초록 ▼

연구개요
최근 알루미늄에 CNT, 그래핀과 같이 기계적, 전기적 특성이 우수한 탄소계 물질을 첨가한 합금 및 복합재 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만, 알루미늄과 탄소계 물질은 서로 낮은 젖음성 (wetting ability)를 가져 혼합 시 취약한 계면, 취성이 강한 Al₄C₃ 상 형성 등 기술적 난제를 갖는다. 특히 탄소를 원자 단위로 가공할 수 없어 알루미늄 모재에 탄소를 균질하게 혼합할 수 없다는 점이 한계로 작용한다. 이에 본 연구팀은 알루미늄과 저가 그라파이트 타겟을 동시

연구개요
최근 알루미늄에 CNT, 그래핀과 같이 기계적, 전기적 특성이 우수한 탄소계 물질을 첨가한 합금 및 복합재 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만, 알루미늄과 탄소계 물질은 서로 낮은 젖음성 (wetting ability)를 가져 혼합 시 취약한 계면, 취성이 강한 Al₄C₃ 상 형성 등 기술적 난제를 갖는다. 특히 탄소를 원자 단위로 가공할 수 없어 알루미늄 모재에 탄소를 균질하게 혼합할 수 없다는 점이 한계로 작용한다. 이에 본 연구팀은 알루미늄과 저가 그라파이트 타겟을 동시 스퍼터링 방식으로 증착함으로써 탄소를 알루미늄 모재에 균일하게 분포시켜 고강도와 고인성을 갖는 향상된 기계적 특성을 갖는 Al-C 박막 제작 방법을 고안하였다.

연구 목표대비 연구결과
● 알루미늄-탄소 박막 소재의 미세공정 기반 물성 측정 기술개발
실리콘 기판을 기반으로 한 미세공정을 활용하여 알루미늄-탄소 박막의 기계적, 전기적 물성을 측정할 수 있는 시편을 설계 및 제작하였으며, 이를 활용한 자유지지 형태 박막의 인장 특성을 이해할 수 있는 기술을 개발하였다.
● 알루미늄-탄소 박막 소재에 대한 고효율 조합 실험의 개발 및 수행
연속적인 조성 구배를 갖는 알루미늄-탄소 박막을 제작하고자 기판을 회전하지 않고 동시 스퍼터링을 수행하는 방법을 제시하였다. 제작한 시편을 활용하여 나노압입 시험과 면저항 측정을 수행하였고, 이를 통해 탄소의 조성에 따른 기계적, 전기적 특성을 고효율 (high-throughput) 로 평가하였다.
● 알루미늄-탄소 박막의 화학 조성에 따른 미세구조 분석
탄소의 조성에 따른 미세구조 변화를 TEM, SEM, XRD 등 분석장비를 활용하여 분석하였다. 상온 조건에서 증착된 박막들의 경우 공통적으로 Al₄C₃ 석출물이 확인되지 않았으며 탄소 조성비가 증가할수록 알루미늄의 격자 상수가 증가하고 결정립의 크기가 작아지는 것을 확인하였다.
● 자유지지 형태 알루미늄-탄소 박막의 인장 물성 평가
탄소 조성이 증가함에 따라 재료의 항복 응력이 증가하는 것을 확인하였다. 소성 변형이 발생하면서부터 응력이 점점 감소하는 것을 확인하였는데 이를 통해 탄소강에서 발견되는 Cottrell atmosphere가 알루미늄-탄소 박막에서도 발현되는 것으로 사료하였다.
● 표면 처리 및 열처리에 의한 알루미늄-탄소 박막의 기계적 물성 변화 확인
절연층 코팅을 통한 표면 처리가 알루미늄-탄소 박막의 기계적 거동에는 크게 영향을 끼치지 않음을 확인하였다. 열처리 온도가 올라갈수록 결정립 성장이 발생하는 것을 확인하였으며 400℃ 이상에서는 Al₄C₃ 석출물이 검출되었다.

연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
● 가격이 저렴한 알루미늄과 탄소로 구성된 기계적, 전기적 물성이 우수한 알루미늄
-탄소 박막 소재는 반도체 소자, 미세기전 소자, 유연 소자 등 다양한 기술 분야에서 광범위하게 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
● 다양한 조성 및 공정 조건에서 제작된 알루미늄-탄소 박막에 대해 확보한 물성 데이터베이스는 해당 소재의 scale-up을 통해 폭넓은 분야에서 이용할 수 있는 구조재료를 개발하는데 기반 기술로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
● 본 연구에서 개발한 고효율 조합 실험 기술은 알루미늄-탄소 소재뿐만 아니라 합금과 복합재 등 조성에 따라 물성이 변화하는 재료의 특성을 이해하는 데 활용할 수 있어 새로운 합금을 개발하거나 이해하는데 적용할 수 있을 것으로 기대한다.

(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
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 12
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 12
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 자체점검표 ... 14
• 7. 참고문헌 ... 14
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 19
• 끝페이지 ... 34