R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201616CTAP-C086565-03 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 열공정 기반 멀티스케일 초단열소재의 제조 원천기술 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2014-11-07 ~ 2017-02-28 | |||||
| 연구책임자 | 이우일 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
6명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
20명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 300,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 300,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 696,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 696,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 서울대학교 산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | 11-1613000-001824-01 | |||||
| ISBN | 979-11-955588-9-6 | |||||
| 주요 내용 |
지구 온난화 억제 및 에너지 절약을 위해서 지금까지 많은 단열소재의 개발이 진행되어 왔으나 소재를 구성하는 고체 자체의 물성조절만으로는 한계가 있다. 에어로젤과 같은 마이크로/나노스케일 구조체의 특성, 멀티스케일 에너지 수송현상과 도달할 수 있는 최저 유효열전도도 목표치가 제시되고 있다. 에너지 전달 메커니즘을 이용하여 이를 획기적으로 낮출 수 있는 초단열 소재, 특히 다공성 재질의 에너지 캐리어의 이동성을 억제를 통하여 초단열 특성을 나타내는 소재 및 공정의 개발이 요구된다. 실현가능한 제조공정에서는 중공체가 탁월한 열차폐 특성뿐만 아니라 진공도를 유지하면서 좌굴과 같은 기계적 성질도 유지하도록 해야 하므로 물성에 영향을 미치는 각 요소들의 특징적인 역할을 분석하여 초단열시스템을 통한 에너지 문제를 해결하고자 한다. [최종목표] - 나노 구조체 및 멀티스케일 에너지 수송 개념을 이용하여 상온상압하에서도 성능이 탁월한 친환경 초단열 소재(~20 mW/m·K 급)의 개발 - 레이저 기반의 다양한 소재의 단열 중공입자 제작공정 개발 및 이를 이용한 응용방안 구현 - 실현 가능한 제조공정 및 초단열시스템의 개발을 통한 에너지 손실 문제의 해결 - 패러다임의 전환으로 급성장이 예상되는 친환경 고성능 초단열재를 통해 초단열재 시장에서 새로운 원천기술을 확보 [연구내용 및 범위] - 에어로젤과 같은 소재의 마이크로/나노스케일 구조체의 특성 및 멀티스케일 에너지 수송현상이 일부 밝혀져서 단열재의 총열전도도는 고체자체, 가스, 복사, 대류 및 에너지 캐리어(전자, 포논, 포톤)에 의한 상호작용, 수분 및 가스 침투 등에 의존함. 이들 에너지 전달 메커니즘을 효과적으로 이용함으로써 유효열전도도를 획기적으로 낮출 수 있는 개념을 제시하고 메커니즘 모델링을 통한 친환경 고성능 단열소재를 개발함. - 또한 고진공 나노 구조체 쉘의 도입은 큰 표면/체적비로 인한 상호작용 기능을 효과적으로 분석, 이용함으로써 나노접촉 및 나노기공으로 강도와 단열성능을 제어하여 복합 단열재의 성능을 크게 높일 수 있을 것으로 기대함. - 연구내용(기존 연구와 차별화된 내용): 초단열 소재의 내부 가스를 통한 열전도를 억제하기 위해서는 1) 밀폐기공 구조, 2) 기공내부 진공, 3) 낮은 방사율의 기공내면, 4) 매우 낮은 공기 및 수분 확산율, 5) 좌굴이 발생하지 않는 기계적 강도 6) 흠집이나 손상시 국소 열교로 제한되어 에너지가 다른 곳으로 전파되지 않는 소재를 개발하고자 하는 것임. 또한 고체 기질을 통한 열전도는 고체상의 나노중공체 외피와의 나노스케일 접촉을 유지하게 함으로써 열전달 경로상에 에너지 캐리어의 병목현상을 유발시켜 단열성능을 향상하고자 함. 초단열재의 이론적 해석으로부터 구성 입자, 중공구조물(구체, 중공, 다공체)들의 합성 및 결합을 통한 초단열재의 제작 및 제작 공정의 확보, 이를 평가하기 위한 주요 물성 계측 시스템의 구축 및 계측결과의 분석을 통한 성능향상 방안 모색을 주 내용으로 하며 세부적인 연구내용은 다음과 같다. - 세부연구내용(국제공동연구 포함) 1) 멀티스케일 구조 초단열재 열전도 해석 모델 개발 및 이를 통한 최적 구조 설계 2) 마이크로, 나노 중공 구조 제작: 레이저 기반 제작 및 입자 생성 메카니즘 연구 3) 마이크로·나노 커플링 구조 제작: 하이브리드 노즐, 콜로이드 분무 코팅, 열공정 기반 레이저 조사를 통한 접착 구조 제작 4) 불균일 경로 형성을 통한 포논 산란, 나노스케일 커플링, 에너지캐리어 병목 현상 유도, 적외선 영역 복사열전달 억제를 통한 단열 성능 향상 방안 연구 5) 물성측정을 통한 초단열재 성능 평가 및 성능 향상 방안 탐색: 열전도도(비정상 열전도 계측 방법), 접착강도(ASTM D3330), 표면경도(ASTM D3363) 6) 레이저 조사를 통한 비접촉식 물성 계측 방법 모색 |
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| 색인어 | 한글 | 초단열 소재 | ||||
| 영문 | hyper thermal insulation material | |||||
| 최종보고서 | 01. 서울대학교_열공정 기반 멀티스케일 초단열소재의 제조 원천기술 개발 최종보고서(최종_직인).pdf | |||||