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SUMMARY
Contents
목차
제1장 서론 19
제1절 연구개발의 필요성 19
1. 개요 19
2. 연구개발의 필요성 21
제2절 연구개발 목표 및 내용 26
1. 연구개발의 최종목표 26
2. 연도별 연구 내용 28
3. 추진전략 및 방법 30
제2장 국내외 기술개발 현황 31
제1절 해외의 개발동향 31
제2절 국내의 개발동향 35
제3장 연구개발 수행 내용 및 결과 39
제1절 P형 열전소재 제조 기술 39
제2절 N형 열전소재 개발 64
제3절 개인용 미기후 냉난방 시스템 개발 72
제4절 시작품 성능시험 평가내용 103
제5절 군수 적응성 115
제4장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도 127
제1절 연구개발 목표의 달성도 127
1. 정량적 목표항목 127
2. 연구개발 목표달성도 128
3. 연구개발 성과 목표 및 실적 128
제2절 대외기여도 134
제5장 연구개발결과의 활용계획 136
제6장 참고문헌 139
부록 144
[첨부 1] P형 열전소재 성능 평가 성적서 145
[첨부 2] N형 열전소재 성능 평가 성적서 146
[첨부 3] MCS 냉난방능력 / 배터리 지속시간 / 온도조절 평가 시험성적서 147
[첨부 4] 전자저울 교정 성적서 148
국방규격서(안) 149
표 1. 정량적 목표항목 4
표 2. 연구개발 목표 달성도 5
표 3. 연구개발 결과 시제품 성능 5
표 4. 열 스트레스와 인체 반응 22
표 5. 기술개발 추진 체계 26
표 6. 최종목표 성능 27
표 7. 해외의 열전소재 연구현황 33
표 8. 국내의 열전소재 연구현황 37
표 9. 성균관대학교에서 측정한 열전성능지수 요약 61
표 10. MCS 구성요소별 중량 74
표 11. 방열판의 제원 79
표 12. 40×40 블로어 제원 81
표 13. 60×60 블로어 제원 81
표 14. 에어호스 소재별 제원 83
표 15. 18650 Battery 제원 87
표 16. 200AH Battery Package 제원 88
표 17. 디스플레이 표시 방법 89
표 18. 400AH Battery Package 제원 91
표 19. 120W급 시스템의 흡 / 발열량 산출결과 102
표 20. 60W급 시스템의 흡 / 발열량 산출결과 102
그림 1. MOPP-IV(임무형보호태세 4단계)와 미기후 제어모듈의 요구 19
그림 2. 열전 냉각 / 가열 시스템의 구조 20
그림 3. 혹서의 환경에서 임무수행 복장의 예 21
그림 4. 적외선 은닉 기능 (IR Stealth) 23
그림 5. PCM소재를 적용한 Cooling Vest 23
그림 6. 냉각공기 순환식 및 냉각수 순환식 Cooling Vest 24
그림 7. 냉각공기 순환식 및 냉각수 순환식 Cooling Vest의 냉각 효과 24
그림 8. 해외의 열전교환 적용 사례 34
그림 9. 국내의 열전교환 적용 사례 35
그림 10. SPS 기반 열전 소재 제작 실험 모식도 40
그림 11. Melt spinning 법에 대한 모식도 40
그림 12. RSP 후 contact surface의 미세구조 41
그림 13. RSP 후 free surface의 미세구조 41
그림 14. 그래핀 복합 나노리본의 free surface 미세구조 42
그림 15. 소결체 사진 43
그림 16. 소결체 파단면의 SEM 이미지 44
그림 17. 소결체의 XRD 분석 45
그림 18. (a)그래핀 및 (b)그래핀 / Bi0.36Sb1.64Te3 복합체의 라만 피크(이미지참조) 46
그림 19. (a) 온도에 따른 전기전도도, (b) 상온 캐리어 농도와 이동도, (c) 온도에 따른 제벡계수,... 47
그림 20. (a) 온도에 따른 열전도도, (b) 온도에 따른 격자 열전도도, (c) 온도에 따른 열전성... 49
그림 21. HP 기반 열전 소재 제작 실험 모식도 50
그림 22. HP 기반 열전 소결체 사진 51
그림 23. HP 기반 열전 소결체의 그래핀 함량에 따른 SEM 이미지 52
그림 24. 소결체의 XRD 분석 52
그림 25. 소결 공정에 따른 그레인 크기 비교 53
그림 26. 그래핀 함량에 따른 전기전도도, 제벡계수, 파워팩터 54
그림 27. 그래핀 함량에 따른 열전도도, 격자열전도도 54
그림 28. 그래핀의 함량에 따른 열전성능지수(ZT) 55
그림 29. 소결체 균일성 평가를 위한 샘플 가공 55
그림 30. 0.4vol.% 그래핀 / Bi0.36Sb1.64Te3 샘플의 위치별 전기전도도, 제벡계수, 출력인자(이미지참조) 56
그림 31. 0.4vol.% 그래핀 / Bi0.36Sb1.64Te3 샘플의 위치별 열전도도(이미지참조) 56
그림 32. 0.4vol.% 그래핀 / Bi0.36Sb1.64Te3 샘플의 위치별 SEM 사진(이미지참조) 57
그림 33. 소결체 균일성 향상을 위한 공정 제어 모식도 58
그림 34. 20g 배치의 0.4vol.% 그래핀 / Bi0.36Sb1.64Te3 샘플의 위치별 전기전도도, 제벡계수,...(이미지참조) 59
그림 35. 1mm 노즐을 사용한 0.4vol.% 그래핀 / Bi0.36Sb1.64Te3 샘플의 위치별 전기전도도,...(이미지참조) 60
그림 36. 공정 조건 별, 소결체 위치 별 파단면의 SEM 이미지 60
그림 37. 열전재료의 전해 도금층 62
그림 38. 열전모듈의 제작 공정 62
그림 39. 열전모듈 제조 공정 라인 63
그림 40. 소재합성, 소자성형, 특성평가 64
그림 41. 조성 및 도펀트 별 주요 특성 65
그림 42. 열전소재의 조성별 성능 65
그림 43. 조성 균일성 평가 : Bi2Te2.7Se0.3 : I0.0075(이미지참조) 66
그림 44. 열전특성 균일성 평가 : EM-HP400-D25 66
그림 45. 열전 특성 균일성 평가 : EM-HP400 67
그림 46. 열전특성 균일성 평가 : EM-HP375 / 40-425 68
그림 47. 열전특성 재현성 및 비교평가 25φ, 10φ 69
그림 48. 열전특성 3차원 균일성 평가 : EM-HP-25φ×25t 70
그림 49. 상분석 : EM-HP-25φ×25t 70
그림 50. 상분석 : EM-HP-25φ×25t 71
그림 51. 개인용 미기후 냉난방 시스템의 구성도 72
그림 52. 열교환기의 내부 구조 72
그림 53. 개인용 미기후 냉난방 시스템의 구성요소 73
그림 54. MCS 구성요소별 중량비 74
그림 55. 120W급 MCS 외부 케이스 설계 75
그림 56. 120W급 MCS Dimension 75
그림 57. 120W급 MCS의 기능도 76
그림 58. 120W급 MCS의 내부구조 76
그림 59. 60W급 MCS 외부 케이스 설계 77
그림 60. Bonded Type의 heat sink 제작 공정 78
그림 61. Bonded Type의 heat sink 78
그림 62. Heatsink dimension 79
그림 63. MCS 적용 블로어 80
그림 64. Sanyo Denki사(9CRA0412P4J03) FAN Dimension 80
그림 65. Sanyo Denki사(9CRA0612P6K001) FAN Dimension 81
그림 66. 에어호스 제작 고려사항 82
그림 67. 에어호스의 적층 구조 83
그림 68. 나일론+우레탄 에어호스 83
그림 69. (좌) 테프론 에어호스 중량측정 182g... 84
그림 70. Air hose connector의 설계 및 제작 85
그림 71. MCS 상용화 개발 전략모델 86
그림 72. 18650 Battery Dimension 87
그림 73. 18650 Battery 3×4 배열 88
그림 74. MCS Battery Package Design 89
그림 75. MCS Battery Package Dimension 89
그림 76. Battery Controller Circuit Diagram 90
그림 77. Cell Balance Controller Circuit Diagram 90
그림 78. 18650 Battery 3병열×2조 + 1병열 혼용 91
그림 79. BMS Circuit 92
그림 80. Controller Circuit 92
그림 81. Control PCB Circuit 94
그림 82. Control PCB(BMS) 95
그림 83. Battery Package(18650 3병열×2조 + 1병열 혼용) 96
그림 84. 환경온도별 배터리 방전 테스트 구성 96
그림 85. 환경온도별 배터리 방전 테스트 결과 97
그림 86. Battery Package 단열 후 방전 시험 97
그림 87. Battery Package 단열 후 방전 시험 결과 98
그림 88. MCS 장착용 Y 밴드 - 벨트형 520g 99
그림 89. MCS 장착용 Y 밴드 - 고리형 230g 99
그림 90. MCS의 흡열량 측정 장치의 제작 100
그림 91. 120W 모델의 흡열량 측정 101
그림 92. 시스템의 입 출구 온도차 비교 101
그림 93. 60W 모델의 흡열량 측정 102
그림 94. 개인용 미기후 냉난방 시스템 103
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원문구축 및 2018년 이후 자료는 524호에서 직접 열람하십시요.
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