촉 시 계면에 발생하는 마찰전기 특성 변화 및 요인 분석

⦁ 3차년도
1) 이온 분극 극대화를 위한 하이드로젤 소재의 마찰전기 특성 분석
- 하이드로젤 소재의 마찰전기 특성을 이론적, 실험적 분석 진행 및 이를 이용한 터치센서 구현
2) 생체적합 고분자 마찰전기 소재 특성 분석
- 소재의 마찰전기 특성을 이론적, 실험적 분석 진행 및 이를 이용한 초음파 구동상처 봉합/치료 기술 구현

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
본 연구과제의 최종목표 연구성과를 통해, 2600년간 규명되지 않은 마찰전기를 유도하는 전하이동의 원동력 및 메커니즘에 대한 정확한 이해를 제공할 것으로 기대됨. 이에 마찰전기 발전소자의 근본적인 고출력화가 가능할 것이며, 정량화되지 않은 마찰전기 요인에 대해 규명화가 가능할 것으로 기대됨. 마찰정기의 정확한 이해를 통해 마찰전기 제어를 위한 연구가 활발히 진행될 수 있을 것으로 기대됨

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 연구개발의 목적 ... 4
• 2) 연구개발의 중요성 ... 4
• 3) 연구의 추진전략 및 방법 ... 4
• 4) 연구의 최종목표 ... 6
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 7
• 1) 주요 연구 변경사항 ... 7
• 2) 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 7
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 12
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 1) 연구성과의 기대효과 ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 14
• 1) 연구개발성과의 활용방안 ... 14
• 2) 추가연구의 필요성 ... 14
• 6. 자체점검표 ... 15
• 7. 참고문헌 ... 15
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 16
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 19
• 끝페이지 ... 36