수명 다한 탄소섬유로 고기능성 나노소재 만든다 - 탄소섬유를 이용한 기능성 탄소나노소재 제조 및 응용 기술 개발 - 재활용의 차원을 넘어 고부가가치 물질로 전환, 다양한 분야에 응용 기대 탄소 기반 나노 구조체는 단일 소재만으로도 태양전지, 발광다이오드(LED), 바이오 이미징, 광촉매, 센서 등 다양한 분야에 활용 가능하다는 장점이 있어 산업 현장 및 학계에서 각광받고 있는 소재이다. 이와 더불어, 탄소 구조체 내에 이종 원소를 도입함으로써 광학적 특성 및 촉매 특성을 향상 시킬 수 있다는 연구 결과가 잇달아 발표됨으로써 관심도는 점점 더 증가하는 추세이다. 최근 국내 연구진이 수명이 다한 탄소섬유를 이용하여 고기능성 탄소나노소재로 재활용하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전북분원 복합소재기술연구소(분원장 김준경) 양자응용복합소재연구센터 배수강 박사, 탄소융합소재연구센터 이성호 박사 공동 연구팀은 폴리아크릴로나이트릴(PAN, Polyacrylonitrile)이라고 불리는 고분자 물질로 제작된 탄소섬유를 이용하여 고 결정성과 더불어 균일한 크기 분포도를 가지는 질소가 도핑된 그래핀 양자점을 효율적으로 합성할 수 있는 기술을 개발했다. 연구팀은 PAN계열 고분자 섬유를 기반으로 하는 탄소섬유를 산(Acid) 용액에서 적정 온도로 가열하여 합성하는 하향식 접근법*을 이용하여 균일한 크기 분포도를 가지는 수 nm 크기의 탄소 구조체를 합성하였다. 해당 공정은 저분자 유기 전구체를 가열하는 방식의 상향식 접근법으로 합성된 탄소 구조체에 비해 높은 결정성을 가지는 장점이 있고, 추가적인 후처리 공정 없이 결정성 저해 없는 이종 원소인 질소를 함유한 탄소 구조체를 합성할 수 있다. 또한, 경제적인 측면에서 수명이 다한 PAN 탄소섬유 및 복합소재를 사용할 수 있어 원료물질의 비용부담이 전혀 없는 그래핀 양자점 합성방법이다. *용어설명 참고 현재 탄소섬유 복합소재를 생산하고 사용하는 산업체에서 재활용 및 폐 복합소재 처리 방안이 큰 이슈인 상황에서, 본 연구는 리싸이클(recycle) 개념을 넘는 기존 물질보다 부가가치가 높은 물질로 전환하는 업싸이클(upcycle) 기술을 제시한다는 측면에서 그 의의가 크다고 할 수 있다. 후지 경제에 따르면 2030년 PAN계 탄소섬유복합재료 시장은 약 40조 8000억 원으로 2015년 대비 관련시장이 4배 가량 급속 성장할 전망이다. 제조된 그래핀 양자점의 광·전기적 응용 분야의 적용 가능성을 제시하기 위해 전도성 고분자를 이용하였다. 특히, 유기 태양전지 소자의 정공 전달층에 소량 첨가하는 연구를 진행하였고, 최대 14.5%의 광전변환효율 향상이 가능함을 보임으로써 다양한 응용 분야에 적용 가능함을 시사했다. 배수강 박사는 “추가적인 후처리 공정 없이 이종 원소를 효과적으로 도입함으로써 특성 향상 및 경제성을 크게 높인 것이 장점”이라 말하며, “향후, 탄소나노소재를 함유한 복합소재 분야 발전에 다양하게 응용될 것”이라고 밝혔다. 이번 연구로 학계에서는 그래핀 등 탄소 구조체의 특성 향상과 더불어, 폐 탄소섬유 및 복합소재를 이용한 다양한 기능성 소재로의 응용 및 재활용에 대한 발판을 마련한 것으로 평가하고 있다. 연구진은 이번 연구를 바탕으로 하여 고 결정성 탄소나노소재의 물성에 관련된 기초연구와 유/무기 복합 소재 제작, 그 특성에 대한 연구를 진행하고 있다. 본 연구는 미래창조과학부의 지원으로 KIST 기관고유사업, 글로벌프론티어사업 및 산업통상자원부의 산업핵심기술개발사업을 통해 수행되었으며, 에너지 재료 분야의 권위지인 나노에너지(Nano Energy, Impact Factor: 11.553) 4월호에 게재되었다. <그림설명> <그림 1> 배수강 박사, 이성호 박사 공동 연구팀은 PAN 계열 탄소섬유를 이용하여 용액공정을 통해 4 nm 정도의 크기 및 3층 이하의 두께를 가지는 고품질의 그래핀 양자점을 합성 하였다. <그림 2> 해당 탄소 양자점의 광학적 특성을 보여주는 결과이다. 원소재인 PAN 섬유의 열처리 온도에 따라 합성된 그래핀 양자점의 질소 및 산소 원자의 성분비에 차이가 생기며, 이로 인해 상이한 발광 특성을 보이게 된다. <그림3> 그래핀 양자점이 함유된 정공 수송층을 이용하여 제작된 유기태양전지의 특성은 태양전지소자의 광 에너지 전환 효율(power conversion efficiency: PEC)은 최대 14.5% 이상 증가 하였다.

수명 다한 탄소섬유로 고기능성 나노소재 만든다 - 탄소섬유를 이용한 기능성 탄소나노소재 제조 및 응용 기술 개발 - 재활용의 차원을 넘어 고부가가치 물질로 전환, 다양한 분야에 응용 기대 탄소 기반 나노 구조체는 단일 소재만으로도 태양전지, 발광다이오드(LED), 바이오 이미징, 광촉매, 센서 등 다양한 분야에 활용 가능하다는 장점이 있어 산업 현장 및 학계에서 각광받고 있는 소재이다. 이와 더불어, 탄소 구조체 내에 이종 원소를 도입함으로써 광학적 특성 및 촉매 특성을 향상 시킬 수 있다는 연구 결과가 잇달아 발표됨으로써 관심도는 점점 더 증가하는 추세이다. 최근 국내 연구진이 수명이 다한 탄소섬유를 이용하여 고기능성 탄소나노소재로 재활용하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전북분원 복합소재기술연구소(분원장 김준경) 양자응용복합소재연구센터 배수강 박사, 탄소융합소재연구센터 이성호 박사 공동 연구팀은 폴리아크릴로나이트릴(PAN, Polyacrylonitrile)이라고 불리는 고분자 물질로 제작된 탄소섬유를 이용하여 고 결정성과 더불어 균일한 크기 분포도를 가지는 질소가 도핑된 그래핀 양자점을 효율적으로 합성할 수 있는 기술을 개발했다. 연구팀은 PAN계열 고분자 섬유를 기반으로 하는 탄소섬유를 산(Acid) 용액에서 적정 온도로 가열하여 합성하는 하향식 접근법*을 이용하여 균일한 크기 분포도를 가지는 수 nm 크기의 탄소 구조체를 합성하였다. 해당 공정은 저분자 유기 전구체를 가열하는 방식의 상향식 접근법으로 합성된 탄소 구조체에 비해 높은 결정성을 가지는 장점이 있고, 추가적인 후처리 공정 없이 결정성 저해 없는 이종 원소인 질소를 함유한 탄소 구조체를 합성할 수 있다. 또한, 경제적인 측면에서 수명이 다한 PAN 탄소섬유 및 복합소재를 사용할 수 있어 원료물질의 비용부담이 전혀 없는 그래핀 양자점 합성방법이다. *용어설명 참고 현재 탄소섬유 복합소재를 생산하고 사용하는 산업체에서 재활용 및 폐 복합소재 처리 방안이 큰 이슈인 상황에서, 본 연구는 리싸이클(recycle) 개념을 넘는 기존 물질보다 부가가치가 높은 물질로 전환하는 업싸이클(upcycle) 기술을 제시한다는 측면에서 그 의의가 크다고 할 수 있다. 후지 경제에 따르면 2030년 PAN계 탄소섬유복합재료 시장은 약 40조 8000억 원으로 2015년 대비 관련시장이 4배 가량 급속 성장할 전망이다. 제조된 그래핀 양자점의 광·전기적 응용 분야의 적용 가능성을 제시하기 위해 전도성 고분자를 이용하였다. 특히, 유기 태양전지 소자의 정공 전달층에 소량 첨가하는 연구를 진행하였고, 최대 14.5%의 광전변환효율 향상이 가능함을 보임으로써 다양한 응용 분야에 적용 가능함을 시사했다. 배수강 박사는 “추가적인 후처리 공정 없이 이종 원소를 효과적으로 도입함으로써 특성 향상 및 경제성을 크게 높인 것이 장점”이라 말하며, “향후, 탄소나노소재를 함유한 복합소재 분야 발전에 다양하게 응용될 것”이라고 밝혔다. 이번 연구로 학계에서는 그래핀 등 탄소 구조체의 특성 향상과 더불어, 폐 탄소섬유 및 복합소재를 이용한 다양한 기능성 소재로의 응용 및 재활용에 대한 발판을 마련한 것으로 평가하고 있다. 연구진은 이번 연구를 바탕으로 하여 고 결정성 탄소나노소재의 물성에 관련된 기초연구와 유/무기 복합 소재 제작, 그 특성에 대한 연구를 진행하고 있다. 본 연구는 미래창조과학부의 지원으로 KIST 기관고유사업, 글로벌프론티어사업 및 산업통상자원부의 산업핵심기술개발사업을 통해 수행되었으며, 에너지 재료 분야의 권위지인 나노에너지(Nano Energy, Impact Factor: 11.553) 4월호에 게재되었다. <그림설명> <그림 1> 배수강 박사, 이성호 박사 공동 연구팀은 PAN 계열 탄소섬유를 이용하여 용액공정을 통해 4 nm 정도의 크기 및 3층 이하의 두께를 가지는 고품질의 그래핀 양자점을 합성 하였다. <그림 2> 해당 탄소 양자점의 광학적 특성을 보여주는 결과이다. 원소재인 PAN 섬유의 열처리 온도에 따라 합성된 그래핀 양자점의 질소 및 산소 원자의 성분비에 차이가 생기며, 이로 인해 상이한 발광 특성을 보이게 된다. <그림3> 그래핀 양자점이 함유된 정공 수송층을 이용하여 제작된 유기태양전지의 특성은 태양전지소자의 광 에너지 전환 효율(power conversion efficiency: PEC)은 최대 14.5% 이상 증가 하였다.

수명 다한 탄소섬유로 고기능성 나노소재 만든다 - 탄소섬유를 이용한 기능성 탄소나노소재 제조 및 응용 기술 개발 - 재활용의 차원을 넘어 고부가가치 물질로 전환, 다양한 분야에 응용 기대 탄소 기반 나노 구조체는 단일 소재만으로도 태양전지, 발광다이오드(LED), 바이오 이미징, 광촉매, 센서 등 다양한 분야에 활용 가능하다는 장점이 있어 산업 현장 및 학계에서 각광받고 있는 소재이다. 이와 더불어, 탄소 구조체 내에 이종 원소를 도입함으로써 광학적 특성 및 촉매 특성을 향상 시킬 수 있다는 연구 결과가 잇달아 발표됨으로써 관심도는 점점 더 증가하는 추세이다. 최근 국내 연구진이 수명이 다한 탄소섬유를 이용하여 고기능성 탄소나노소재로 재활용하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전북분원 복합소재기술연구소(분원장 김준경) 양자응용복합소재연구센터 배수강 박사, 탄소융합소재연구센터 이성호 박사 공동 연구팀은 폴리아크릴로나이트릴(PAN, Polyacrylonitrile)이라고 불리는 고분자 물질로 제작된 탄소섬유를 이용하여 고 결정성과 더불어 균일한 크기 분포도를 가지는 질소가 도핑된 그래핀 양자점을 효율적으로 합성할 수 있는 기술을 개발했다. 연구팀은 PAN계열 고분자 섬유를 기반으로 하는 탄소섬유를 산(Acid) 용액에서 적정 온도로 가열하여 합성하는 하향식 접근법*을 이용하여 균일한 크기 분포도를 가지는 수 nm 크기의 탄소 구조체를 합성하였다. 해당 공정은 저분자 유기 전구체를 가열하는 방식의 상향식 접근법으로 합성된 탄소 구조체에 비해 높은 결정성을 가지는 장점이 있고, 추가적인 후처리 공정 없이 결정성 저해 없는 이종 원소인 질소를 함유한 탄소 구조체를 합성할 수 있다. 또한, 경제적인 측면에서 수명이 다한 PAN 탄소섬유 및 복합소재를 사용할 수 있어 원료물질의 비용부담이 전혀 없는 그래핀 양자점 합성방법이다. *용어설명 참고 현재 탄소섬유 복합소재를 생산하고 사용하는 산업체에서 재활용 및 폐 복합소재 처리 방안이 큰 이슈인 상황에서, 본 연구는 리싸이클(recycle) 개념을 넘는 기존 물질보다 부가가치가 높은 물질로 전환하는 업싸이클(upcycle) 기술을 제시한다는 측면에서 그 의의가 크다고 할 수 있다. 후지 경제에 따르면 2030년 PAN계 탄소섬유복합재료 시장은 약 40조 8000억 원으로 2015년 대비 관련시장이 4배 가량 급속 성장할 전망이다. 제조된 그래핀 양자점의 광·전기적 응용 분야의 적용 가능성을 제시하기 위해 전도성 고분자를 이용하였다. 특히, 유기 태양전지 소자의 정공 전달층에 소량 첨가하는 연구를 진행하였고, 최대 14.5%의 광전변환효율 향상이 가능함을 보임으로써 다양한 응용 분야에 적용 가능함을 시사했다. 배수강 박사는 “추가적인 후처리 공정 없이 이종 원소를 효과적으로 도입함으로써 특성 향상 및 경제성을 크게 높인 것이 장점”이라 말하며, “향후, 탄소나노소재를 함유한 복합소재 분야 발전에 다양하게 응용될 것”이라고 밝혔다. 이번 연구로 학계에서는 그래핀 등 탄소 구조체의 특성 향상과 더불어, 폐 탄소섬유 및 복합소재를 이용한 다양한 기능성 소재로의 응용 및 재활용에 대한 발판을 마련한 것으로 평가하고 있다. 연구진은 이번 연구를 바탕으로 하여 고 결정성 탄소나노소재의 물성에 관련된 기초연구와 유/무기 복합 소재 제작, 그 특성에 대한 연구를 진행하고 있다. 본 연구는 미래창조과학부의 지원으로 KIST 기관고유사업, 글로벌프론티어사업 및 산업통상자원부의 산업핵심기술개발사업을 통해 수행되었으며, 에너지 재료 분야의 권위지인 나노에너지(Nano Energy, Impact Factor: 11.553) 4월호에 게재되었다. <그림설명> <그림 1> 배수강 박사, 이성호 박사 공동 연구팀은 PAN 계열 탄소섬유를 이용하여 용액공정을 통해 4 nm 정도의 크기 및 3층 이하의 두께를 가지는 고품질의 그래핀 양자점을 합성 하였다. <그림 2> 해당 탄소 양자점의 광학적 특성을 보여주는 결과이다. 원소재인 PAN 섬유의 열처리 온도에 따라 합성된 그래핀 양자점의 질소 및 산소 원자의 성분비에 차이가 생기며, 이로 인해 상이한 발광 특성을 보이게 된다. <그림3> 그래핀 양자점이 함유된 정공 수송층을 이용하여 제작된 유기태양전지의 특성은 태양전지소자의 광 에너지 전환 효율(power conversion efficiency: PEC)은 최대 14.5% 이상 증가 하였다.

수명 다한 탄소섬유로 고기능성 나노소재 만든다 - 탄소섬유를 이용한 기능성 탄소나노소재 제조 및 응용 기술 개발 - 재활용의 차원을 넘어 고부가가치 물질로 전환, 다양한 분야에 응용 기대 탄소 기반 나노 구조체는 단일 소재만으로도 태양전지, 발광다이오드(LED), 바이오 이미징, 광촉매, 센서 등 다양한 분야에 활용 가능하다는 장점이 있어 산업 현장 및 학계에서 각광받고 있는 소재이다. 이와 더불어, 탄소 구조체 내에 이종 원소를 도입함으로써 광학적 특성 및 촉매 특성을 향상 시킬 수 있다는 연구 결과가 잇달아 발표됨으로써 관심도는 점점 더 증가하는 추세이다. 최근 국내 연구진이 수명이 다한 탄소섬유를 이용하여 고기능성 탄소나노소재로 재활용하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전북분원 복합소재기술연구소(분원장 김준경) 양자응용복합소재연구센터 배수강 박사, 탄소융합소재연구센터 이성호 박사 공동 연구팀은 폴리아크릴로나이트릴(PAN, Polyacrylonitrile)이라고 불리는 고분자 물질로 제작된 탄소섬유를 이용하여 고 결정성과 더불어 균일한 크기 분포도를 가지는 질소가 도핑된 그래핀 양자점을 효율적으로 합성할 수 있는 기술을 개발했다. 연구팀은 PAN계열 고분자 섬유를 기반으로 하는 탄소섬유를 산(Acid) 용액에서 적정 온도로 가열하여 합성하는 하향식 접근법*을 이용하여 균일한 크기 분포도를 가지는 수 nm 크기의 탄소 구조체를 합성하였다. 해당 공정은 저분자 유기 전구체를 가열하는 방식의 상향식 접근법으로 합성된 탄소 구조체에 비해 높은 결정성을 가지는 장점이 있고, 추가적인 후처리 공정 없이 결정성 저해 없는 이종 원소인 질소를 함유한 탄소 구조체를 합성할 수 있다. 또한, 경제적인 측면에서 수명이 다한 PAN 탄소섬유 및 복합소재를 사용할 수 있어 원료물질의 비용부담이 전혀 없는 그래핀 양자점 합성방법이다. *용어설명 참고 현재 탄소섬유 복합소재를 생산하고 사용하는 산업체에서 재활용 및 폐 복합소재 처리 방안이 큰 이슈인 상황에서, 본 연구는 리싸이클(recycle) 개념을 넘는 기존 물질보다 부가가치가 높은 물질로 전환하는 업싸이클(upcycle) 기술을 제시한다는 측면에서 그 의의가 크다고 할 수 있다. 후지 경제에 따르면 2030년 PAN계 탄소섬유복합재료 시장은 약 40조 8000억 원으로 2015년 대비 관련시장이 4배 가량 급속 성장할 전망이다. 제조된 그래핀 양자점의 광·전기적 응용 분야의 적용 가능성을 제시하기 위해 전도성 고분자를 이용하였다. 특히, 유기 태양전지 소자의 정공 전달층에 소량 첨가하는 연구를 진행하였고, 최대 14.5%의 광전변환효율 향상이 가능함을 보임으로써 다양한 응용 분야에 적용 가능함을 시사했다. 배수강 박사는 “추가적인 후처리 공정 없이 이종 원소를 효과적으로 도입함으로써 특성 향상 및 경제성을 크게 높인 것이 장점”이라 말하며, “향후, 탄소나노소재를 함유한 복합소재 분야 발전에 다양하게 응용될 것”이라고 밝혔다. 이번 연구로 학계에서는 그래핀 등 탄소 구조체의 특성 향상과 더불어, 폐 탄소섬유 및 복합소재를 이용한 다양한 기능성 소재로의 응용 및 재활용에 대한 발판을 마련한 것으로 평가하고 있다. 연구진은 이번 연구를 바탕으로 하여 고 결정성 탄소나노소재의 물성에 관련된 기초연구와 유/무기 복합 소재 제작, 그 특성에 대한 연구를 진행하고 있다. 본 연구는 미래창조과학부의 지원으로 KIST 기관고유사업, 글로벌프론티어사업 및 산업통상자원부의 산업핵심기술개발사업을 통해 수행되었으며, 에너지 재료 분야의 권위지인 나노에너지(Nano Energy, Impact Factor: 11.553) 4월호에 게재되었다. <그림설명> <그림 1> 배수강 박사, 이성호 박사 공동 연구팀은 PAN 계열 탄소섬유를 이용하여 용액공정을 통해 4 nm 정도의 크기 및 3층 이하의 두께를 가지는 고품질의 그래핀 양자점을 합성 하였다. <그림 2> 해당 탄소 양자점의 광학적 특성을 보여주는 결과이다. 원소재인 PAN 섬유의 열처리 온도에 따라 합성된 그래핀 양자점의 질소 및 산소 원자의 성분비에 차이가 생기며, 이로 인해 상이한 발광 특성을 보이게 된다. <그림3> 그래핀 양자점이 함유된 정공 수송층을 이용하여 제작된 유기태양전지의 특성은 태양전지소자의 광 에너지 전환 효율(power conversion efficiency: PEC)은 최대 14.5% 이상 증가 하였다.

수명 다한 탄소섬유로 고기능성 나노소재 만든다 - 탄소섬유를 이용한 기능성 탄소나노소재 제조 및 응용 기술 개발 - 재활용의 차원을 넘어 고부가가치 물질로 전환, 다양한 분야에 응용 기대 탄소 기반 나노 구조체는 단일 소재만으로도 태양전지, 발광다이오드(LED), 바이오 이미징, 광촉매, 센서 등 다양한 분야에 활용 가능하다는 장점이 있어 산업 현장 및 학계에서 각광받고 있는 소재이다. 이와 더불어, 탄소 구조체 내에 이종 원소를 도입함으로써 광학적 특성 및 촉매 특성을 향상 시킬 수 있다는 연구 결과가 잇달아 발표됨으로써 관심도는 점점 더 증가하는 추세이다. 최근 국내 연구진이 수명이 다한 탄소섬유를 이용하여 고기능성 탄소나노소재로 재활용하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전북분원 복합소재기술연구소(분원장 김준경) 양자응용복합소재연구센터 배수강 박사, 탄소융합소재연구센터 이성호 박사 공동 연구팀은 폴리아크릴로나이트릴(PAN, Polyacrylonitrile)이라고 불리는 고분자 물질로 제작된 탄소섬유를 이용하여 고 결정성과 더불어 균일한 크기 분포도를 가지는 질소가 도핑된 그래핀 양자점을 효율적으로 합성할 수 있는 기술을 개발했다. 연구팀은 PAN계열 고분자 섬유를 기반으로 하는 탄소섬유를 산(Acid) 용액에서 적정 온도로 가열하여 합성하는 하향식 접근법*을 이용하여 균일한 크기 분포도를 가지는 수 nm 크기의 탄소 구조체를 합성하였다. 해당 공정은 저분자 유기 전구체를 가열하는 방식의 상향식 접근법으로 합성된 탄소 구조체에 비해 높은 결정성을 가지는 장점이 있고, 추가적인 후처리 공정 없이 결정성 저해 없는 이종 원소인 질소를 함유한 탄소 구조체를 합성할 수 있다. 또한, 경제적인 측면에서 수명이 다한 PAN 탄소섬유 및 복합소재를 사용할 수 있어 원료물질의 비용부담이 전혀 없는 그래핀 양자점 합성방법이다. *용어설명 참고 현재 탄소섬유 복합소재를 생산하고 사용하는 산업체에서 재활용 및 폐 복합소재 처리 방안이 큰 이슈인 상황에서, 본 연구는 리싸이클(recycle) 개념을 넘는 기존 물질보다 부가가치가 높은 물질로 전환하는 업싸이클(upcycle) 기술을 제시한다는 측면에서 그 의의가 크다고 할 수 있다. 후지 경제에 따르면 2030년 PAN계 탄소섬유복합재료 시장은 약 40조 8000억 원으로 2015년 대비 관련시장이 4배 가량 급속 성장할 전망이다. 제조된 그래핀 양자점의 광·전기적 응용 분야의 적용 가능성을 제시하기 위해 전도성 고분자를 이용하였다. 특히, 유기 태양전지 소자의 정공 전달층에 소량 첨가하는 연구를 진행하였고, 최대 14.5%의 광전변환효율 향상이 가능함을 보임으로써 다양한 응용 분야에 적용 가능함을 시사했다. 배수강 박사는 “추가적인 후처리 공정 없이 이종 원소를 효과적으로 도입함으로써 특성 향상 및 경제성을 크게 높인 것이 장점”이라 말하며, “향후, 탄소나노소재를 함유한 복합소재 분야 발전에 다양하게 응용될 것”이라고 밝혔다. 이번 연구로 학계에서는 그래핀 등 탄소 구조체의 특성 향상과 더불어, 폐 탄소섬유 및 복합소재를 이용한 다양한 기능성 소재로의 응용 및 재활용에 대한 발판을 마련한 것으로 평가하고 있다. 연구진은 이번 연구를 바탕으로 하여 고 결정성 탄소나노소재의 물성에 관련된 기초연구와 유/무기 복합 소재 제작, 그 특성에 대한 연구를 진행하고 있다. 본 연구는 미래창조과학부의 지원으로 KIST 기관고유사업, 글로벌프론티어사업 및 산업통상자원부의 산업핵심기술개발사업을 통해 수행되었으며, 에너지 재료 분야의 권위지인 나노에너지(Nano Energy, Impact Factor: 11.553) 4월호에 게재되었다. <그림설명> <그림 1> 배수강 박사, 이성호 박사 공동 연구팀은 PAN 계열 탄소섬유를 이용하여 용액공정을 통해 4 nm 정도의 크기 및 3층 이하의 두께를 가지는 고품질의 그래핀 양자점을 합성 하였다. <그림 2> 해당 탄소 양자점의 광학적 특성을 보여주는 결과이다. 원소재인 PAN 섬유의 열처리 온도에 따라 합성된 그래핀 양자점의 질소 및 산소 원자의 성분비에 차이가 생기며, 이로 인해 상이한 발광 특성을 보이게 된다. <그림3> 그래핀 양자점이 함유된 정공 수송층을 이용하여 제작된 유기태양전지의 특성은 태양전지소자의 광 에너지 전환 효율(power conversion efficiency: PEC)은 최대 14.5% 이상 증가 하였다.

수명 다한 탄소섬유로 고기능성 나노소재 만든다 - 탄소섬유를 이용한 기능성 탄소나노소재 제조 및 응용 기술 개발 - 재활용의 차원을 넘어 고부가가치 물질로 전환, 다양한 분야에 응용 기대 탄소 기반 나노 구조체는 단일 소재만으로도 태양전지, 발광다이오드(LED), 바이오 이미징, 광촉매, 센서 등 다양한 분야에 활용 가능하다는 장점이 있어 산업 현장 및 학계에서 각광받고 있는 소재이다. 이와 더불어, 탄소 구조체 내에 이종 원소를 도입함으로써 광학적 특성 및 촉매 특성을 향상 시킬 수 있다는 연구 결과가 잇달아 발표됨으로써 관심도는 점점 더 증가하는 추세이다. 최근 국내 연구진이 수명이 다한 탄소섬유를 이용하여 고기능성 탄소나노소재로 재활용하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전북분원 복합소재기술연구소(분원장 김준경) 양자응용복합소재연구센터 배수강 박사, 탄소융합소재연구센터 이성호 박사 공동 연구팀은 폴리아크릴로나이트릴(PAN, Polyacrylonitrile)이라고 불리는 고분자 물질로 제작된 탄소섬유를 이용하여 고 결정성과 더불어 균일한 크기 분포도를 가지는 질소가 도핑된 그래핀 양자점을 효율적으로 합성할 수 있는 기술을 개발했다. 연구팀은 PAN계열 고분자 섬유를 기반으로 하는 탄소섬유를 산(Acid) 용액에서 적정 온도로 가열하여 합성하는 하향식 접근법*을 이용하여 균일한 크기 분포도를 가지는 수 nm 크기의 탄소 구조체를 합성하였다. 해당 공정은 저분자 유기 전구체를 가열하는 방식의 상향식 접근법으로 합성된 탄소 구조체에 비해 높은 결정성을 가지는 장점이 있고, 추가적인 후처리 공정 없이 결정성 저해 없는 이종 원소인 질소를 함유한 탄소 구조체를 합성할 수 있다. 또한, 경제적인 측면에서 수명이 다한 PAN 탄소섬유 및 복합소재를 사용할 수 있어 원료물질의 비용부담이 전혀 없는 그래핀 양자점 합성방법이다. *용어설명 참고 현재 탄소섬유 복합소재를 생산하고 사용하는 산업체에서 재활용 및 폐 복합소재 처리 방안이 큰 이슈인 상황에서, 본 연구는 리싸이클(recycle) 개념을 넘는 기존 물질보다 부가가치가 높은 물질로 전환하는 업싸이클(upcycle) 기술을 제시한다는 측면에서 그 의의가 크다고 할 수 있다. 후지 경제에 따르면 2030년 PAN계 탄소섬유복합재료 시장은 약 40조 8000억 원으로 2015년 대비 관련시장이 4배 가량 급속 성장할 전망이다. 제조된 그래핀 양자점의 광·전기적 응용 분야의 적용 가능성을 제시하기 위해 전도성 고분자를 이용하였다. 특히, 유기 태양전지 소자의 정공 전달층에 소량 첨가하는 연구를 진행하였고, 최대 14.5%의 광전변환효율 향상이 가능함을 보임으로써 다양한 응용 분야에 적용 가능함을 시사했다. 배수강 박사는 “추가적인 후처리 공정 없이 이종 원소를 효과적으로 도입함으로써 특성 향상 및 경제성을 크게 높인 것이 장점”이라 말하며, “향후, 탄소나노소재를 함유한 복합소재 분야 발전에 다양하게 응용될 것”이라고 밝혔다. 이번 연구로 학계에서는 그래핀 등 탄소 구조체의 특성 향상과 더불어, 폐 탄소섬유 및 복합소재를 이용한 다양한 기능성 소재로의 응용 및 재활용에 대한 발판을 마련한 것으로 평가하고 있다. 연구진은 이번 연구를 바탕으로 하여 고 결정성 탄소나노소재의 물성에 관련된 기초연구와 유/무기 복합 소재 제작, 그 특성에 대한 연구를 진행하고 있다. 본 연구는 미래창조과학부의 지원으로 KIST 기관고유사업, 글로벌프론티어사업 및 산업통상자원부의 산업핵심기술개발사업을 통해 수행되었으며, 에너지 재료 분야의 권위지인 나노에너지(Nano Energy, Impact Factor: 11.553) 4월호에 게재되었다. <그림설명> <그림 1> 배수강 박사, 이성호 박사 공동 연구팀은 PAN 계열 탄소섬유를 이용하여 용액공정을 통해 4 nm 정도의 크기 및 3층 이하의 두께를 가지는 고품질의 그래핀 양자점을 합성 하였다. <그림 2> 해당 탄소 양자점의 광학적 특성을 보여주는 결과이다. 원소재인 PAN 섬유의 열처리 온도에 따라 합성된 그래핀 양자점의 질소 및 산소 원자의 성분비에 차이가 생기며, 이로 인해 상이한 발광 특성을 보이게 된다. <그림3> 그래핀 양자점이 함유된 정공 수송층을 이용하여 제작된 유기태양전지의 특성은 태양전지소자의 광 에너지 전환 효율(power conversion efficiency: PEC)은 최대 14.5% 이상 증가 하였다.

전통소재？기술을 헌대과학기술과 융복합하여 전통문화자원의 개량？개선, 전통문화산업의 발전 및 신산업 창출 - 선진외국과 비교하여 상대적으로 낙후된 전통문화산업을 우리나라의 전통문화자원 및 현대과학기술의 융복합을 통하여 발전시키는 토대를 만듦. - 전통문화산업에 사용되는 소재, 자원, 공정을 개량？개선하여 전통문화산업 발전의 생태계를 조성함 - 전통과학기술의 원리규명을 통하여 전통문화산업의 발전을 도모하고 발굴된 원리를 현대과학기술과 적용함으로서 신산업을 창출함 - 전통문화산업 발전을 위한 연구기획 - 전통문화산업체의 기술상담, 산업현장 멘토링, 애로기술을 발굴 및 지원 1H NMR spectrum of major component of Oriental Lacquer Film produced by the combination of Oriental Lacquer and polymer SAM images of Ag paste electrically conductive film using Oriental Lacquer Color change of eco-friend ceramic pigment by heat treatment Myoung oil produced from natural perilla oil by revival

‘생각대로 움직이고 느끼는 인공 팔’ 연구, KIST 바이오닉 암(Bionic Arm)사업단 기술설명회 개최 - 신경신호 기반 제어기능을 갖는 바이오닉 암(Bionic Arm) 연구개발 성과를 기업에 소개 - 유망 원천기술의 기술이전을 위한 만남의 장 마련 및 상용화 발판 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 오상록 박사팀은 ‘신경신호 기반 제어기능을 갖는 바이오닉 암(Bionic Arm)’ 연구사업 수행 중 도출 된 연구개발 성과를 소개하고 기업과의 기술이전을 위한 ‘바이오닉암 사업단 기술설명회’를 5월 16일(화) 오후 2시 KIST 서울 본원에서 개최했다. KIST 오상록 박사(KIST 강릉분원, 분원장)는 2014년 선정된 미래창조과학부(장관 최양희) 첨단융합기술개발사업(STEAM)의 바이오닉암 메카트로닉스 융합기술개발 사업으로 ‘생각대로 움직이고, 느끼는 바이오닉 암(Bionic Arm) 기술개발’ 과제를 2020년까지 총 6년간 수행 중에 있다. 이에 3년의 연구를 수행한 현시점에서 연구 개발 중인 기술을 기업에게 소개하여 산업화를 도모하는 한편, 사업 2단계부터 관심 있는 기업들과 함께 연구를 진행하고자 이번 기술설명회를 개최하게 되었다. 본 연구는 전략적 협력 연구를 진행하는 융합연구 형태의 통합시스템사업으로 사업의 성공적 추진을 위해 국내 최고 수준의 협력 연구팀으로 구성되어 진행되고 있다. △ 한국과학기술연구원 김기훈 박사팀(신경신호 측정/분석시스템 개발), △ 성균관대학교 최혁렬 교수팀(인공피부 및 근육 개발), △ 한양대학교 최영진 교수팀(인공 골격 및 관절 개발), △ 한국과학기술연구원 김진석 박사팀(인체삽입형 인터페이스 개발)이 각각 선정되어 연구를 수행하고 있으며, 개발된 원천기술의 상용화를 목표로 하고 있다. 이번 기술설명회에서는 각 연구기관들이 개발 중인 초정밀 생체조작 및 생체신호 측정/분석 플랫폼 기술, 환자 맞춤형 신경/근육 조직기반 신호 측정 및 분석 테스트 플랫폼 기술, 섬유기반 고출력 인공근육 기술, 피부형 디지털타입 촉각센서 기술, 생체모사 팔 설계 및 로봇 손 설계 기술, 신개념 생체친화형 양방향 신경전극 기술, 이식형 양방향 무선 신경신호 처리 시스템 기술 등 약 10개 원천기술이 소개 되었으며, 로봇 및 의수분야의 대표자들과 다수의 기업 관계자들이 참석하여 높은 관심을 보였다. 또한 사업단은 이번 기술설명회를 통해 기초 원천기술을 확보하여 공급하는 연구개발 기관과 시장을 형성하는 소비자 간의 선순환구조를 가지는 글로벌 개방형 혁신센터의 구축을 주목적으로 하고 있다. 이는 연구기관이 개발한 보유기술을 공개하고 활용을 촉진하는 것으로 기밀유지협약(NDA, Non-Disclosure Agreement)에 따라 보유기술에 대한 지적재산권의 공개 및 활용을 지원하는 한편, 발명자와의 1:1 멘토링을 활성화하는 것을 목표로 하고 있다. 참석자들은 현장에서 다양한 분야의 기술소개와 기술의 완성도 및 사업화 가능성을 확인할 수 있었으며, 각 연구팀이 마련한 1:1 상담부스를 통해 연구 기술의 궁금증 해소 및 이해를 도모하는 자리를 가졌다.

고속으로 제조 가능한 부작용 없애주는 분자밸브 나온다 - 특정 파장의 빛에 반응하여 약물을 활성화하고 방출하는 시스템 개발 - 부작용 없는 약물 전달체 및 스마트 코팅 소재개발 가속화 지원 자극 감응형 나노캡슐은 약물전달체, 화장품 소재, 세정용 소재 및 기능성 코팅 소재로 사용된다. 대부분의 나노캡슐은 연성의 물질로 이루어져 원하지 않게 분해되어 부작용을 유발하기도 한다. 최근 국내 연구진에 의해 약물 등이 원하는 조건에서만 안전하게 활성화되고 방출되는 진보된 형태의 분자밸브* 기술이 개발되었다. 분자밸브는 2016년 분자기계로 노벨화학상을 받은 美 노스웨스턴大 프레이저 스토더드(Fraser Stoddart) 교수 등이 선도적으로 수행해오고 있으며, 병을 치료하는 나노로봇을 구현하는 기반 기술 중 하나로 각광을 받고 있다. *분자밸브 : 나노공간에서 물질의 방출을 조절해 주는 화학분자 물질. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전북분원(분원장 김준경) 복합소재기술연구소 탄소융합소재연구센터 박치영 박사팀은 기존의 분자밸브 시스템 합성보다 시간을 수십 배 단축하고, 가격을 낮추면서도 부작용을 보다 억제하는 원천 기술을 개발했다고 밝혔다. 기존의 분자밸브는 견고한 나노 채널의 입구 표면에 부착되어 특정 자극에서만 열리고 닫히므로, 기존의 자극 감응형 나노캡슐에 비해 안정성이 높고 정교하다는 장점이 있지만, 합성이 복잡하고 시간이 오래 걸리는 문제가 있다. 또한 여전히 미세하게 약물이 방출되는 경우가 있어 부작용을 원천적으로 억제하는데 한계가 존재한다. KIST 박치영 박사팀은 식품첨가제, 의료용 제제, 잉크 등으로 폭넓게 사용되는 식물성 폴리페놀이 나노 채널의 입구 표면에서 분자밸브와 유사하게 거동하는 조건을 발견하였다. 또한 채널 내에 약물 등의 화합물을 비활성화 상태로 포집하고, 특정 파장대의 빛을 비추었을 때만 활성화 되고, 분자밸브의 구동에 의해 순차적으로 방출되도록 고안하였다. 따라서, 원하지 않는 조건에서 포집된 물질이 방출되는 일이 발생되더라도, 관련 부작용이 발생하지 않도록 설계하였다. 연구진은 이 기술이 기존의 분자밸브 시스템보다 합성이 매우 간단하고 부작용을 이중으로 억제하는 진보된 형태로, 약물전달체 및 다양한 기능성 코팅 소재 등으로 활용 가능할 것으로 전망했다. KIST 탄소융합소재연구센터의 박치영 박사는 “이번 연구를 통해 보다 복잡한 신호 전달 체계에서도 구동하는 나노로봇을 실현하는 토대를 마련할 것”이라고 밝혔다. 이번 연구는 미래창조과학부(장관 최양희) 지원으로 KIST 기관고유사업과 한국연구재단 기본연구사업으로 수행되었고, 독일에서 발행하는 화학 분야의 세계적 학술지인 ‘앙게반테 케미 국제판’(Angewandte Chemie International Edition)에 5월 8일(월) 표지논문(Inside Cover)으로 게재되었다. <그림설명> <그림1> (좌)기존의 만년필 잉크 등에 사용되던 폴리페놀-철 이온의 착물 용액 (우)위 착물 용액을 수정 이용한 표면에 코팅된 다공성 나노입자의 분산 용액 기존 합성법은 24시간 이상 소요되고, 복잡한 공정이 필요한 반면, 다공성 나노입자에 물질을 포집하고 표면을 코팅하는데 걸리는 시간은 1시간 이내로 매우 빠르고 간단하다. <그림 2> (좌) 연구에 사용된 폴리페놀인 tannic acid의 화학적 구조 (우) 시뮬레이션을 통해 tannic acid가 SiO2 (실리카) 나노채널의 표면에 선택적으로 흡착되는 것을 확인할 수 있었고, 이들이 구리 이온과 착물을 형성할 경우 다공성 실리카의 기공을 막을 수 있음을 확인하였다. 이러한 원리로 인해 다공성 입자의 기공 내에 포집된 물질은 착물 코팅으로 안정하게 포집할 수 있다. (하) 착물은 산에 의해서 분해가 가능하며, 다공성 입자의 기공 내에 빛에 의해 산을 발생할 수 있는 물질(photoacid generator, PAG)을 같이 넣어주게 되면 착물 분해와 동시에 방출이 가능하게 된다. <그림3> (좌) 빛에 의해 포집된 물질의 형광 특성이 변하는 동시에 방출되는 과정을 관찰한 공초점 형광현미경 이미지 (우) 나노반응기 입자가 함유된 하이드로젤의 광분해 및 약물 방출 거동을 보여주는 이미지

고속으로 제조 가능한 부작용 없애주는 분자밸브 나온다 - 특정 파장의 빛에 반응하여 약물을 활성화하고 방출하는 시스템 개발 - 부작용 없는 약물 전달체 및 스마트 코팅 소재개발 가속화 지원 자극 감응형 나노캡슐은 약물전달체, 화장품 소재, 세정용 소재 및 기능성 코팅 소재로 사용된다. 대부분의 나노캡슐은 연성의 물질로 이루어져 원하지 않게 분해되어 부작용을 유발하기도 한다. 최근 국내 연구진에 의해 약물 등이 원하는 조건에서만 안전하게 활성화되고 방출되는 진보된 형태의 분자밸브* 기술이 개발되었다. 분자밸브는 2016년 분자기계로 노벨화학상을 받은 美 노스웨스턴大 프레이저 스토더드(Fraser Stoddart) 교수 등이 선도적으로 수행해오고 있으며, 병을 치료하는 나노로봇을 구현하는 기반 기술 중 하나로 각광을 받고 있다. *분자밸브 : 나노공간에서 물질의 방출을 조절해 주는 화학분자 물질. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전북분원(분원장 김준경) 복합소재기술연구소 탄소융합소재연구센터 박치영 박사팀은 기존의 분자밸브 시스템 합성보다 시간을 수십 배 단축하고, 가격을 낮추면서도 부작용을 보다 억제하는 원천 기술을 개발했다고 밝혔다. 기존의 분자밸브는 견고한 나노 채널의 입구 표면에 부착되어 특정 자극에서만 열리고 닫히므로, 기존의 자극 감응형 나노캡슐에 비해 안정성이 높고 정교하다는 장점이 있지만, 합성이 복잡하고 시간이 오래 걸리는 문제가 있다. 또한 여전히 미세하게 약물이 방출되는 경우가 있어 부작용을 원천적으로 억제하는데 한계가 존재한다. KIST 박치영 박사팀은 식품첨가제, 의료용 제제, 잉크 등으로 폭넓게 사용되는 식물성 폴리페놀이 나노 채널의 입구 표면에서 분자밸브와 유사하게 거동하는 조건을 발견하였다. 또한 채널 내에 약물 등의 화합물을 비활성화 상태로 포집하고, 특정 파장대의 빛을 비추었을 때만 활성화 되고, 분자밸브의 구동에 의해 순차적으로 방출되도록 고안하였다. 따라서, 원하지 않는 조건에서 포집된 물질이 방출되는 일이 발생되더라도, 관련 부작용이 발생하지 않도록 설계하였다. 연구진은 이 기술이 기존의 분자밸브 시스템보다 합성이 매우 간단하고 부작용을 이중으로 억제하는 진보된 형태로, 약물전달체 및 다양한 기능성 코팅 소재 등으로 활용 가능할 것으로 전망했다. KIST 탄소융합소재연구센터의 박치영 박사는 “이번 연구를 통해 보다 복잡한 신호 전달 체계에서도 구동하는 나노로봇을 실현하는 토대를 마련할 것”이라고 밝혔다. 이번 연구는 미래창조과학부(장관 최양희) 지원으로 KIST 기관고유사업과 한국연구재단 기본연구사업으로 수행되었고, 독일에서 발행하는 화학 분야의 세계적 학술지인 ‘앙게반테 케미 국제판’(Angewandte Chemie International Edition)에 5월 8일(월) 표지논문(Inside Cover)으로 게재되었다. <그림설명> <그림1> (좌)기존의 만년필 잉크 등에 사용되던 폴리페놀-철 이온의 착물 용액 (우)위 착물 용액을 수정 이용한 표면에 코팅된 다공성 나노입자의 분산 용액 기존 합성법은 24시간 이상 소요되고, 복잡한 공정이 필요한 반면, 다공성 나노입자에 물질을 포집하고 표면을 코팅하는데 걸리는 시간은 1시간 이내로 매우 빠르고 간단하다. <그림 2> (좌) 연구에 사용된 폴리페놀인 tannic acid의 화학적 구조 (우) 시뮬레이션을 통해 tannic acid가 SiO2 (실리카) 나노채널의 표면에 선택적으로 흡착되는 것을 확인할 수 있었고, 이들이 구리 이온과 착물을 형성할 경우 다공성 실리카의 기공을 막을 수 있음을 확인하였다. 이러한 원리로 인해 다공성 입자의 기공 내에 포집된 물질은 착물 코팅으로 안정하게 포집할 수 있다. (하) 착물은 산에 의해서 분해가 가능하며, 다공성 입자의 기공 내에 빛에 의해 산을 발생할 수 있는 물질(photoacid generator, PAG)을 같이 넣어주게 되면 착물 분해와 동시에 방출이 가능하게 된다. <그림3> (좌) 빛에 의해 포집된 물질의 형광 특성이 변하는 동시에 방출되는 과정을 관찰한 공초점 형광현미경 이미지 (우) 나노반응기 입자가 함유된 하이드로젤의 광분해 및 약물 방출 거동을 보여주는 이미지