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제출문

보고서 초록

목차

제1장 서론 12

제1절. 연구개발의 중요성 및 필요성 12

제2절. 연구개발의 국내외 현황 19

1. 국외수준 21

2. 국내수준 22

3. 국내·외의 연구현황 24

제3절. 연구개발대상 기술의 차별성 25

제2장 연구개발의 목표 및 내용 28

제1절. 연구의 최종목표 28

제2절. 연도별 연구개발의 목표 및 평가방법 29

제3절. 연도별 추진체계 32

제3장 연구개발 결과 및 활용계획 34

제1절. 연구개발 결과 및 토의 34

1. 연구개발 수행 방법 34

2. 1차년도 연구 개발 결과 42

3. 2차년도 주요 연구 결과 75

제2절. 연구개발 결과 요약 128

1. 1차년도 128

2. 2차년도 129

제3절. 연도별 연구개발목표의 달성도 132

제4절. 연도별 연구성과(논문·특허 등) 133

제5절. 관련분야의 기술발전 기여도 136

1. 기술적 측면 136

2. 환경적 측면 136

3. 경제적·산업적 측면 137

제6절. 연구개발 결과의 활용계획 138

제4장 참고문헌 140

부록 144

〈표 1.1〉 광촉매 연구개발의 주요 연구 결과. 20

〈표 1.2〉 광촉매 연구개발의 국내외 현황. 24

〈표 1.3〉 기존 무바인더 광촉매 세라믹 코팅과 본 연구개발의 비교 26

〈표 2.1〉 연도별 연구개발의 목표 및 내용 30

〈표 2.2〉 연도별 평가의 착안점 및 기준 31

〈표 3.1〉 모재와의 밀착력 테스트 결과 52

〈표 3.2〉 제조된 광촉매막의 살균시험 평가 결과 및 시험 조건 요약. 55

〈표 3.3〉 포름 알데히드의 농도별 증상 111

〈표 3.4〉 VOC에 대한 각국의 제한 기준치 (포름알데히드 기준) 112

〈표 3.5〉 BA01-01 분말을 이용하여 성막한 이산화티탄 광촉매막의 모재와의 밀착력 평가 결과 115

〈표 3.6〉 연도별 연구개발 목표와 달성도 132

〈표 3.7〉 연구성과 요약표 133

〈표 3.8〉 상온진공분말분사 코팅 기술의 활용분야 139

〈그림 1.1〉 광촉매 이산화티탄의 작동원리 개략도 13

〈그림 1.2〉 직물을 담체로 사용하여 이산화티탄 입자들을 부착시킨 경우; (a) 부착 직후, (b) 세척 후 15

〈그림 1.3〉 바인더와 함께 용제 중에 혼합하여 스프레이한 이산화티탄 입자들의 모식도; (a) 입자들이 바인더에 매몰된 경우, (b) 최적화된 경우, (c) 입자들이 쉽게 탈락되는 경우 15

〈그림 1.4〉 CVD에 의해 제작된 무바인더 광촉매 이산화티탄 세라믹 코팅의 표면; 평균표면조도 2.2nm 16

〈그림 1.5〉 Sputtering에 의해 제작된 무바인더 이산화티탄 세라믹 코팅의 표면 거칠기에 따른 Methylene Blue (MB)의 분해; 광투과도 (transmittance)는 MB의 분해정도, Ra는 평균 표면조도 16

〈그림 1.6〉 광촉매 연구개발 흐름의 요약 18

〈그림 2.1〉 연도별 추진체계 33

〈그림 3.1〉 상온진공분말분사 코팅 장비의 개략도 35

〈그림 3.2〉 60 × 60 cm²급 코팅을 위한 상온 진공 분말 분사 장비 36

〈그림 3.3〉 상온 진공 분말 분사 법의 성막 원리 개략도 37

〈그림 3.4〉 GC를 이용한 아세트 알데히드 분해 시험장치의 사진 및 장치의 개략도 41

〈그림 3.5〉 본 연구개발에 사용된 원료분말과 제조된 광촉매막의 XRD 패턴 43

〈그림 3.6〉 본 연구개발에 사용된 원료분말과 제조된 광촉매막의 TEM 미세구조 및 전자빔회절패턴 44

〈그림 3.7〉 상온 진공 분말 분사 코팅에 의해 제조된 이산화티탄 광촉매막의 표면 미세구조 45

〈그림 3.8〉 이산화티탄 광촉매막의 코팅횟수에 따른 단면 미세구조의 변화 (a) 1회, (b) 2회, (c) 3회, (d) 4회 코팅 46

〈그림 3.9〉 이산화티탄 광촉매막의 코팅횟수에 따른 표면 미세구조의 변화 (a) 1회, (b) 2회, (c) 3회, (d) 4회 코팅 47

〈그림 3.10〉 코팅횟수에 따른 광촉매막의 두께 변화 (좌) 및 필름 두께에 따른 표면 조도의 변화 (우) 48

〈그림 3.11〉 스테일레스 스틸 기판을 사용한 이산화티탄 광촉매막의 전자현미경 사진 및 표면 조도 측정 결과 48

〈그림 3.12〉 제조된 광촉매막의 연필경도 측정 및 표면 광학현미경 사진 50

〈그림 3.13〉 상용 광촉매막의 연필경도 측정 및 표면 광학현미경 사진 51

〈그림 3.14〉 광촉매막의 모재와의 밀착력 시험 (ASTM C633) 52

〈그림 3.15〉 밀착력 테스트후의 사용 치구 표면, 진회색: 광촉매막이 남아 있음을 확인할 수 있다. 53

〈그림 3.16〉 제조된 광촉매막의 물방울 접촉각 측정 결과 54

〈그림 3.17〉 광촉매 살균시험 성적서 (한국 건자재 시험 연구원) 55

〈그림 3.18〉 UV 조사 시간에 따른 MB 용액의 색변화 (상) MB 용액 (Blank) (하) 광촉매막 56

〈그림 3.19〉 MB 용액의 UV 조사시간에 따른 UV-VIS 흡광 특성평가 (상) MB 용액 (Blank), (하) 이산화티탄 광촉매막 57

〈그림 3.20〉 UV 조사 시간에 따른 MB 농도의 변화 그래프 58

〈그림 3.21〉 제조된 광촉매막의 UV 조사시간에 따른 아세트 알데히드 기상 분해 특성 (좌) 코팅 횟수에 따른 분해 특성 (우) 샘플의 위치에 따른 분해 특성 59

〈그림 3.22〉 가스백법에 의한 아세트 알데히드의 분해 거동 60

〈그림 3.23〉 상온분사공정에 의해 제조한 30cm × 30cm 광촉매 패널 61

〈그림 3.24〉 상온분사공정에 의해 제조한 30cm × 30cm 광촉매 패널(유리기판) 62

〈그림 3.25〉 상온분사공정에 의해 제조한 30cm × 30cm 광촉매 패널(알루미늄복합 패널) 62

〈그림 3.26〉 이산화티탄, 인회석원료분말과 복합 광촉매막의 XRD패턴 63

〈그림 3.27〉 이산화티탄-인회석 복합 광촉매막의 TEM 분석 사진 64

〈그림 3.28〉 이산화티탄-인회석(TCP) 복합광촉매막의 TCP 함량에 따른 미세구조의 변화 66

〈그림 3.29〉 이산화티탄-인회석(HAP) 복합광촉매막의 HAp 함량에 따른 미세구조의 변화 67

〈그림 3.30〉 이산화티탄-인회석의 (좌) SE 이미지와 (우) EDS Map 이미지 67

〈그림 3.31〉 이산화티탄-인회석(TCP) 복합 광촉매막의 UV 조사시간에 따른 MB 분해 거동 68

〈그림 3.32〉 이산화티탄-인회석 복합 광촉매막의 항균시험 결과사진 68

〈그림 3.33〉 다공성 이산화티탄 광촉매막의 상온 진공 분말 분사 공정에 의한 제조방법 개략도 70

〈그림 3.34〉 복합 광촉매막의 인회석 함량에 따라 제조한후 약산에 의해 용출시킨 다공성 광촉매막의 표면미세구의 변화 71

〈그림 3.35〉 미세기공이 도입된 광촉매막의 연필경도 측정 사진 71

〈그림 3.36〉 원료분말, 치밀한 이산화티탄 광촉매막, 이산화티탄-인회석 복합 광촉매막, 다공성 광촉매막의 UV-VIS 흡광 스펙트럼 73

〈그림 3.37〉 다공성 광촉매막의 MB 수용액 분해 특성 74

〈그림 3.38〉 다공성 이산화티탄 광촉매막의 연속 반복 MB 분해 거동 75

〈그림 3.39〉 샌드 블라스팅된 스테인레스 스틸 모재위에 성막된 이산화티탄 광촉매막 76

〈그림 3.40〉 세라믹 타일 모재위에 성막된 이산화티탄 광촉매막 76

〈그림 3.41〉 금속 다공질 폼의 표면에 상온 진공 분말 분사 공정으로 제조된 이산화티탄 광촉매막(좌) Ni 다공질 폼, (우) Cu 다공질 폼 77

〈그림 3.42〉 상온 진공 분말 분사 공정으로 이산화티탄 광촉매막이 성막된 구리 금속 다공질 폼의 단면 사진과 위치에 따른 미세구조의 변화 (금속 다공질 폼의 두께 ~ 10mm) 78

〈그림 3.43〉 기공크기 약 450 ㎛인 Ni 합금 금속 다공질 폼의 표면에 상온 진공 분말 분사 공정으로 제조된 이산화티탄 광촉매막의 미세구조와 EDS 분석 결과 79

〈그림 3.44〉 상온 진공 분말 분사 공정을 이용하여 이산화티탄 광촉매막이 성막된 Ni 합금 금속 다공질 폼의 기공크기 변화에 따른 MB 분해 거동 80

〈그림 3.45〉 상온 진공 분말 분사 공정을 이용하여 지르코니아 세라믹 볼의 표면에 코팅된 이산화티탄 광촉매막의 미세구조 81

〈그림 3.46〉 판상형 입자를 사용하여 상온 진공 분말 분사 코팅된 세라믹 보호막. (a), (c) 탄화규소 세라믹 막, (b), (d) 알루미나 세라믹 막 83

〈그림 3.47〉 상온 진공 분말 분사 공정을 이용하여 고분자 모재 위에 코팅된 이산화티탄 광촉매막 (좌) ABS수지, (우) PET 수지 85

〈그림 3.48〉 상온 진공 분말 분사 공정에 사용된 ABS수지의 표면 미세구조 85

〈그림 3.49〉 상온 진공 분말 분사 공정에 의해 ABS 모재위에 알루미나 보호막, 이산화티탄이 순차적으로 코팅된 광촉매막의 미세구조 86

〈그림 3.50〉 상온 진공 분말 분사 공정으로 ABS수지의 표면에 성막된 이산화티탄 광촉매막의 EDS 분석 결과 (Ti는 이산화티탄, Al은 수지 보호층인 알루미나, Au는 SEM 관찰을 위한 전도층) 86

〈그림 3.51〉 상온 진공 분말 분사 공정으로 ABS수지의 표면에 성막된 이산화티탄 광촉매막의 EDS 맵 분석 결과 (Ti는 이산화티탄, Al은 수지 보호층인 알루미나에 해당 함) 87

〈그림 3.52〉 상온 진공 분말 분사 공정으로 PET수지의 표면에 성막된 이산화티탄 광촉매막의 UV 조사 시간에 따른 표면 변화 관찰 (각 시간의 UV 조사후 초음파 세척 30분, 광학현미경 ×2OO 관찰) 88

〈그림 3.53〉 상온 진공 분말 분사 공정으로 PET수지의 표면에 성막된 이산화티탄 광촉매막의 UV 조사 시간에 따른 표면 SEM 미세구조 변화 관찰 (각 시간의 UV 조사후 초음파 세척 30분, SEM 관찰) 89

〈그림 3.54〉 상온 진공 분말 분사 공정으로 고분자 수지의 표면에 성막된 이산화티탄 광촉매막의 UV 조사 시간에 따른 MB 분해 거동 90

〈그림 3.55〉 60cm×60cm급 무바인더 광촉매 세라믹 코팅을 위한 시스템 사진 91

〈그림 3.56〉 상온 분사 공정으로 제작된 65 cm × 60 cm급 무바인더 광촉매 코팅막 (기판: 스테인레스 스틸) 92

〈그림 3.57〉 상온 분사 공정으로 제작된 65 cm × 60 cm급 무바인더 광촉매 코팅막의 SEM 표면 미세구조 (기판: 유리) 94

〈그림 3.58〉 상온 분사 공정으로 제작된 65 cm × 60 cm급 무바인더 광촉매 코팅막의 SEM 단면 미세구조 (기판: 유리) 95

〈그림 3.59〉 상온 분사 공정으로 제작된 65 cm × 60 cm급 무바인더 광촉매 코팅막의 표면조도 측정 결과 (기판: 유리, 성막 두께 12 ㎛) 96

〈그림 3.60〉 상온 분사 공정으로 제작된 65 cm × 60 cm급 무바인더 광촉매 코팅막의 UV 조사에 따른 물방울 접촉각 측정 98

〈그림 3.61〉 상온 분사 공정으로 제작된 65 cm × 60 cm급 무바인더 광촉매 코팅막의 UV 조사에 따른 MB 수용액 분해 거동 99

〈그림 3.62〉 상온 분사 공정으로 제작된 65 cm × 60 cm급 무바인더 광촉매 코팅막의 UV 조사에 따른 아세트 알데히드 가스 분해 거동 101

〈그림 3.63〉 상온 분사 공정으로 제작된 65 cm × 60 cm급 무바인더 광촉매 코팅막의 UV 조사에 따른 아세트 알데히드 가스 분해에 의한 이산화탄소 발생 거동 101

〈그림 3.64〉 상온 분사 공정으로 제작된 65 cm × 60 cm급 무바인더 광촉매 코팅막의 연필경도 측정 결과 103

〈그림 3.65〉 상온 분사 공정으로 제작된 65 cm × 60 cm급 무바인더 광촉매 코팅막의 ASTM법에 따른 모재와의 밀착력 평가 결과 (모재: 스테인레스 스틸, 직경25mm) 104

〈그림 3.66〉 상온 분사 공정으로 제작된 65 cm × 60 cm급 무바인더 광촉매 코팅막의 대장균 항균 시험 결과 104

〈그림 3.67〉 상온 분사 공정으로 제작된 65 cm × 60 cm급 무바인더 광촉매 코팅막의 대장균 항균 시험 결과 성적서 (한국 건자재 시험연구원 발급) 105

〈그림 3.68〉 상온 분사 공정으로 제작된 30 cm × 30 cm급 무바인더 광촉매 코팅패널의 실장 평가를 위한 개략도 107

〈그림 3.69〉 상온 분사 공정으로 제작된 30 cm × 30 cm급 무바인더 광촉매 코팅패널의 실장 평가를 장치 개략도 (한국기계연구원 보유) 107

〈그림 3.70〉 상온 분사 공정으로 제작된 30 cm × 30 cm급 무바인더 광촉매 코팅패널의 공기청정기(공기청청기) 시험 평가 결과 (한국기계연구원 측정) 108

〈그림 3.71〉 상온 분사 공정으로 제작된 30 cm × 30 cm급 무바인더 광촉매 코팅패널의 공기청정기(공기청청기) 시험 평가 비교를 위한 blank 패널 측정 결과 109

〈그림 3.72〉 상온 분사 공정으로 제작된 30 cm × 30 cm급 무바인더 광촉매 코팅패널의 장시간 (14시간) 시험 평가 결과 (재료연구소 측정) 110

〈그림 3.73〉 BA01-01 분말의 XRD 회절 분석 결과 113

〈그림 3.74〉 BA01-01 분말을 이용하여 성막한 이산화티탄 광촉매막의 표면 SEM 미세구조 114

〈그림 3.75〉 BA01-01 분말을 이용하여 성막한 이산화티탄 광촉매막의 TEM 미세구조와 SAED 패턴 결과 115

〈그림 3.76〉 BA01-01 분말을 이용하여 성막한 이산화티탄 광촉매막의 MB 분해 활성 평가 결과. (BA Film: 변경분말, TA Film; 기존분말, TA-HT Film: 기존분말 성막후 열처리) 116

〈그림 3.77〉 기존 분말과 변경 분말에 의해 제조된 이산화티탄 광촉매막의 MB 분해 활성 반복 평가 결과. (BA 101: 변경분말, TA-540: 기존분말) 117

〈그림 3.78〉 WOx가 도핑된 이산화티탄 광촉매막의 제작(이미지참조) 119

〈그림 3.79〉 WOx가 도핑된 이산화티탄 광촉매 분말의 열처리 온도에 따른 결정상의 변화(이미지참조) 120

〈그림 3.80〉 WOx의 도핑 농도에 따른 이산화티탄 광촉매 분말의 UV-VIS 흡광 스펙트럼 (Kubelka-Munk function)(이미지참조) 121

〈그림 3.81〉 WOx가 3%도핑된 이산화티탄 광촉매막과 도핑이 되지 않은 이산화티탄 광촉매막의 UV-VIS 흡광 스펙트럼 비교(이미지참조) 122

〈그림 3.82〉 WOx가 3%도핑된 이산화티탄 광촉매막의 표면 SEM 미세구조(이미지참조) 123

〈그림 3.83〉 WOx가 3%도핑된 이산화티탄 광촉매막의 단면 SEM 미세구조(이미지참조) 123

〈그림 3.84〉 WOx가 3%도핑된 이산화티탄 광촉매막과 도핑이 되지 않은 이산화티탄 광촉매막의 UV 조사 시간에 따른 아세트 알데히드 분해 거동 및 이산화탄소 발생 거동 비교(이미지참조) 124

〈그림 3.85〉 WOx가 3%도핑된 이산화티탄 광촉매막과 도핑이 되지 않은 이산화티탄 광촉매막의 가시광 조사 시간에 따른 아세트 알데히드 분해 거동 및 이산화탄소 발생 거동 비교(이미지참조) 127