| 연구개발개요 |
？ 기술의 발전으로 생활환경이 크게 개선됨에 따라 전세계 에너지 소비량은 급증하고 이에 따라 온실효과로 지구생태계를 위협하는 과도한 에너지사용 억제와 더불어 에너지 손실을 막기 위해서 에너지 소비량의 30-40%를 차지하는 주거 및 상업 부문에서의 에너지 절약을 위해서는 성능이 우수한 단열소재의 개발이 절실함. 제로 에너지 건물(ZEB)의 확산을 위해 고성능 단열재의 개발이 시급함.？ 개도국의 기술 추격이 빨라짐에 따라 기술격차를 넓히고 선도하기 위해서 새로운 개념과 방법으로 접근하는 방법이 요구되고 있음. 연구실험실 연구단계에 머물러 있어서, 거시적인 관점뿐만 아니라 미시적인 관점에서 경쟁력있는 저진공도 진공단열시스템의 심재와 외피재의 제조공정 및 시스템 개발이 필요함. ？ 최근 많은 주목을 받고 도약단계에 있는 진공단열시스템(VIS)은 코어물질을 외피로 밀봉하여 고진공 제품으로 초기 열전도도를 5-10 mW/m？K로 낮출 수 있으나, 미세 구멍이 생기거나 수증기가 침투하면 기존의 단열재 수준이하로 성능이 크게 떨어지게 되는 단점이 있고, 또한 현장 적용성도 매우 나쁜 단점이 있어서 적용성 확장에 제한이 있었음. 이를 극복하기 위하여 최근 미국에서는 국립연구소 주관으로 15 mW/m？K급을 달성(2018)하였고, 후속연구(2018.10~)로 저진공도를 갖는 진공단열재 개발을 시작하였음. ？ 심재의 경우, 우주분야에서 채용되는 다층단열(multilayer insulation, MLI)의 레이어를 적층하는 과정에서 열복사 및 열전도를 최소화하면서 충분한 기계적강도 및 수명을 동시에 확보해야 한다는 까다로운 요건이 있지만, 외피재의 경우, 새로운 모듈러 진공단열시스템용 외피 제조 공정을 통하여 보호막을 통한 열전도 제어와 관련한 원천기술 지재권은 선행연구를 통하여 이미 확보한 상태에 있어서 관련 기술의 특허맵 체계화를 통하여 기술 경쟁력 선점을 도모하는 것이 절실함. ？ 본 연구에서 시도하는 자기수복 기능 보호막 기초연구에서는 최신의 기능성 소재기술(functional material)의 개념을 도입, 접목하여 진공단열시스템용 보호외피막의 자기수복(self-healing) 기능의 발현을 도모하여 유를 구축하고, 저진공도화에 따른 단열성능 저하를 인공지능 알고리즘으로 보상할 수 있는 기술을 개발하고 관련 지식재산권을 확보하고자 함. ？ 4차산업혁명대비 미래경쟁력 확보를 위한 인텔리전트 기술의 도입으로 온도, 열전달율, 진공단열패널 진공압력 등 시스템환경을 진단모니터링하고, 이동기기 또는 클라우드에서 데이터베이스 축적함으로써 향후 빅데이터 분석을 위한 성능개선 자료를 확보하는 것이 필요함.
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| 최종목표 |
？ 고성능 진공단열시스템에 적용하기 위한 자기수복성을 갖는 기능성 보호막의 기술특성 규명 및 관련 지적재산권 확보 ？ 진공단열시스템의 아킬레스건인 핀홀 발생시의 성능저하를 해결하고 에너지 효율적인 운전 및 유지 관리가 가능한 인공지능 알고리즘 프로그램 개발 및 적용 데이터 확보 ？ 진공단열 복합재 효과(친환경, 마이크로/나노포어)를 도모함으로써 저진공도 진공단열 기술을 이용한 건설 신소재 기술 개발에 기여
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| 연구내용 및 범위 |
？ 외피 보호막의 기능은 단열성능이 탁월한 진공단열시스템에서 심재내부 지지체에서의 복사 및 전도 열전달의 효과적인 억제를 지탱할 수 있도록 함으로써 높은 단열성능을 발휘할 수 있게 함. ？ 기 확보한 외피의 열전도 메커니즘 제어기술과 더불어 진공단열시스템의 아킬레스건인 핀홀발생시의 성능저하를 해결하기 위하여 신개념 고부가가치 재료공정 기술의 적용을 통한 신기능 외피재 제조방법의 가능성을 도모, 확인함으로써 자기수복 관련 지재권을 확보하고자 함. ？ 연구내용(기존 연구와 차별화된 내용) 진공단열시스템(VIS)의 경우 현재까지는 특수 건축물 이외에는 실용성이 매우 낮으며, 외피가 열교(thermal bridge) 역할을 하기 때문에 실질 효과는 기대만큼 크지 않고, 가격도 상당히 고가임. 선행연구를 통하여 열교를 억제할 수 있는 특허를 확보하였음. ？ 자기수복기능의 확보 전략은 내재적 메커니즘과 외래적 메커니즘의 이용으로 나눌 수 있음. 가역 공유결합 또는 초분자 화학에 기반을 둔 내재적 메커니즘은 빛이나 열원과 같은 외부자극이 필요하므로 진공단열시스템의 보호막에 적용하는 데 불리하므로 수복기능재와 촉매의 작용을 이용하는 외래적 메커니즘을 적용하고자 함. 이러한 최신의 기능성 소재기술(functional material)의 개념을 도입, 접목하여 진공단열시스템용 보호막의 자기수복(self-healing) 기능의 기술적인 특성을 규명하고 응용 관련 지적 재산권을 확보하고자 함. ？ 따라서 본 연구에서는 기능성 보호막이 나안으로는 확인하기 어려운 정도의 긁힘이나 핀홀에 의해 성능이 크게 손실되기 전에 자기수복기능을 발휘함으로써 합리적인 내부 진공도를 유지할 수 있도록 하고자 하는 것임. 즉, 진공압 손실에 따른 성능저하를 예측하고 설정기준에 적합한 반응동력학을 통하여 개념의 검증을 위한 다양한 일차 및 이차 화학물질을 조사 분석하여 가장 적합한 화학물질의 조합을 찾고, 이와 관련한 지재권을 확보함으로써 기 출원특허와 함께 특허 계열화를 도모함. ？ 저진공도 진공단열시스템의 활용 내구성을 높이고, 핀홀 등의 단일 유니트의 결함(defect) 발생 시의 단열기능 손실 효과를 예측 진단이 가능한 인공지능 기술을 적용함으로써 진공단열시스템의 아킬레스건인 핀홀 발생시의 성능저하를 해결할 뿐만 아니라 에너지 효율적인 운전 및 유지 관리가 가능한 인공지능 알고리즘 프로그램 개발 및 적용 데이터 확보하고자 함. 이 과정에서 진공단열시스템의 주요 인자를 분석하고 크기, 엣지, 핀홀, 지지체(support)의 영향을 파악함으로써 설계, 시공의 기준을 제시할 수 있을 것임. ？ 또한 자기수복 기능 보호막은 기존의 밀봉재 제조공정인 롤투롤 방식을 적용할 수 있어서 생산성 측면에서 적용에 유리할 것으로 예상됨. 자기수복 기능 보호막은, 배터리, 태양전지, 기능성 콘크리트, 신축성 도체 등의 분야에 적용하기 위해 많은 주목을 받으며 신물질 개발 연구가 진행되고 있음. 그러나 밀봉보호막 혹은 단열소재용으로는 연구된 적이 없고, 인공지능을 이용한 고성능 진공단열재 관련 기술의 적용이 시도된 적이 없으므로 관련 기술 및 지재권 확보를 시급히 추진하는 것이 매우 중요함.
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