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표제지
제출문
보고서 초록
목차
요약문 12
SUMMARY 15
제1장 서론 20
제1절 연구개발의 중요성 및 필요성 20
1. 연구의 필요성 중요성(필요성) 20
가. 연구의 필요성 20
(1) 융합대기오염 측정/평가 기술의 필요성 20
(2) 미세 입자 측정에 대한 새로운 분석 기법 개발의 필요성 21
제2절 연구개발의 국내외 현황 23
1. 연구의 필요성 중요성(필요성) 23
가. 해외 기술개발 동향 시장 23
(1) 미세먼지 측정 기술 23
(2) TVOCs 감지 기술 23
나. 해외 기술개발 동향 시장 23
다. 기존 PM 및 VOC 측정 장비와의 경제성 비교 24
제3절 연구개발대상 기술의 차별성 30
1. 차별성 30
가. 기술 융합형 다기능 소형 측정 장치의 부재 30
나. 소형 미세 입자 측정 장치의 부재 30
다. 광학적 입자 분석 장치의 한계 30
라. 기존 TVOCs 감지 센서의 한계 30
2. 주관기관의 관련기술 보유현황 31
3. 본 연구팀의 연구기술 33
제2장 연구개발의 목표 및 내용 34
제1절 연구의 최종목표 34
1. 세부 목표 34
2. 제안하는 미세먼지 및 총휘발성유기화합물 복합 측정 모듈의 특징 34
제2절 연도별 연구개발의 목표 및 평가방법 35
1. 연도별 연구개발의 목표 및 내용 35
2. 평가의 착안점 및 기준 36
3. 주요 연구내용 변경사항 37
제3절 연도별 추진체계 38
1. 연구개발의 추진 전략 38
2. 연차별 추진체계 39
3. 연차별 연구개발의 추진 일정 40
제3장 연구개발 결과 및 활용계획 42
제1절 연구개발 결과 및 토의 42
1. 미세유체채널 집적형 마이크로 입자 분류소자 개발 42
가. 미세입자 분류소자 42
나. MEMS 기술을 이용하여 가상 임팩터 제작 및 성능 평가 43
2. 전기적 수농도 측정기반 미세먼지 감지 기술 45
가. 미세입자 하전장치 45
나. PM 2.5 측정을 위한 Multi-tip 코로나 하전 장치 및 수농도 측정 장치 제작 46
다. 고전압 인가를 위한 소형 고전압 변환 모듈 개발 47
라. 미세 입자 하전 및 측정 장치의 성능 평가 48
마. PM2.5 측정 통합 소자 및 통합 모듈 개발 49
3. 레이저 기반의 미세먼지 농도 측정 기술 53
가. 파장 선정 53
나. 입자 발생장치 및 계측장치 설계 54
다. 장시간 지속적 감도 유지 성능 확인 56
라. 수농도 측정 범위 58
(1) PM1 측정 결과 및 측정오차 58
(2) PM2.5 측정 결과 및 측정오차 60
마. 레이저 측정 모듈 소형화 62
4. 나노선 기반 TVOCs 감지 소자 개발 65
가. 센서의 제작 65
나. 실험 66
다. 결과 66
(1) 기능화 처리 전·후의 반응성 비교 66
(2) 톨루엔 농도 변화에 따른 신호 변화 측정 67
(3) 최대 오차 측정 68
(4) BTEX 혼합 VOC 측정 68
(5) TVOC에 대한 추가 해석 70
4. QCM(Quartz crystal microbalance) 기반의 미세먼지 질량농도 측정 기술 71
가. 수정진동자 미세저울(Quartz Crystal Microbalance-QCM)의 기본 원리 71
나. 수정진동자 미세저울(Quartz Crystal Microbalance-QCM)을 이용한 입자의 질량 측정 선행 연구조사 72
다. QCM에 대한 결론 75
제2절 연구개발 결과 요약 76
1. 미세유체채널 집적형 마이크로 입자 분류소자 개발 76
2. 전기적 수농도 측정기반 미세먼지 감지 기술 77
3. 레이저 기반의 미세먼지 농도 측정 기술 78
4. 나노선 기반 TVOCs 감지 소자 개발 79
제3절 연도별 연구개발목표의 달성도 80
1. 연차별 연구개발 목표 및 달성도 80
2. 최종목표 대비 연구개발 실적 81
제4절 연도별 연구성과(논문·특허 등) 82
1. 국내외 전문학술지(논문)게재 성과 82
2. 지적재산권 출원/등록 성과 83
가. 출원 83
3. 국내외 학술회의(세미나) 발표 성과 84
제5절 관련분야의 기술발전 기여도 85
1. 기술적 측면 85
2. 환경적 측면 85
3. 경제·산업적 측면 85
제6절 연구개발 결과의 활용계획 86
1. 연구개발결과의 활용방안 86
가. 환경 감시 시스템에의 활용 86
나. 실내외 공기질 모니터링 기술 및 관리 시스템 개발에의 활용 86
다. 디젤 배출입자 측정/제거 시스템에 활용 86
라. 개발 기술의 실용화 방안 86
2. 사업화계획 및 효과 87
가. 사업화계획 87
나. 무역수지 개선효과 88
다. 사업화가능성 SWOT 분석 88
3. 성과 활용성 제고를 위한 의견 88
4. 사업화 대상 기술의 현재 기술 개발 수준 88
5. 최종 사업화까지 요구되는 기술 수준 89
제7절 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설·장비 현황 91
제4장 참고문헌 92
부록 94
환경융합신기술개발사업 공개 세미나 94
참고서식 1. 귀국보고서 98
연구 성과(국내외 논문 성과) 122
연구 성과(지적재산권 출원 성과) 127
연구 성과(국내외 학술회의 발표 성과) 130
〈표 1-1〉 PM 측정 장비 24
〈표 1-2〉 TVOC 측정 장비 26
〈표 1-3〉 본 연구팀 개발 기술의 경제성(원가분석) 27
〈표 1-4〉 국내외 연구 기관 및 산업체의 대기 중 유해물질 측정장비 개발현황 28
〈표 3-1〉 입자 발생장치 제원 55
〈표 3-2〉 레이저 기반기술로 얻은 체적 분율 값의 측정오자 및 계산을 통한 PM 2.5 수농도 계측 한계 예측 값 60
〈표 3-3〉 APS(Aerodynamic particle sizer)와 레이저 기반 기술을 통해 얻은 출력 값과 측정 오차 62
〈표 3-4〉 BTEX 농도 변화에 따른 신호 70
〈표 3-5〉 상용 장비와의 비교 검토 70
〈표 3-6〉 QCM을 이용한 입자의 질량측정에 대한 국내외 연구 성과 및 한계점 73
〈그림 1-1〉 기존 공기 오염 분석법과 제안하는 기술의 특징 20
〈그림 1-2〉 미세먼지(PM2.5)와 휘발성 유기화합물의 유해성 21
〈그림 1-3〉 미세먼지의 수농도와 질량농도 분포도 21
〈그림 1-4〉 제안하는 미세먼지 측정 소자의 적용례 22
〈그림 2-1〉 미세먼지와 TVOCs 복합 측정기의 연구 구성도 34
〈그림 3-1〉 가상임팩터의 원리 및 구조 42
〈그림 3-2〉 제작된 PM 2.5 분류를 위한 가상임팩터 44
〈그림 3-3〉 가상임팩터 성능평가를 위한 실험 장치 구성도 44
〈그림 3-4〉 PM 2.5 가상임팩터의 성능평가 45
〈그림 3-5〉 멀티 팁 구조의 코로나 하전 장치 개념도 46
〈그림 3-6〉 제작된 Multi tip과 코로나 하전 장치 패키징 개념도 47
〈그림 3-7〉 하전 입자 측정 장치 개념도 47
〈그림 3-8〉 제작된 고전압 변환 모듈 및 성능 평가 결과 48
〈그림 3-9〉 PM1 측정을 위한 (a) 코로나 하전 장치 성능 및 (b) 입자 측정 결과 49
〈그림 3-10〉 입자 분류/하전/측정 통합 소자의 공정 과정 49
〈그림 3-11〉 입자 분류/하전/측정 통합 소자의 제작 결과 50
〈그림 3-12〉 센서 유로 열 해석용 Fluent mesh 50
〈그림 3-13〉 센서 유로 온도해석 결과 51
〈그림 3-14〉 유로 설계 모델 51
〈그림 3-15〉 패키지 최종 설계안 모델링 52
〈그림 3-16〉 제작된 PM2.5 및 가스 통합 감지 모듈 52
〈그림 3-17〉 HITRAN을 이용하여 모사한 H₂O의 흡수 스펙트럼 54
〈그림 3-18〉 초기 레이저 소멸법 입자 계측 시스템 56
〈그림 3-19〉 노즐을 이용한 광학셀 및 에어커튼 개략도 57
〈그림 3-20〉 윈도우 오염장치 유무에 따른 장기 실험 후 신호감도 회복정도의 차이 58
〈그림 3-21〉 윈도우 오염장치 유무에 따른 실험 전후 윈도우 오염 정도차이 58
〈그림 3-22〉 SMPS(Scanning mobility particle sizer)를 이용하여 계측한 입자 수농도 59
〈그림 3-23〉 단일경로에서의 광신호강도 감쇄 현상 59
〈그림 3-24〉 SMPS와 레이저 기반 계측 기술로 얻은 체적분율 값 간의 일관성(X : Experiment, -: line of y＝x) 60
〈그림 3-25〉 APS(Aerodynamic particle sizer)를 이용하여 측정한 DHES 입자의 수농도 분포 61
〈그림 3-26〉 APS와 레이저 기반 기술을 통해 계산한 정상화된 체적분율 값 간의 일치성 62
〈그림 3-27〉 레이저 측정 모듈 구성 개략도 63
〈그림 3-28〉 레이저 측정 모듈 프로토 타입 사진 촬영분 64
〈그림 3-29〉 센서의 공정도 65
〈그림 3-30〉 기능화 처리 후의 산화아연 나노선의 주사전자현미경 사진 66
〈그림 3-31〉 1V 전압에서 10ppm 톨루엔에 대한 기능화 처리 전과 후의 전류 변화 비교 그래프 67
〈그림 3-32〉 1V 전압에서 10~1000ppm 톨루엔에 대한 기능화 처리 전과 후의 전류 변화 67
〈그림 3-33〉 1V에서 0.5~1000ppm 농도의 톨루엔에 대한 반응의 평균값과 측정 오차 68
〈그림 3-34〉 1V에서 0.2~10ppm 농도의 BTEX에 대한 반응 69
〈그림 3-35〉 센서의 회로도 69
〈그림 3-36〉 모듈로 제작한 VOC 센서의 사진 69
〈그림 3-37〉 AT-cut 수정 진동자의 (a)모형도, (b) 진동모드, (c) 전기적 등가 회로 71
〈그림 3-38〉 PM 2.5 가상임팩터의 Design factor 및 성능평가 76
〈그림 3-39〉 PM1 측정을 위한 (a) 코로나 하전 장치 성능 및 (b) 입자 측정 결과 77
〈그림 3-40〉 TVOC 센서 모듈 및 BTEX 측정 결과 79
〈그림 3-41〉 연구내용의 예상되는 실용화 방안 87
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원문구축 및 2018년 이후 자료는 524호에서 직접 열람하십시요.
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