초록 ▼

□ 연구개요
본 과제는 고분자 소재에 높은 전기전도성을 구현하기 위해 입자 분산 및 퍼콜레이션 구조 제어를 연구하였다. 입자 분산을 제어하기 위해 화학적 처리에 의존하지 않고 제2분산상을 도입하여 입자와 상(phase) 사이 열역학적, 물리화학적 상호작용, 그리고 상 사이 물리적 성질 차이를 분산 구조 제어 구동력으로 하여 입자 위치성, 분산성, 응집구조 및 퍼콜레이션 구조 제어하였다. 다성분계의 열역학적 비상용성으로 형성되는 계면에 입자의 선택적 위치성, 계면위치성 및 계면층 형성, 입자 응집 현상의 계면 유변학적 연구와 위

□ 연구개요
본 과제는 고분자 소재에 높은 전기전도성을 구현하기 위해 입자 분산 및 퍼콜레이션 구조 제어를 연구하였다. 입자 분산을 제어하기 위해 화학적 처리에 의존하지 않고 제2분산상을 도입하여 입자와 상(phase) 사이 열역학적, 물리화학적 상호작용, 그리고 상 사이 물리적 성질 차이를 분산 구조 제어 구동력으로 하여 입자 위치성, 분산성, 응집구조 및 퍼콜레이션 구조 제어하였다. 다성분계의 열역학적 비상용성으로 형성되는 계면에 입자의 선택적 위치성, 계면위치성 및 계면층 형성, 입자 응집 현상의 계면 유변학적 연구와 위치에 따른 상분리 영향의 열역학적 연구를 근간으로 3차원 다성분계 입자 퍼콜레이션 구조 형성 메커니즘을 제시하였다. 제어를 통해 소량의 입자 함량으로 입자 퍼콜레이션 구조를 형성하였고, 이는 전자 퍼콜레이션 통로로써 작용하여 소량의 입자 함량으로 높은 전기 전도성을 구현하는 입자 분산 제어 원천기술을 확보하였다. 또한 입자 퍼콜레이션 구조형성은 기계물성 향상 효과를 주어 전기 전도도 구현과 더불어 기계물성 향상 시너지 효과를 주었고, 3D 프린팅 공정을 통해 구조의 고분자 가공 공정 가능성을 평가하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
입자 분산을 통한 전기전도도구현은 고농도 입자함량을 요구하기 때문에 소재의 기계물성 저하의 역효과를 동반하는 문제점이 있다. 또한, 일정 입자 함량 이상에서 전기전도도를 더 이상 상승시킬 수 없는 임계농도가 존재함을 알았다. 본 과제에서 입자 퍼콜레이션 형성 메커니즘 연구는 낮은 함량의 입자 분산 구조 제어를 통해 임계 농도 이상에 전기전도도를 더욱 상승시키는 전자퍼콜레이션 형성 거동을 확인하였다. 본 연구에서 개발한 입자 퍼콜레이션 구조 제어 기술을 통해 고전기전도도(> 1 S/m)를 구현하기 위해 기존에 높은 요구 함량 (구형입자 함량 > 15%)을 획기적으로 낮추어 8%함량에서 고전기전도도를 구현하였고, 또한 바이오고분자(PLA) 기계물성 상승의 시너지를 구현하였다(SCI급 논문 3편 게재). 입자 퍼콜레이션 구조 제어 기술은 물리화학적, 열역학적 입자 분산 구조 연구를 통해 다성분계 상분리와 입자 계면층 형성 이해를 높였고(SCI급 논문 3편 게재, 국내 특허 1 등록), 전기 전도 퍼콜레이션 메카니즘 이해를 통해 구현하였다. 더 나아가 종횡비가 서로 다른 입자 하이브리드 구성은 구형입자에 비해 더 낮은 입자함량(6%)을 포함한 복합소재의 전기 전도도의 획기적인 상승 효과를 구현, 10 S/m 이상 고전기전도도를 구현하였다. 하이브리드 입자 구성은 고분자 가공 유동 하에 입자분산구조유지 효과를 주어 전기전도복합소재를 응용한 최종 3D성형물에 전기전도도 구현을 가능케 하였다(SCI급 논몬 1편 게재).

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
헬스케어, 통신 및 AI 기술 개발은 센서, 5G 통신 기기 기술이 필요하며, 결국 전도성, EMI차폐 소재 개발이 뒷받침되어야 한다. 특히 경량화, 가공성 등의 장점을 고려하여 고분자 기반의 전도성 복합소재 개발 기술은 매우 중요하며 국내 석유화학 고분자 소재 산업의 원천 기술이다. 높은 전기전도성 구현은 높은 함량의 입자 분산이 필요하며 대부분 화학적 분산 첨가제를 첨가하지만 이는 균일분산을 위해 효과적이나 퍼콜레이션을 통해 전도성을 구현하는 전도성 소재 개발에는 적절치 못하다. 본 연구에서 개발한 입자 분산 기술은 화학적 접근 보다는 열역학적, 물리화학적, 유변학적 접근을 통해 소재 설계, 입자 뭉침, 분산 제어 연구를 수행함으로 개발 기술의 산업적 응용력이 높다. 또한 연구 과정에 폴리에스터계 고분자를 분산매질로 하여 연구를 수행하기 때문에 바이오고분자를 포함한 엔지니어링 고분자 소재의 복합소재 개발 및 고부가가치화 기술 응용을 기대할 수 있다.

(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 ... 16
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 16
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 17
• 3) 목표 달성 수준 ... 17
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 18
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 18
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 18
• 6. 자체점검표 ... 19
• 7. 참고문헌 ... 19
• 끝페이지 ... 37