목차

[표제지 등]=0,1,2

제출문=0,3,1

요약문=i,4,6

Summary=vii,10,6

Contents=xiii,16,5

목차=xviii,21,4

그림목차=xxii,25,7

표목차=xxix,32,1

단위과제I:Engineered보강재를 이용한 환경친화성 바이오신소재 개발 연구=1,33,2

제1장 서론=3,35,3

제2장 바이오 신소재 관련 국내ㆍ외 기술개발 현황=6,38,1

제1절 유럽=6,38,3

제2절 북미=8,40,2

제3절 아시아=9,41,2

제4절 한국=11,43,1

제3장 1차 년도 연구결과 요약=12,44,2

제4장 바이오 신소재 계면특성 분석 및 향상연구=14,46,1

제1절 복합재료의 계면특성=14,46,3

제2절 복합재료의 보강재와 매트릭스 계면특성 측정방법=16,48,5

제3절 전기방사를 이용한 나노섬유의 제조 및 특성=20,52,3

제5장 2차 년도 연구내용=23,55,1

제1절 바이오 신소재의 보장재/매트릭스 계면특성 분석=23,55,9

제2절 바이오 신소재의 동역학적 특성 분석=32,64,4

제3절 나노섬유 제조 및 특성분석=36,68,7

제4절 나노섬유 보강 바이오 신소재 제조 및 특성분석=43,75,4

제6장 결론=47,79,2

참고문헌=49,81,2

단위과제 II:가시광 감응 광촉매 나노코팅 입자 개발=51,83,2

제1장 서론=53,85,1

제1절 연구배경=53,85,4

제2절 광촉매 기술 개요=57,89,4

제3절 화학기상증착 (CVD)=61,93,1

1. CVD의 정의와 이용=61,93,1

2. CVD의 장점과 단점=61,93,2

3. CVD와 다른 코팅 기술과의 비교=62,94,2

제4절 국내외 기술개발 현황=63,95,1

1. 국내 기술개발 현황=63,95,1

2. 국외 기술개발 현황=64,96,1

3. 국내외 유사기술과의 차별성=65,97,2

제5절 연구의 내용 및 범위=66,98,1

1. 개발목표=66,98,1

2. 개발내용=66,98,2

3. 기대성과=67,99,1

제2장 가시광 감응 광촉매 나노입자 제조=68,100,1

제1절 유동층 화학기상증착 장치=68,100,2

제2절 유동층 화학기상증착실험=69,101,5

제3절 박막 증착 비드의 특성화=73,105,1

1. 철과 은 증착 비드의 특성화=73,105,6

2. FeTiO₂와 AgTiO₂ 동시 증착 비드의 특성화=79,111,3

3. 가시광 감응 광촉매 비드의 UV/Vis 반사율 측정=81,113,2

제3장 가시광 감응 광촉매 입자의 반응특성=83,115,1

제1절 IPA 및 아세트알데히드 분해 활성 시험장치=83,115,4

제2절 결과 및 토의=86,118,1

1. 철 전구체 승화온도의 최적화=86,118,7

2. 졸겔 및 상용광촉매 코팅 비드 광반응성=92,124,3

제4장 결론=95,127,2

참고문헌=97,129,2

단위과제 III:카본 나노 물질의 형상제어 및 고효율 제조기술 개발=99,131,2

제1장 서론=101,133,1

제1절 개요=101,133,2

제2절 연구목표 및 내용=102,134,4

제2장 에탄올을 이용한 다중벽탄소나노튜브 합성 실험=106,138,1

제1절 실험장치 및 합성 기본 원리=106,138,3

제2절 에탄올-페로씬 용액을 이용한 탄소나토튜브의 합성=109,141,1

1. 초음파 기화 방식을 이용한 탄소나노튜브의 합성=109,141,4

2. 에탄올 분사장치를 이용한 탄소나노튜브의 합성=113,145,1

3. 촉매분말(Catalyst Powder)을 이용한 탄소나노튜브의 합성=114,146,2

4. Hot Plate 액적 기화방식을 이용한 탄소나노튜브의 합성=116,148,2

제3장 유해물질 흡착 특성 및 검지 성능 실험 결과=118,150,1

제1절 시료의 준비=118,150,4

제2절 흡착제의 BET 측정 및 질소 흡착 특성 분석=122,154,2

제3절 흡작실험장치 및 원리=123,155,2

제4절 벤젠분압에 따른 흡착 실험결과=124,156,2

제5절 유해물질 흡ㆍ탈착 실험결과=125,157,11

제6절 유해물질 검지 능력 실험=136,168,2

제4장 결론=138,170,2

참고문헌=140,172,3

단위과제 IV:나노입자를 이용한 환경정화용 나노기공체 개발=143,175,2

제1장 서론=145,177,1

제1절 기술의 개요=145,177,1

1. 연구의 필요성=145,177,2

2. 새로운 나노기공체 제조 방법 제안=146,178,3

제2절 연구 목표 및 방법=148,180,1

1. 연구 목표=148,180,1

2. 연구 방법=149,181,1

제2장 연구 내용 및 결과=150,182,1

제1절 실험 장치 및 실험 방법=150,182,1

1. 레이저 애블레이션 (LA) 장치 및 실험 방법=150,182,2

2. 화학기상증착 (CVD) 장치 및 실험 방법=152,184,3

제2절 알루미나 나노입자 합성 및 나노기공체 제조 결과=154,186,1

1. 알루미나 나노입자 합성 결과=154,186,4

2. 알루미나 나노기공체 제조 결과=157,189,4

제3절 코발트 나노입자 합성 및 나노기공체 제조 결과=160,192,1

1. 코발트 나노입자 합성 결과=160,192,5

2. 코발트 나노기공체 제조 결과=164,196,4

제4절 탄소나노튜브 기공체 제조 결과=167,199,1

1. 금속 메쉬 상의 촉매 나노입자 생성 및 탄소나노튜브 합성 결과=167,199,13

2. 금속섬유 필터 상의 탄소나노튜브 기공체 합성 결과=180,212,3

3. 탄소나노튜브 기공체가 성장된 금속필터의 여과특성 분석 결과=183,215,2

제3장 결론=185,217,2

참고문헌=187,219,1

서지정보양식=188,220,2

[그림 1-1] 바이오 신소재 개발 관련기술=4,36,1

[그림 2-1] 셀룰로오즈의 특성 및 셀룰로오즈 나노 휘스커의 형상(Swiss, EMPA)=8,40,1

[그림 2-2] 바이오 신소재의 주요 사용처 (중국)=10,42,1

[그림 4-1] 복합재료의 계면구조=15,47,1

[그림 4-2] 보강재-매트릭스의 계면 및 계면상 특성=16,48,1

[그림 5-1] 폴리부틸렌숙시네이트(a)와 불포화폴리에스터(b) 구조식=24,56,1

[그림 5-2] 단섬유 마이크로 결합 시험장치=25,57,1

[그림 5-3] 결정성 열가소성 Microdroplet 형성방법=27,59,1

[그림 5-4] 헤네켄 단섬유와 폴리부틸렌숙시네이트 작은 방울의 계면전단강도=28,60,1

[그림 5-5] 헤네켄 섬유와 폴리부틸렌숙시네이트 바이오 신소재의 파단면=29,61,1

[그림 5-6] 헤네켄 단섬유와 불포화폴리에스터 매트릭스 사이의 계면전단강도=30,62,1

[그림 5-7] 단섬유 마이크로결합 시험방법 전(a)과 후(b)의 헤네켄 단섬유와 불포화 폴리에스터의 결합형태=31,63,1

[그림 5-8] 헤네켄 섬유와 폴리부틸렌숙시네이트 바이오 신소재의 파단면=31,63,1

[그림 5-9] 헤네켄 섬유 보강 폴리부틸렌숙시네이트의 저장탄성률=35,67,1

[그림 5-10] 헤네켄 섬유 보강 불포화폴리에스터 바이오 신소재의 저장탄성률=35,67,1

[그림 5-11] 전기방사장치 모식도=37,69,1

[그림 5-12] 100°C에서 제조된 용액농도에 따른 셀룰로오즈 나노섬유 형상 (전압: 30 kV, 방사거리: 15cm, 방사량 : 3mL/h)=40,72,1

[그림 5-13] 셀룰로오즈 펄프와 셀룰로오즈 나노섬유의 WAXD 스펨트럼=41,73,1

[그림 5-14] 셀룰로오즈 펄프와 셀룰로오즈 나노섬유의 열분해 거동=41,73,1

[그림 5-15] 실크 나노섬유의 지름 분포도 (a) 및 나노섬유 형상(b)=42,74,1

[그림 5-16] 나노섬유 보강 폴리부틸렌숙시네이트의 저장탄성률=45,77,1

[그림 5-17] 실크나노섬유 보강 폴리부틸렌숙시네이트 바이오 신소재 파단면=46,78,1

[그림 5-18] 셀룰로오즈 나노섬유 보강 폴리부틸렌숙시네이트 바이오 신소재 파단면=46,78,1

[그림 1-1] 유동층 화학기상증착 (FB-CVD) 장치의 개념도=56,88,1

[그림 1-2] 광촉매의 반응 메커니즘=59,91,1

[그림 1-3] 광촉매의 반응 경로=59,91,1

[그림 2-1] 유동층 화학기상증착 (FB-CVD) 장치의 사진=68,100,1

[그림 2-2] LDS(Liquid Delivery System, Bronkhorst)=73,105,1

[그림 2-3] 알루미나 비드에 철을 박막증착한 샘플의 표면 FE-SEM 사진=74,106,1

[그림 2-4] 알루미나 비드에 철을 박막증착한 샘플의 EDXS 결과=74,106,1

[그림 2-5] Aldrich의 Ag전구체로 박막증착된 비드의 입자표면=75,107,1

[그림 2-6] Strem Chemicals의 Ag전구체로 박막증착된 비드의 입자표면=76,108,1

[그림 2-7] Aldrich의 Ag전구체로 박막증착된 비드의 EDAX 분석결과=76,108,1

[그림 2-8] Strem Chemicals의 Ag전구체로 박막증착된 비드의 EDAX 분석결과=77,109,1

[그림 2-9] 은 증착 비드의 XPS 분석 결과. (Aldrich의 전구체 사용)=77,109,1

[그림 2-10] 은 증착 비드의 XPS 분석 결과. (Strem의 전구체 사용)=78,110,1

[그림 2-11] 알루미나 비드에 철과 티타니아를 박막증착한 샘플의 표면 FE-SEM 사진=79,111,1

[그림 2-12] 알루미나 비드에 철과 티타니아를 박막증착한 샘플의 EDXS 결과=79,111,1

[그림 2-13] 알루미나 비드에 은과 티타니아를 박막증착한 샘플의 표면 FE-SEM 사진=80,112,1

[그림 2-14] 알루미나 비드에 은과 티타니아를 박막증착한 샘플의 EDXS=81,113,1

[그림 2-15] FeTiO₂ 광촉매 비드의 UV/Vis 반사율 측정=82,114,1

[그림 3-1] BLED용 시스템 개념도, 반응기 및 BLED 조사 시스템 사진=83,115,1

[그림 3-2] 파우더나 코팅용 UV-A 활성 측정 시스템=84,116,1

[그림 3-3] 아세트알데히드 연속 분해를 위한 시스템=84,116,1

[그림 3-4] 가시광촉매 반응기=85,117,1

[그림 3-5] 가시광촉매 반응장치=86,118,1

[그림 3-6] 시간에 따른 IPA의 농도 변화=87,119,1

[그림 3-7] 시간에 따른 중간생성물(아세톤)의 농도 변화=87,119,1

[그림 3-8] 시간에 따른 최종 생성물(CO₂)의 농도 변화=88,120,1

[그림 3-9] 시간에 따른 아세트알데히드의 농도 변화=89,121,1

[그림 3-10] 시간에 따른 최종 생성물 (CO₂)의 농도 변화=89,121,1

[그림 3-11] 시간에 따른 아세트알데히드의 농도 변화=90,122,1

[그림 3-12] 시간에 따른 최종 생성물 (CO₂)의 농도 변화=90,122,1

[그림 3-13] 아세트알데히드의 농도 변화=91,123,1

[그림 3-14] 가시광촉매 비드의 흡착성 실험=92,124,1

[그림 3-15] 졸겔 및 상용광촉매 코팅 비드에 의한 아세트알데히드의 분해=93,125,1

[그림 3-16] 졸겔 및 상용광촉매 코팅 비드에 의한 CO₂생성=94,126,1

[그림 1-1] 탄소나노튜브에 대한 연구=103,135,1

[그림 2-1] 에탄올-페로씬에 의한 금속 용액=106,138,1

[그림 2-2] 탄소나노튜브 제조용 열분해 반응장치=107,139,1

[그림 2-3] 탄소나노튜브 제조용 열분해 반응장치 설치 전경=108,140,1

[그림 2-4] Pyrolysis Process=108,140,1

[그림 2-5] 에탄올-페로씬 용액을 이용한 탄소나노튜브 제조 개략도=109,141,1

[그림 2-6] 에탄올-페로씬 용액으로 제조한 탄소나노튜브의 TGA 측정=110,142,1

[그림 2-7] 에탄올-페로씬 용액으로 제조한 탄소나노튜브의 SEM 이미지=111,143,1

[그림 2-8] 에탄올-페로씬 용액으로 제조한 탄소나노튜브의 Raman Scattering=112,144,1

[그림 2-9] 에탄올 분사장치를 이용한 탄소나노튜브의 합성=113,145,1

[그림 2-10] 에탄올 분사장치를 이용한 탄소나노튜브의 합성 결과=114,146,1

[그림 2-11] 촉매분말을 이용한 탄소나노튜브의 합성=115,147,1

[그림 2-12] 촉매분말을 이용한 탄소나노튜브의 합성 결과=116,148,1

[그림 2-13] Hot Plate의 기화방식을 이용한 탄소나노튜브의 합성 결과=117,149,1

[그림 3-1] 다중벽 나노튜브의 SEM 이미지-(a) 원시료, (b) 1시간 Sonication과 HCL 하루 처리, (c)와 (d) 70도에서 30% HNO₃용액으로 처리=119,151,1

[그림 3-2] 단일벽 나노튜브와 활성탄의 SEM 이미지-(a) 단일벽탄소나노튜브 원시료, (b) 단일벽탄소나노튜브HCL 처리, (c) 단일벽탄소나노튜브 HNO3처리 (d)활성탄(Granule Type)=120,152,1

[그림 3-3] 다중벽탄소나노튜브와 단일벽탄소나노튜브의 Raman Scattering 분석 결과=121,153,1

[그림 3-4] BET와 질소흡착능력-(a) 다중벽탄소나노튜브 HCL+HNO3, (b) 단일벽탄소나노튜브-Non, (c) 단일벽탄소나노튜브-HNO3 처리 (d) 단일벽탄소나노튜브-HCL 처리 (e) Granule Type의 활성탄 (f) 분말 형태의 활성탄=123,155,1

[그림 3-5] 유해물질 흡,탈착 실험 장치의 개략도=124,156,1

[그림 3-6] 벤젠 분압에 따른 흡착제의 흡착 능력 평가=125,157,1

[그림 3-7] 상온에서 활성탄에 대한 벤젠의 흡착 및 물리흡착량=126,158,1

[그림 3-8] 각 흡착제의 벤젠에 대한 화학적 흡착량=127,159,1

[그림 3-9] 각 흡착제의 벤젠에 대한 화학적 흡착량의 TGA 미분값=128,160,1

[그림 3-10] 각 흡착제의 클로로벤젠에 대한 화학적 흡착량=129,161,1

[그림 3-11] 각 흡착제의 벤젠에 대한 화학적 흡착량의 TGA 미분값=130,162,1

[그림 3-12] 각 흡착제의 톨루엔에 대한 화학적 흡착량의 TGA 미분값=131,163,1

[그림 3-13] 각 흡착제의 자일렌에 대한 화학적 흡착량의 TGA 미분값=131,163,1

[그림 3-14] 각 흡착제의 나프탈렌에 대한 화학적 흡착량=132,164,1

[그림 3-15] 각 흡착제의 나프탈렌에 대한 화학적 흡착량의 TGA 미분값=132,164,1

[그림 3-16] 각 흡착제의 에틸벤젠에 대한 화학적 흡착량의 TGA 미분값=133,165,1

[그림 3-17] 질산 처리한 단일벽탄소나노튜브의 유해물질에 대한 화학적 흡착량=134,166,1

[그림 3-18] 유해물질 센서용 전극=136,168,1

[그림 3-19] 톨루엔과 벤젠에 대한 측정 결과=137,169,1

[그림 1-1] 나노기공체 제조 방법=147,179,1

[그림 2-1] LA 나노입자 합성 장치 구성도=151,183,1

[그림 2-2] LA 나노입자 합성 장치 사진=151,183,1

[그림 2-3] CVD 나노입자 합성 발생 장치 구성도=153,185,1

[그림 2-4] CVD 나노입자 합성 발생 장치 사진=153,185,1

[그림 2-5] Q-Switch Delay 시간에 따른 Laser Energy 보정=155,187,1

[그림 2-6] 아르곤 가스 분위기에서의 레이저 애블레이션 조건에 따른 알루미나 나노입자 응집체의 크기 분포 변화=156,188,1

[그림 2-7] 아르곤 가스 분위기에서의 레이저 애블레이션 조건에 따른 알루미나 나노입자 응집체의 기하평균입경 크기 변화=156,188,1

[그림 2-8] 질소 가스 분위기에서의 레이저 애블레이션 조건에 따른 알루미나 나노입자 응집체의 크기 분포 변화=157,189,1

[그림 2-9] 아르곤 가스 분위기에서의 레이저 애블레이션 조건에 따라 합성된 알루미나 나노입자로 이루어진 기공체 형상=158,190,1

[그림 2-10] 질소 가스 분위기에서의 레이저 애블레이션 조건에 따라 합성된 알루미나 나노입자로 이루어진 기공체 형상=159,191,1

[그림 2-11] 질소 가스 분위기에서의 레이저 에너지 크기에 따른 레이저 애블레이션으로 합성된 코발트 나노입자 응집체 크기 분포; (a) 질소가스 유량: 1.5 slm, (b) 3 slm=162,194,1

[그림 2-12] 질소 가스 분위기에서의 레이저 포크싱 면적 크기에 따른 레이저 애블레이션으로 합성된 코발트 나노입자 응집체 크기 분포; 이저 에너지세기: 50 mJ/pulse; (a) 질소가스 유량: 1.5 slm, (b) 3 slm=163,195,1

[그림 2-13] 질소 가스 분위기에서의 레이저 포크싱 면적 크기에 따른 레이저 애블레이션으로 합성된 코발트 나노입자 응집체 크기 분포; 레이저 에너지세기: 100 mJ/pulse; (a) 질소가스 유량: 1.5 slm, (b) 3 slm=165,197,1

[그림 2-14] 아르곤 가스 분위기에서의 레이저 포크싱 면적 크기에 따른 레이저 애블레이션으로 합성된 코발트 나노입자 응집체 크기 분포; 레이저 에너지세기: 100 mJ/pulse=166,198,1

[그림 2-15] 코발트 나노입자로 구성된 나노구조 기공체의 SEM 사진=166,198,1

[그림 2-16] 스테인리스 스틸 메쉬와 그 표면의 SEM사진=169,201,1

[그림 2-17] 600 °C 온도에서 1000 Sccm의 아르곤 가스를 공급하면서 10 분 동안 하소 처리된 스테인리스 스틸 메쉬의 표면 SEM 사진=169,201,1

[그림 2-18] 600 °C의 온도에서 1000 Sccm의 아르곤 가스를 공급하면서 10 분 동안 하소 처리된 스테인리스 스틸 메쉬의 표면으로부터 C2H2 10 Sccm과 Ar 1000 Sccm을 공급하면서 600 °C 합성온도에서 10 분 동안 성장된 CNT의 SEM 사진=170,202,1

[그림 2-19] 서로 다른 수소 가스 유량에 따라 600°C의 온도에서 10 분 동안 환원 처리된 스테인리스 스틸 메쉬의 표면 SEM 사진; 희석 아르곤 가스 유량: 1,000 Sccm; (a) 수소 가스 유량: 200 Sccm, (b) 400 Sccm, (c) 600 Sccm=172,204,1

[그림 2-20] 서로 다른 시간동안 600°C의 온도에서 400 Sccm의 수소가스 분위기에서 환원 처리된 스테인리스 스틸 메쉬의 표면 SEM 사진; 희석 아르곤 가스 유량: 1,000 Sccm; (a) 환원 처리 시간: 10분, (b) 20분, (c) 30분=173,205,1

[그림 2-21] 서로 다른 수소 가스 유량에 따라 600 °C의 온도에서 10 분 동안 환원 처리된 스테인리스 스틸 메쉬의 표면으로부터 C2H2 10 Sccm과 Ar 1000 Sccm을 공급하면서 600 °C 합성온도에서 10분 동안 성장된 CNT의 SEM사진; (a) 환원용 수소 가스 유량: 200 Sccm, (b) 400 Sccm, (c) 600 Sccm=174,206,1

[그림 2-22] 서로 다른 수소 가스 유량에 따라 600 °C의 온도에서 10 분 동안 환원 처리된 스테인리스 스틸 메쉬의 표면으로부터 C2H2 10 Sccm과 Ar 1000 Sccm, H2 200 Sccm을 공급하면서 600 °C 합성온도에서 10분 동안 성장된 CNT의 SEM사진; (a) 환원용 수소 가스 유량: 200 Sccm, (b) 400 Sccm, (c) 600 Sccm=175,207,1

[그림 2-23] H2 400 Sccm과 Ar 1000 Sccm을 공급하면서 600 °C의 온도에서 10 분 동안 환원 처리된 스테인리스 스틸 메쉬의 표면으로부터 C2H2 10 Sccm과 Ar 1000 Sccm, H2 (a) 0 Sccm, (b) 200 Sccm, (c) 400 Sccm 또는 (d) 600 Sccm을 공급하면서 600 °C 합성온도에서 10분 동안 성장된 CNT의 SEM사진=177,209,1

[그림 2-24] H2 400 Sccm과 Ar 1000 Sccm을 공급하면서 600 °C의 온도에서 (a) 10분, (b) 20분, (c) 30 분 동안 환원 처리된 스테인리스 스틸 메쉬의 표면으로부터 C2H2 10 Sccm과 Ar 1000 Sccm을 공급하면서 600 °C 합성온도에서 10분 동안 성장된 CNT의 SEM사진=178,210,1

[그림 2-25] H2 400 Sccm과 Ar 1000 Sccm을 공급하면서 600 °C의 온도에서 (a) 10분, (b) 20분, (c) 30 분 동안 환원 처리된 스테인리스 스틸 메쉬의 표면으로부터 C2H2 10 Sccm과 Ar 1000 Sccm, H2 400 Sccm을 공급하면서 600 °C 합성온도에서 10분 동안 성장된 CNT의 SEM사진=179,211,1

[그림 2-26] 스테인리스 스틸 섬유상 금속필터의 SEM사진=181,213,1

[그림 2-27] 스테인리스 스틸 섬유상 금속필터로부터 성장된 CNT의 SEM 사진=181,213,1

[그림 2-28] 스테인리스 스틸 섬유상 금속필터에 직접 성장된 CNT의 TEM 사진=182,214,1

[그림 2-29] 기존 스테인리스 스틸 금속필터와 CNT가 성장된 금속필터의 압력손실과 여과효율 특성 비교=184,216,1

[그림 2-30] CNT가 성장된 금속필터 상에 시험 분진입자의 부착 상태를 보여주는 SEM 사진=184,216,1

(표 2-1) 세계의 바이오 경량재료 연구기관 및 연구개발 내용=10,42,1

(표 2-1) 철과 티타니아 동시 증착 실험조건=72,104,1

(표 2-2) 알루미나 비드에 철을 박막증착한 샘플의 표면 조성=75,107,1

(표 2-3) 은 증착 비드의 XPS 분석 결과 (Aldrich의 전구체 사용)=78,110,1

(표 2-4) 은 증착 비드의 XPS 분석 결과 (Strem 전구체 사용)=78,110,1

(표 2-5) 알루미나 비드에 철과 티타니아를 박막증착한 샘플의 EDXS=80,112,1

(표 2-6) 알루미나 비드에 은과 티타니아를 박막증착한 샘플의 EDXS 결과=81,113,1

(표 1-1) 연구목표 및 내용=104,136,1

(표 3-1) 흡착 물질의 특성=135,167,1

(표 2-1) 레이저 애블레이선 기법으로 코발트 나노입자 합성을 실험조건=160,192,1

(표 2-2) 스테인리스 스틸 메쉬의 환원처리 조건=168,200,1

(표 2-3) 탄소나노튜브 합성 조건=168,200,1