초록 ▼

□ 연구개요
- 본 연구에서는 layer-by-layer(다층박막적층공정) 방식을 이용하여 고분자 기지 내에 나노카본 입자(탄소나노튜브, 그래핀 옥사이드)를 균일하고 정밀하게 적층시켜 고효율의 열전성질을 가지는 고분자 복합소재를 제조하고 이를 분석하였음
- 전도성 고분자를 새롭게 합성하여 친환경성을 갖는 수용성 고전도 고분자를 이용하여 이를 열전소자로 제조함. 제조된 고분자/탄소 복합소재는 후처리 공정 (열처리 과정)을 통해 복합소재의 전기 전도성과 제백지수를 극대화하였음
- 기존 함침 공정 대비 빠르고 쉬운 스프레

□ 연구개요
- 본 연구에서는 layer-by-layer(다층박막적층공정) 방식을 이용하여 고분자 기지 내에 나노카본 입자(탄소나노튜브, 그래핀 옥사이드)를 균일하고 정밀하게 적층시켜 고효율의 열전성질을 가지는 고분자 복합소재를 제조하고 이를 분석하였음
- 전도성 고분자를 새롭게 합성하여 친환경성을 갖는 수용성 고전도 고분자를 이용하여 이를 열전소자로 제조함. 제조된 고분자/탄소 복합소재는 후처리 공정 (열처리 과정)을 통해 복합소재의 전기 전도성과 제백지수를 극대화하였음
- 기존 함침 공정 대비 빠르고 쉬운 스프레이 공정을 이용하여 열전효과를 높일 수 있는 방법을 제안함. 또한 스핀 방식을 통해 고효율 열전소자를 제조함
- UPS 및 내부 구조 분석을 통해 고효율 열전특성 향상 메커니즘을 밝힘

□ 연구 목표대비 연구결과
- 다층박막적층 공정을 통해 유기열전복합소재를 제작하였으며, 수용액 상에서 안정한 전도성 고분자로 PEDOT과 Polypyrrole 나노입자를 합성에 성공함. 양이온성인 이들 전도성 고분자를 음이성 고분자전해질 및 나노카본과 교차로 적층된 형태의 유기열전소재를 제작함
: 2.1 μm 두께인 PEDOT:NPs/DWNT-PEDOT:PSS 박막필름은 전기전도성으로 744 S/cm, 83 μV/K 제벡 계수를 보이며 512 μW/mK² 파워팩터 달성
: PPy:NPs/DWNT-rGO 박막필름의 경우, 간단한 열처리를 통해 전기전도성 183.2 S/cm, 115 μV/K 제벡 계수를 보이며 242.2 μW/mK² 파워팩터 달성하여 폴리피롤 기반 유기열전소재 중 가장 높은 효율을 나타냄
- 기존 함침 공정을 대체할 수 있는 스프레이 방식과 스핀 코팅을 열전소재 제작을 위한 다층박막적층 형태로 제조하였으며, 이에 대한 전기전도성 및 지벡 계수 특성을 바탕으로 열전 파워팩터를 향상시키고자 하였음
: 스프레이 공정을 통해 제조된 유기열전소재는 기존 함침 방식의 복합소재의 내부구조를 유지하며 20배 이상 빠른 속도로 8배 이상의 높은 열전효율을 나타냄
- 제조한 복합소재는 탄소나노튜브와 그래핀 및 그래핀옥사이드 기반으로 제조되었으며 이들 나노카본과 고분자 기지체 간 전기적 특성을 향상시키기 위해 친환경적인 후처리 공정으로 비타민 C와 열처리를 통해 복합소재 성분 간 전기적 성질 및 구조적 변화를 분석하였음
- 약전해질 고분자의 경우 conformation은 pH 조건에 크게 영향을 받음. 이를 기초로 pH assembly에 따른 복합소재의 내외부 구조를 정밀하게 제어하고 이를 통해 열전지수의 변화 메커니즘을 연구보고함
: 분자사슬을 extend/flat 형태로 조절하여 제조된 PAH/DWNT-PAA 박막필름은 loopy 형태의 박막필름 대비 75배 이상 높은 열전파워팩터(301 μW/mK²)를 나타냄

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
- 무기열전소자와 달리 휠 수 있는 특성과 1000번 이상의 bending/twisting 에서도 전도성 및 지벡효과를 유지한다는 측면에서 향후 웨어러블 소자에 적용되어 에너지하베스팅 분야에 크게 활용될 것으로 기대됨
- 산업 및 일상생활에서 발생하는 폐열(인체, 전기제품, 자동차 및 기타 열을 방출하는 소재 등)을 재생하여 친환경 에너지의 이용 효율을 극대화하고자 하는 소재 적용이 가능. 에너지수확과 관련하여 친환경 복합소재 분야에서 활발히 개발되고 산업적으로 파급효과가 큰 분야의 선행연구로 새로운 열전변환 장치 개발을 위한 연구방향을 제시하였고 자동차 및 건축 내장재에 적용되어 에너지 생산에 접목이 가능할 것으로 기대됨
- 본 연구에서 적용된 layer-by-layer 공정은 고분자, 무기나노입자, 생체분자 등의 다양한 물질을 나노미터 수준으로 정밀하게 제어하여 다양한 스케일의 기능성 복합 소재를 제작할 수 있는 나노박막적층 기술이므로, 기체/수분베리어박막, 난연제, 멤브레인 등의 많은 분야에 응용을 파생시킬 수 있을 것으로 예상

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 최종 목표 ... 4
• 나. 세부과제별 연구의 목표 및 내용 ... 4
• 다. 연구의 필요성 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 가. 1차년도 연구과제의 수행 과정 및 수행 내용 (수용성 PEDOT 합성을 통한 다층박막 복합 소재 제작) ... 5
• 나. 2차년도 연구과제의 수행 과정 및 수행 내용 (수용성 Polypyrrole 합성을 통한 다층박막 복합소재 제작과 스프레이 공정 기반 열전소재 개발) ... 6
• 다. 3차년도 연구과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 8
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 8
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 8
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• 3) 목표 달성 수준 ... 13
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 13
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 자체점검표 ... 14
• 7. 참고문헌 ... 14
• 끝페이지 ... 24