초록 ▼

□ 연구개요
본 연구의 목표는 전기방사(electrospinning) 원리를 활용하여, 다차원 자기조립(블록공중합체 미세상분리 + 블록공중합체-이종단일중합체 간 거대상분리)을 통해 메조기공과 거대기공이 혼재하는 계층적 기공구조를 내재한 탄소나노섬유를 개발할 수 있는 공정기술의 개발임. 계층적 기공설계를 통해 나노섬유 내의 미세/메조기공의 노출을 극대화시켜 표면적 활용을 극대화할 수 있는 나노섬유 공정법을 정립하고, 첨단방사선분석을 통해 열린기공율을 정량분석하며, 촉매소재로서의 응용 유효성을 평가하고자 함.

□ 연구

□ 연구개요
본 연구의 목표는 전기방사(electrospinning) 원리를 활용하여, 다차원 자기조립(블록공중합체 미세상분리 + 블록공중합체-이종단일중합체 간 거대상분리)을 통해 메조기공과 거대기공이 혼재하는 계층적 기공구조를 내재한 탄소나노섬유를 개발할 수 있는 공정기술의 개발임. 계층적 기공설계를 통해 나노섬유 내의 미세/메조기공의 노출을 극대화시켜 표면적 활용을 극대화할 수 있는 나노섬유 공정법을 정립하고, 첨단방사선분석을 통해 열린기공율을 정량분석하며, 촉매소재로서의 응용 유효성을 평가하고자 함.

□ 연구 목표대비 연구결과
‘블록공중합체 기반 다차원 자기조립을 기반으로 계층 기공구조 탄소나노섬유를 합성하고, 합성소재의 기공구조 및 전기화학 응용평가’

<1차년도>
- 1차년도에 탄소전구체 함유 블록공중합체(PAN-b-PMMA)를 RAFT 중합법을 통해서 성공적으로 합성하였음.
- 신규합성 블록공중합체와 거대상분리를 유발하는 hPMMA 혼합용액의 적절한 전기방사조건을 확립하였으며, 적절한 안정화 및 탄화공정 확립을 통해 계층 기공구조 탄소섬유를 적절하게 합성하였으며, 주로 전자현미경 분석과 SAXS 분석을 통해 기공형태를 분석함.
- SAXS 분석을 통해 미세상분리에 의한 탄소나노섬유 내에 존재하는 메조기공의 정량기공분석을 수행하였음.

<2차년도>
- 2차년도에서는 계층 다공구조 탄소나노섬유의 구조설계 최적화를 진행하였으며, 기체흡착법을 통해서 예비 기공분석을 수행하여 종래 일반적인 탄소나노섬유와 비교하여 매우 높은 비표면적을 갖는 것은 확인 (254.9 m²/g)함.
- SANS 데이터 측정 및 스텐다드 샘플을 통한 산란강도 정량화법을 수립하였으며, 이렇게 얻어진 데이터를 기반으로 계층 기공구조 탄소나노섬유의 메조/거대기공의 정량측정법을 정립하였으며 이를통해 다차원자기조립 원리의 계층기공설계 전략의 유효성 검증함.
- 또한 이러한 계층 기공구조 탄소나노섬유를 촉매담지체로 활용 이리듐 나노입자를 담지한 후 일반 탄소나노섬유 대비 우수한 ORR 전기화학촉매 성능을 보임을 확인하였음.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
(과학기술적 측면) 본 연구개발 성과는 계층적 기공구조를 갖는 탄소나노섬유를 다차원 자기조립 원리를 통해 합성할 수 있는 신개념전략을 제시하였으며, 해당 신규전략을 통해 기공의 형태제어가 가능한 신소재를 개발하는데 기여할 것으로 기대됨.
(경제·산업적측면) 해당전략을 통해 얻어진 계층기공탄소나노섬유는 연료전지 촉매담지체, 에너지 저장 및 변환 장치 등 다양한 산업 분야에서 응용될 수 있는 기반소재로서 향후 유관산업분야 고도화에 기여할 수 있을것으로 기대됨.
(사회적측면) 연구개발을 통해 확보된 노하우 및 인프라를 통해 탄소나노섬유 및 촉매분야 인재양성에 기여하며, 수소, 첨단 모빌리티, 이차전지 등 12대국가전략기술 분야 발전에 기여하여, 향후 건강하고 안전한 사회를 이룩하는데 기여.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1-1. 연구 목표 및 범위 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 2-1. 1차년도 수행내용 ... 5
• 2-1. 2차년도 수행내용 ... 7
• 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) 목표 미달 시 원인 분석 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 12
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 자체점검표 ... 14
• 7. 참고문헌 ... 14
• 끝페이지 ... 28