화학구조 제어를 통한 탄소섬유 고강도화 기술 개발 - 화학적 구조 규명을 통한 고강도 탄소섬유 제조 원천기술 개발 - 기존의 탄소섬유 성능을 뛰어넘는 새로운 모델 제시 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전북분원(분원장 김준경) 복합소재기술연구소 탄소융합소재 연구센터 이성호 박사팀은 일본 신슈대학의 Endo 교수팀, 전북대학교 김환철 교수팀과 화학적 구조규명을 통한 고강도 탄소섬유 제조 원천 기술을 개발하였다. 탄소섬유는 가벼우면서 높은 기계적 강도를 갖는 구조용 복합소재의 강화소재로 각광 받고 있다. 고분자 섬유의 열처리를 통하여 탄소함량이 90% 이상인 탄소섬유가 제조되며 원료물질과 공정이 모두 섬유 강도에 큰 영향을 미친다. 탄소섬유의 기계적 물성은 물리적 결함에 따라 좌우되는데 이러한 결함을 마이크로 크기에서 나노 크기로 조절하여 물성을 극대화하는 방식으로 연구가 진행되어 왔다. 이성호 박사팀은 일반적으로 알려진 물리적 특성이 아닌 화학적 특성을 조절하여 탄소섬유의 강도를 증가시키는 방식으로 연구를 진행하였다. 열처리 조건을 조절하여 특정 결합을 갖는 질소원소의 함량과 sp3(*용어설명) 구조의 함량을 증가시켜 탄소섬유에서 50% 이상의 기계적 물성 증가를 발견하였다. 따라서 물리적 구조 조절뿐만 아니라 화학적 구조를 함께 고려한다면 기존 탄소섬유의 물성을 뛰어 넘는 초고강도 탄소섬유 연구가 가능할 것으로 기대하고 있다. 현재까지 탄소섬유는 내부 및 외부에 존재하는 물리적 구조 결함에 따라 기계적 물성이 좌우 된다는 이론을 바탕으로 연구개발이 진행되어 왔다. 고분자 섬유의 열처리를 통하여 탄소섬유가 제조될 때 화학반응에 의하여 고분자 섬유 일부가 가스로 배출되며 섬유가 수축되고 내부에 기공이 생성된다. 추가적인 열처리에도 섬유에 존재하는 결함이 완전히 제거되지 않으며 이러한 결함이 탄소섬유의 강도에 영향을 미친다는 이론이다. 따라서 탄소섬유의 결함을 마이크로 크기에서 나노 크기로 줄이거나 결함의 함량을 줄이는 방향으로 탄소섬유 강도를 증가시키는 연구를 진행해 왔다. 본 연구에서는 탄소섬유의 화학적 구조에 중점을 두어 기계적 물성에 미치는 영향을 보고하였다. 열처리 조건에 따라 특정 결합을 갖는 질소원소와 sp3 구조 함량의 조절이 가능하며 특정 질소원소와 sp3 구조 함량 증가로 탄소섬유의 강도가 50% 향상되는 실험결과를 얻었다. 이러한 결과는 전산모사를 통하여 새로운 탄소섬유의 화학적 구조가 제시되었고 탄소섬유 강도 제어가 가능하다는 결과를 도출하였다. 기존에는 질소원소는 불순물로 여겨져 가능한 많이 제거하여 탄소섬유의 강도를 높이고자 하였으며 sp3 구조보다 sp2 구조가 탄소섬유 물성에 영향을 많이 주는 인자로 알려져 왔다. 1970년대부터 생산되어 온 탄소섬유는 가벼우면서 높은 기계적 강도를 나타내는 특징을 가지고 있어 항공기용 복합소재의 강화소재로 사용되면서 미래 소재로 각광을 받고 있다. 특히 자동차용 복합소재의 강화소재로 사용될 경우 차체 중량감소로 연비증가 및 이산화탄소 배출 감소 등 친환경에 부응할 것으로 기대된다. 연구를 주도한 KIST 이성호 박사는 “기존의 물리적 구조제어 연구와 함께 탄소나노섬유의 화학적 구조를 조절하여 기계적 강도를 극대화 할 수 있을 것으로 보이며, 향후 다양한 산업분야로 확대가 가능할 것으로 예상한다”고 밝혔다. 이번 연구는 미래창조과학부(장관, 최양희) 지원으로 KIST 기관고유연구사업과 산업부 탄소밸리 연구사업에서 지원되었으며, 연구 결과는 영국 네이처 출판 그룹(Nature publishing group: NPG)에서 주간으로 발행하는 과학전문저널인 Scientific Reports에 2016년 3월 23일자로 게재되었다. * (논문명) "Strengthened PAN-based carbon fibers obtained by slow heating rate carbonization" - (제1저자) 한국과학기술연구원 김민아 연구원 - (공동교신저자) 일본 신슈대학 Morinobu Endo 교수 - (공동교신저자) 한국과학기술연구원 전북분원 이성호 박사 <그림자료> <그림 1> 탄소구조 중앙에 질소원자가 위치하거나 layer와 layer 사이에 탄소원자가 위치하여 layer를 연결된 탄소섬유의 미세구조를 나타내고 있으며 이는 본 연구를 통하여 제시된 모식도임.

화학구조 제어를 통한 탄소섬유 고강도화 기술 개발 - 화학적 구조 규명을 통한 고강도 탄소섬유 제조 원천기술 개발 - 기존의 탄소섬유 성능을 뛰어넘는 새로운 모델 제시 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전북분원(분원장 김준경) 복합소재기술연구소 탄소융합소재 연구센터 이성호 박사팀은 일본 신슈대학의 Endo 교수팀, 전북대학교 김환철 교수팀과 화학적 구조규명을 통한 고강도 탄소섬유 제조 원천 기술을 개발하였다. 탄소섬유는 가벼우면서 높은 기계적 강도를 갖는 구조용 복합소재의 강화소재로 각광 받고 있다. 고분자 섬유의 열처리를 통하여 탄소함량이 90% 이상인 탄소섬유가 제조되며 원료물질과 공정이 모두 섬유 강도에 큰 영향을 미친다. 탄소섬유의 기계적 물성은 물리적 결함에 따라 좌우되는데 이러한 결함을 마이크로 크기에서 나노 크기로 조절하여 물성을 극대화하는 방식으로 연구가 진행되어 왔다. 이성호 박사팀은 일반적으로 알려진 물리적 특성이 아닌 화학적 특성을 조절하여 탄소섬유의 강도를 증가시키는 방식으로 연구를 진행하였다. 열처리 조건을 조절하여 특정 결합을 갖는 질소원소의 함량과 sp3(*용어설명) 구조의 함량을 증가시켜 탄소섬유에서 50% 이상의 기계적 물성 증가를 발견하였다. 따라서 물리적 구조 조절뿐만 아니라 화학적 구조를 함께 고려한다면 기존 탄소섬유의 물성을 뛰어 넘는 초고강도 탄소섬유 연구가 가능할 것으로 기대하고 있다. 현재까지 탄소섬유는 내부 및 외부에 존재하는 물리적 구조 결함에 따라 기계적 물성이 좌우 된다는 이론을 바탕으로 연구개발이 진행되어 왔다. 고분자 섬유의 열처리를 통하여 탄소섬유가 제조될 때 화학반응에 의하여 고분자 섬유 일부가 가스로 배출되며 섬유가 수축되고 내부에 기공이 생성된다. 추가적인 열처리에도 섬유에 존재하는 결함이 완전히 제거되지 않으며 이러한 결함이 탄소섬유의 강도에 영향을 미친다는 이론이다. 따라서 탄소섬유의 결함을 마이크로 크기에서 나노 크기로 줄이거나 결함의 함량을 줄이는 방향으로 탄소섬유 강도를 증가시키는 연구를 진행해 왔다. 본 연구에서는 탄소섬유의 화학적 구조에 중점을 두어 기계적 물성에 미치는 영향을 보고하였다. 열처리 조건에 따라 특정 결합을 갖는 질소원소와 sp3 구조 함량의 조절이 가능하며 특정 질소원소와 sp3 구조 함량 증가로 탄소섬유의 강도가 50% 향상되는 실험결과를 얻었다. 이러한 결과는 전산모사를 통하여 새로운 탄소섬유의 화학적 구조가 제시되었고 탄소섬유 강도 제어가 가능하다는 결과를 도출하였다. 기존에는 질소원소는 불순물로 여겨져 가능한 많이 제거하여 탄소섬유의 강도를 높이고자 하였으며 sp3 구조보다 sp2 구조가 탄소섬유 물성에 영향을 많이 주는 인자로 알려져 왔다. 1970년대부터 생산되어 온 탄소섬유는 가벼우면서 높은 기계적 강도를 나타내는 특징을 가지고 있어 항공기용 복합소재의 강화소재로 사용되면서 미래 소재로 각광을 받고 있다. 특히 자동차용 복합소재의 강화소재로 사용될 경우 차체 중량감소로 연비증가 및 이산화탄소 배출 감소 등 친환경에 부응할 것으로 기대된다. 연구를 주도한 KIST 이성호 박사는 “기존의 물리적 구조제어 연구와 함께 탄소나노섬유의 화학적 구조를 조절하여 기계적 강도를 극대화 할 수 있을 것으로 보이며, 향후 다양한 산업분야로 확대가 가능할 것으로 예상한다”고 밝혔다. 이번 연구는 미래창조과학부(장관, 최양희) 지원으로 KIST 기관고유연구사업과 산업부 탄소밸리 연구사업에서 지원되었으며, 연구 결과는 영국 네이처 출판 그룹(Nature publishing group: NPG)에서 주간으로 발행하는 과학전문저널인 Scientific Reports에 2016년 3월 23일자로 게재되었다. * (논문명) "Strengthened PAN-based carbon fibers obtained by slow heating rate carbonization" - (제1저자) 한국과학기술연구원 김민아 연구원 - (공동교신저자) 일본 신슈대학 Morinobu Endo 교수 - (공동교신저자) 한국과학기술연구원 전북분원 이성호 박사 <그림자료> <그림 1> 탄소구조 중앙에 질소원자가 위치하거나 layer와 layer 사이에 탄소원자가 위치하여 layer를 연결된 탄소섬유의 미세구조를 나타내고 있으며 이는 본 연구를 통하여 제시된 모식도임.

화학구조 제어를 통한 탄소섬유 고강도화 기술 개발 - 화학적 구조 규명을 통한 고강도 탄소섬유 제조 원천기술 개발 - 기존의 탄소섬유 성능을 뛰어넘는 새로운 모델 제시 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전북분원(분원장 김준경) 복합소재기술연구소 탄소융합소재 연구센터 이성호 박사팀은 일본 신슈대학의 Endo 교수팀, 전북대학교 김환철 교수팀과 화학적 구조규명을 통한 고강도 탄소섬유 제조 원천 기술을 개발하였다. 탄소섬유는 가벼우면서 높은 기계적 강도를 갖는 구조용 복합소재의 강화소재로 각광 받고 있다. 고분자 섬유의 열처리를 통하여 탄소함량이 90% 이상인 탄소섬유가 제조되며 원료물질과 공정이 모두 섬유 강도에 큰 영향을 미친다. 탄소섬유의 기계적 물성은 물리적 결함에 따라 좌우되는데 이러한 결함을 마이크로 크기에서 나노 크기로 조절하여 물성을 극대화하는 방식으로 연구가 진행되어 왔다. 이성호 박사팀은 일반적으로 알려진 물리적 특성이 아닌 화학적 특성을 조절하여 탄소섬유의 강도를 증가시키는 방식으로 연구를 진행하였다. 열처리 조건을 조절하여 특정 결합을 갖는 질소원소의 함량과 sp3(*용어설명) 구조의 함량을 증가시켜 탄소섬유에서 50% 이상의 기계적 물성 증가를 발견하였다. 따라서 물리적 구조 조절뿐만 아니라 화학적 구조를 함께 고려한다면 기존 탄소섬유의 물성을 뛰어 넘는 초고강도 탄소섬유 연구가 가능할 것으로 기대하고 있다. 현재까지 탄소섬유는 내부 및 외부에 존재하는 물리적 구조 결함에 따라 기계적 물성이 좌우 된다는 이론을 바탕으로 연구개발이 진행되어 왔다. 고분자 섬유의 열처리를 통하여 탄소섬유가 제조될 때 화학반응에 의하여 고분자 섬유 일부가 가스로 배출되며 섬유가 수축되고 내부에 기공이 생성된다. 추가적인 열처리에도 섬유에 존재하는 결함이 완전히 제거되지 않으며 이러한 결함이 탄소섬유의 강도에 영향을 미친다는 이론이다. 따라서 탄소섬유의 결함을 마이크로 크기에서 나노 크기로 줄이거나 결함의 함량을 줄이는 방향으로 탄소섬유 강도를 증가시키는 연구를 진행해 왔다. 본 연구에서는 탄소섬유의 화학적 구조에 중점을 두어 기계적 물성에 미치는 영향을 보고하였다. 열처리 조건에 따라 특정 결합을 갖는 질소원소와 sp3 구조 함량의 조절이 가능하며 특정 질소원소와 sp3 구조 함량 증가로 탄소섬유의 강도가 50% 향상되는 실험결과를 얻었다. 이러한 결과는 전산모사를 통하여 새로운 탄소섬유의 화학적 구조가 제시되었고 탄소섬유 강도 제어가 가능하다는 결과를 도출하였다. 기존에는 질소원소는 불순물로 여겨져 가능한 많이 제거하여 탄소섬유의 강도를 높이고자 하였으며 sp3 구조보다 sp2 구조가 탄소섬유 물성에 영향을 많이 주는 인자로 알려져 왔다. 1970년대부터 생산되어 온 탄소섬유는 가벼우면서 높은 기계적 강도를 나타내는 특징을 가지고 있어 항공기용 복합소재의 강화소재로 사용되면서 미래 소재로 각광을 받고 있다. 특히 자동차용 복합소재의 강화소재로 사용될 경우 차체 중량감소로 연비증가 및 이산화탄소 배출 감소 등 친환경에 부응할 것으로 기대된다. 연구를 주도한 KIST 이성호 박사는 “기존의 물리적 구조제어 연구와 함께 탄소나노섬유의 화학적 구조를 조절하여 기계적 강도를 극대화 할 수 있을 것으로 보이며, 향후 다양한 산업분야로 확대가 가능할 것으로 예상한다”고 밝혔다. 이번 연구는 미래창조과학부(장관, 최양희) 지원으로 KIST 기관고유연구사업과 산업부 탄소밸리 연구사업에서 지원되었으며, 연구 결과는 영국 네이처 출판 그룹(Nature publishing group: NPG)에서 주간으로 발행하는 과학전문저널인 Scientific Reports에 2016년 3월 23일자로 게재되었다. * (논문명) "Strengthened PAN-based carbon fibers obtained by slow heating rate carbonization" - (제1저자) 한국과학기술연구원 김민아 연구원 - (공동교신저자) 일본 신슈대학 Morinobu Endo 교수 - (공동교신저자) 한국과학기술연구원 전북분원 이성호 박사 <그림자료> <그림 1> 탄소구조 중앙에 질소원자가 위치하거나 layer와 layer 사이에 탄소원자가 위치하여 layer를 연결된 탄소섬유의 미세구조를 나타내고 있으며 이는 본 연구를 통하여 제시된 모식도임.

화학구조 제어를 통한 탄소섬유 고강도화 기술 개발 - 화학적 구조 규명을 통한 고강도 탄소섬유 제조 원천기술 개발 - 기존의 탄소섬유 성능을 뛰어넘는 새로운 모델 제시 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전북분원(분원장 김준경) 복합소재기술연구소 탄소융합소재 연구센터 이성호 박사팀은 일본 신슈대학의 Endo 교수팀, 전북대학교 김환철 교수팀과 화학적 구조규명을 통한 고강도 탄소섬유 제조 원천 기술을 개발하였다. 탄소섬유는 가벼우면서 높은 기계적 강도를 갖는 구조용 복합소재의 강화소재로 각광 받고 있다. 고분자 섬유의 열처리를 통하여 탄소함량이 90% 이상인 탄소섬유가 제조되며 원료물질과 공정이 모두 섬유 강도에 큰 영향을 미친다. 탄소섬유의 기계적 물성은 물리적 결함에 따라 좌우되는데 이러한 결함을 마이크로 크기에서 나노 크기로 조절하여 물성을 극대화하는 방식으로 연구가 진행되어 왔다. 이성호 박사팀은 일반적으로 알려진 물리적 특성이 아닌 화학적 특성을 조절하여 탄소섬유의 강도를 증가시키는 방식으로 연구를 진행하였다. 열처리 조건을 조절하여 특정 결합을 갖는 질소원소의 함량과 sp3(*용어설명) 구조의 함량을 증가시켜 탄소섬유에서 50% 이상의 기계적 물성 증가를 발견하였다. 따라서 물리적 구조 조절뿐만 아니라 화학적 구조를 함께 고려한다면 기존 탄소섬유의 물성을 뛰어 넘는 초고강도 탄소섬유 연구가 가능할 것으로 기대하고 있다. 현재까지 탄소섬유는 내부 및 외부에 존재하는 물리적 구조 결함에 따라 기계적 물성이 좌우 된다는 이론을 바탕으로 연구개발이 진행되어 왔다. 고분자 섬유의 열처리를 통하여 탄소섬유가 제조될 때 화학반응에 의하여 고분자 섬유 일부가 가스로 배출되며 섬유가 수축되고 내부에 기공이 생성된다. 추가적인 열처리에도 섬유에 존재하는 결함이 완전히 제거되지 않으며 이러한 결함이 탄소섬유의 강도에 영향을 미친다는 이론이다. 따라서 탄소섬유의 결함을 마이크로 크기에서 나노 크기로 줄이거나 결함의 함량을 줄이는 방향으로 탄소섬유 강도를 증가시키는 연구를 진행해 왔다. 본 연구에서는 탄소섬유의 화학적 구조에 중점을 두어 기계적 물성에 미치는 영향을 보고하였다. 열처리 조건에 따라 특정 결합을 갖는 질소원소와 sp3 구조 함량의 조절이 가능하며 특정 질소원소와 sp3 구조 함량 증가로 탄소섬유의 강도가 50% 향상되는 실험결과를 얻었다. 이러한 결과는 전산모사를 통하여 새로운 탄소섬유의 화학적 구조가 제시되었고 탄소섬유 강도 제어가 가능하다는 결과를 도출하였다. 기존에는 질소원소는 불순물로 여겨져 가능한 많이 제거하여 탄소섬유의 강도를 높이고자 하였으며 sp3 구조보다 sp2 구조가 탄소섬유 물성에 영향을 많이 주는 인자로 알려져 왔다. 1970년대부터 생산되어 온 탄소섬유는 가벼우면서 높은 기계적 강도를 나타내는 특징을 가지고 있어 항공기용 복합소재의 강화소재로 사용되면서 미래 소재로 각광을 받고 있다. 특히 자동차용 복합소재의 강화소재로 사용될 경우 차체 중량감소로 연비증가 및 이산화탄소 배출 감소 등 친환경에 부응할 것으로 기대된다. 연구를 주도한 KIST 이성호 박사는 “기존의 물리적 구조제어 연구와 함께 탄소나노섬유의 화학적 구조를 조절하여 기계적 강도를 극대화 할 수 있을 것으로 보이며, 향후 다양한 산업분야로 확대가 가능할 것으로 예상한다”고 밝혔다. 이번 연구는 미래창조과학부(장관, 최양희) 지원으로 KIST 기관고유연구사업과 산업부 탄소밸리 연구사업에서 지원되었으며, 연구 결과는 영국 네이처 출판 그룹(Nature publishing group: NPG)에서 주간으로 발행하는 과학전문저널인 Scientific Reports에 2016년 3월 23일자로 게재되었다. * (논문명) "Strengthened PAN-based carbon fibers obtained by slow heating rate carbonization" - (제1저자) 한국과학기술연구원 김민아 연구원 - (공동교신저자) 일본 신슈대학 Morinobu Endo 교수 - (공동교신저자) 한국과학기술연구원 전북분원 이성호 박사 <그림자료> <그림 1> 탄소구조 중앙에 질소원자가 위치하거나 layer와 layer 사이에 탄소원자가 위치하여 layer를 연결된 탄소섬유의 미세구조를 나타내고 있으며 이는 본 연구를 통하여 제시된 모식도임.

화학구조 제어를 통한 탄소섬유 고강도화 기술 개발 - 화학적 구조 규명을 통한 고강도 탄소섬유 제조 원천기술 개발 - 기존의 탄소섬유 성능을 뛰어넘는 새로운 모델 제시 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전북분원(분원장 김준경) 복합소재기술연구소 탄소융합소재 연구센터 이성호 박사팀은 일본 신슈대학의 Endo 교수팀, 전북대학교 김환철 교수팀과 화학적 구조규명을 통한 고강도 탄소섬유 제조 원천 기술을 개발하였다. 탄소섬유는 가벼우면서 높은 기계적 강도를 갖는 구조용 복합소재의 강화소재로 각광 받고 있다. 고분자 섬유의 열처리를 통하여 탄소함량이 90% 이상인 탄소섬유가 제조되며 원료물질과 공정이 모두 섬유 강도에 큰 영향을 미친다. 탄소섬유의 기계적 물성은 물리적 결함에 따라 좌우되는데 이러한 결함을 마이크로 크기에서 나노 크기로 조절하여 물성을 극대화하는 방식으로 연구가 진행되어 왔다. 이성호 박사팀은 일반적으로 알려진 물리적 특성이 아닌 화학적 특성을 조절하여 탄소섬유의 강도를 증가시키는 방식으로 연구를 진행하였다. 열처리 조건을 조절하여 특정 결합을 갖는 질소원소의 함량과 sp3(*용어설명) 구조의 함량을 증가시켜 탄소섬유에서 50% 이상의 기계적 물성 증가를 발견하였다. 따라서 물리적 구조 조절뿐만 아니라 화학적 구조를 함께 고려한다면 기존 탄소섬유의 물성을 뛰어 넘는 초고강도 탄소섬유 연구가 가능할 것으로 기대하고 있다. 현재까지 탄소섬유는 내부 및 외부에 존재하는 물리적 구조 결함에 따라 기계적 물성이 좌우 된다는 이론을 바탕으로 연구개발이 진행되어 왔다. 고분자 섬유의 열처리를 통하여 탄소섬유가 제조될 때 화학반응에 의하여 고분자 섬유 일부가 가스로 배출되며 섬유가 수축되고 내부에 기공이 생성된다. 추가적인 열처리에도 섬유에 존재하는 결함이 완전히 제거되지 않으며 이러한 결함이 탄소섬유의 강도에 영향을 미친다는 이론이다. 따라서 탄소섬유의 결함을 마이크로 크기에서 나노 크기로 줄이거나 결함의 함량을 줄이는 방향으로 탄소섬유 강도를 증가시키는 연구를 진행해 왔다. 본 연구에서는 탄소섬유의 화학적 구조에 중점을 두어 기계적 물성에 미치는 영향을 보고하였다. 열처리 조건에 따라 특정 결합을 갖는 질소원소와 sp3 구조 함량의 조절이 가능하며 특정 질소원소와 sp3 구조 함량 증가로 탄소섬유의 강도가 50% 향상되는 실험결과를 얻었다. 이러한 결과는 전산모사를 통하여 새로운 탄소섬유의 화학적 구조가 제시되었고 탄소섬유 강도 제어가 가능하다는 결과를 도출하였다. 기존에는 질소원소는 불순물로 여겨져 가능한 많이 제거하여 탄소섬유의 강도를 높이고자 하였으며 sp3 구조보다 sp2 구조가 탄소섬유 물성에 영향을 많이 주는 인자로 알려져 왔다. 1970년대부터 생산되어 온 탄소섬유는 가벼우면서 높은 기계적 강도를 나타내는 특징을 가지고 있어 항공기용 복합소재의 강화소재로 사용되면서 미래 소재로 각광을 받고 있다. 특히 자동차용 복합소재의 강화소재로 사용될 경우 차체 중량감소로 연비증가 및 이산화탄소 배출 감소 등 친환경에 부응할 것으로 기대된다. 연구를 주도한 KIST 이성호 박사는 “기존의 물리적 구조제어 연구와 함께 탄소나노섬유의 화학적 구조를 조절하여 기계적 강도를 극대화 할 수 있을 것으로 보이며, 향후 다양한 산업분야로 확대가 가능할 것으로 예상한다”고 밝혔다. 이번 연구는 미래창조과학부(장관, 최양희) 지원으로 KIST 기관고유연구사업과 산업부 탄소밸리 연구사업에서 지원되었으며, 연구 결과는 영국 네이처 출판 그룹(Nature publishing group: NPG)에서 주간으로 발행하는 과학전문저널인 Scientific Reports에 2016년 3월 23일자로 게재되었다. * (논문명) "Strengthened PAN-based carbon fibers obtained by slow heating rate carbonization" - (제1저자) 한국과학기술연구원 김민아 연구원 - (공동교신저자) 일본 신슈대학 Morinobu Endo 교수 - (공동교신저자) 한국과학기술연구원 전북분원 이성호 박사 <그림자료> <그림 1> 탄소구조 중앙에 질소원자가 위치하거나 layer와 layer 사이에 탄소원자가 위치하여 layer를 연결된 탄소섬유의 미세구조를 나타내고 있으며 이는 본 연구를 통하여 제시된 모식도임.

화학구조 제어를 통한 탄소섬유 고강도화 기술 개발 - 화학적 구조 규명을 통한 고강도 탄소섬유 제조 원천기술 개발 - 기존의 탄소섬유 성능을 뛰어넘는 새로운 모델 제시 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전북분원(분원장 김준경) 복합소재기술연구소 탄소융합소재 연구센터 이성호 박사팀은 일본 신슈대학의 Endo 교수팀, 전북대학교 김환철 교수팀과 화학적 구조규명을 통한 고강도 탄소섬유 제조 원천 기술을 개발하였다. 탄소섬유는 가벼우면서 높은 기계적 강도를 갖는 구조용 복합소재의 강화소재로 각광 받고 있다. 고분자 섬유의 열처리를 통하여 탄소함량이 90% 이상인 탄소섬유가 제조되며 원료물질과 공정이 모두 섬유 강도에 큰 영향을 미친다. 탄소섬유의 기계적 물성은 물리적 결함에 따라 좌우되는데 이러한 결함을 마이크로 크기에서 나노 크기로 조절하여 물성을 극대화하는 방식으로 연구가 진행되어 왔다. 이성호 박사팀은 일반적으로 알려진 물리적 특성이 아닌 화학적 특성을 조절하여 탄소섬유의 강도를 증가시키는 방식으로 연구를 진행하였다. 열처리 조건을 조절하여 특정 결합을 갖는 질소원소의 함량과 sp3(*용어설명) 구조의 함량을 증가시켜 탄소섬유에서 50% 이상의 기계적 물성 증가를 발견하였다. 따라서 물리적 구조 조절뿐만 아니라 화학적 구조를 함께 고려한다면 기존 탄소섬유의 물성을 뛰어 넘는 초고강도 탄소섬유 연구가 가능할 것으로 기대하고 있다. 현재까지 탄소섬유는 내부 및 외부에 존재하는 물리적 구조 결함에 따라 기계적 물성이 좌우 된다는 이론을 바탕으로 연구개발이 진행되어 왔다. 고분자 섬유의 열처리를 통하여 탄소섬유가 제조될 때 화학반응에 의하여 고분자 섬유 일부가 가스로 배출되며 섬유가 수축되고 내부에 기공이 생성된다. 추가적인 열처리에도 섬유에 존재하는 결함이 완전히 제거되지 않으며 이러한 결함이 탄소섬유의 강도에 영향을 미친다는 이론이다. 따라서 탄소섬유의 결함을 마이크로 크기에서 나노 크기로 줄이거나 결함의 함량을 줄이는 방향으로 탄소섬유 강도를 증가시키는 연구를 진행해 왔다. 본 연구에서는 탄소섬유의 화학적 구조에 중점을 두어 기계적 물성에 미치는 영향을 보고하였다. 열처리 조건에 따라 특정 결합을 갖는 질소원소와 sp3 구조 함량의 조절이 가능하며 특정 질소원소와 sp3 구조 함량 증가로 탄소섬유의 강도가 50% 향상되는 실험결과를 얻었다. 이러한 결과는 전산모사를 통하여 새로운 탄소섬유의 화학적 구조가 제시되었고 탄소섬유 강도 제어가 가능하다는 결과를 도출하였다. 기존에는 질소원소는 불순물로 여겨져 가능한 많이 제거하여 탄소섬유의 강도를 높이고자 하였으며 sp3 구조보다 sp2 구조가 탄소섬유 물성에 영향을 많이 주는 인자로 알려져 왔다. 1970년대부터 생산되어 온 탄소섬유는 가벼우면서 높은 기계적 강도를 나타내는 특징을 가지고 있어 항공기용 복합소재의 강화소재로 사용되면서 미래 소재로 각광을 받고 있다. 특히 자동차용 복합소재의 강화소재로 사용될 경우 차체 중량감소로 연비증가 및 이산화탄소 배출 감소 등 친환경에 부응할 것으로 기대된다. 연구를 주도한 KIST 이성호 박사는 “기존의 물리적 구조제어 연구와 함께 탄소나노섬유의 화학적 구조를 조절하여 기계적 강도를 극대화 할 수 있을 것으로 보이며, 향후 다양한 산업분야로 확대가 가능할 것으로 예상한다”고 밝혔다. 이번 연구는 미래창조과학부(장관, 최양희) 지원으로 KIST 기관고유연구사업과 산업부 탄소밸리 연구사업에서 지원되었으며, 연구 결과는 영국 네이처 출판 그룹(Nature publishing group: NPG)에서 주간으로 발행하는 과학전문저널인 Scientific Reports에 2016년 3월 23일자로 게재되었다. * (논문명) "Strengthened PAN-based carbon fibers obtained by slow heating rate carbonization" - (제1저자) 한국과학기술연구원 김민아 연구원 - (공동교신저자) 일본 신슈대학 Morinobu Endo 교수 - (공동교신저자) 한국과학기술연구원 전북분원 이성호 박사 <그림자료> <그림 1> 탄소구조 중앙에 질소원자가 위치하거나 layer와 layer 사이에 탄소원자가 위치하여 layer를 연결된 탄소섬유의 미세구조를 나타내고 있으며 이는 본 연구를 통하여 제시된 모식도임.

화학구조 제어를 통한 탄소섬유 고강도화 기술 개발 - 화학적 구조 규명을 통한 고강도 탄소섬유 제조 원천기술 개발 - 기존의 탄소섬유 성능을 뛰어넘는 새로운 모델 제시 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전북분원(분원장 김준경) 복합소재기술연구소 탄소융합소재 연구센터 이성호 박사팀은 일본 신슈대학의 Endo 교수팀, 전북대학교 김환철 교수팀과 화학적 구조규명을 통한 고강도 탄소섬유 제조 원천 기술을 개발하였다. 탄소섬유는 가벼우면서 높은 기계적 강도를 갖는 구조용 복합소재의 강화소재로 각광 받고 있다. 고분자 섬유의 열처리를 통하여 탄소함량이 90% 이상인 탄소섬유가 제조되며 원료물질과 공정이 모두 섬유 강도에 큰 영향을 미친다. 탄소섬유의 기계적 물성은 물리적 결함에 따라 좌우되는데 이러한 결함을 마이크로 크기에서 나노 크기로 조절하여 물성을 극대화하는 방식으로 연구가 진행되어 왔다. 이성호 박사팀은 일반적으로 알려진 물리적 특성이 아닌 화학적 특성을 조절하여 탄소섬유의 강도를 증가시키는 방식으로 연구를 진행하였다. 열처리 조건을 조절하여 특정 결합을 갖는 질소원소의 함량과 sp3(*용어설명) 구조의 함량을 증가시켜 탄소섬유에서 50% 이상의 기계적 물성 증가를 발견하였다. 따라서 물리적 구조 조절뿐만 아니라 화학적 구조를 함께 고려한다면 기존 탄소섬유의 물성을 뛰어 넘는 초고강도 탄소섬유 연구가 가능할 것으로 기대하고 있다. 현재까지 탄소섬유는 내부 및 외부에 존재하는 물리적 구조 결함에 따라 기계적 물성이 좌우 된다는 이론을 바탕으로 연구개발이 진행되어 왔다. 고분자 섬유의 열처리를 통하여 탄소섬유가 제조될 때 화학반응에 의하여 고분자 섬유 일부가 가스로 배출되며 섬유가 수축되고 내부에 기공이 생성된다. 추가적인 열처리에도 섬유에 존재하는 결함이 완전히 제거되지 않으며 이러한 결함이 탄소섬유의 강도에 영향을 미친다는 이론이다. 따라서 탄소섬유의 결함을 마이크로 크기에서 나노 크기로 줄이거나 결함의 함량을 줄이는 방향으로 탄소섬유 강도를 증가시키는 연구를 진행해 왔다. 본 연구에서는 탄소섬유의 화학적 구조에 중점을 두어 기계적 물성에 미치는 영향을 보고하였다. 열처리 조건에 따라 특정 결합을 갖는 질소원소와 sp3 구조 함량의 조절이 가능하며 특정 질소원소와 sp3 구조 함량 증가로 탄소섬유의 강도가 50% 향상되는 실험결과를 얻었다. 이러한 결과는 전산모사를 통하여 새로운 탄소섬유의 화학적 구조가 제시되었고 탄소섬유 강도 제어가 가능하다는 결과를 도출하였다. 기존에는 질소원소는 불순물로 여겨져 가능한 많이 제거하여 탄소섬유의 강도를 높이고자 하였으며 sp3 구조보다 sp2 구조가 탄소섬유 물성에 영향을 많이 주는 인자로 알려져 왔다. 1970년대부터 생산되어 온 탄소섬유는 가벼우면서 높은 기계적 강도를 나타내는 특징을 가지고 있어 항공기용 복합소재의 강화소재로 사용되면서 미래 소재로 각광을 받고 있다. 특히 자동차용 복합소재의 강화소재로 사용될 경우 차체 중량감소로 연비증가 및 이산화탄소 배출 감소 등 친환경에 부응할 것으로 기대된다. 연구를 주도한 KIST 이성호 박사는 “기존의 물리적 구조제어 연구와 함께 탄소나노섬유의 화학적 구조를 조절하여 기계적 강도를 극대화 할 수 있을 것으로 보이며, 향후 다양한 산업분야로 확대가 가능할 것으로 예상한다”고 밝혔다. 이번 연구는 미래창조과학부(장관, 최양희) 지원으로 KIST 기관고유연구사업과 산업부 탄소밸리 연구사업에서 지원되었으며, 연구 결과는 영국 네이처 출판 그룹(Nature publishing group: NPG)에서 주간으로 발행하는 과학전문저널인 Scientific Reports에 2016년 3월 23일자로 게재되었다. * (논문명) "Strengthened PAN-based carbon fibers obtained by slow heating rate carbonization" - (제1저자) 한국과학기술연구원 김민아 연구원 - (공동교신저자) 일본 신슈대학 Morinobu Endo 교수 - (공동교신저자) 한국과학기술연구원 전북분원 이성호 박사 <그림자료> <그림 1> 탄소구조 중앙에 질소원자가 위치하거나 layer와 layer 사이에 탄소원자가 위치하여 layer를 연결된 탄소섬유의 미세구조를 나타내고 있으며 이는 본 연구를 통하여 제시된 모식도임.

화학구조 제어를 통한 탄소섬유 고강도화 기술 개발 - 화학적 구조 규명을 통한 고강도 탄소섬유 제조 원천기술 개발 - 기존의 탄소섬유 성능을 뛰어넘는 새로운 모델 제시 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전북분원(분원장 김준경) 복합소재기술연구소 탄소융합소재 연구센터 이성호 박사팀은 일본 신슈대학의 Endo 교수팀, 전북대학교 김환철 교수팀과 화학적 구조규명을 통한 고강도 탄소섬유 제조 원천 기술을 개발하였다. 탄소섬유는 가벼우면서 높은 기계적 강도를 갖는 구조용 복합소재의 강화소재로 각광 받고 있다. 고분자 섬유의 열처리를 통하여 탄소함량이 90% 이상인 탄소섬유가 제조되며 원료물질과 공정이 모두 섬유 강도에 큰 영향을 미친다. 탄소섬유의 기계적 물성은 물리적 결함에 따라 좌우되는데 이러한 결함을 마이크로 크기에서 나노 크기로 조절하여 물성을 극대화하는 방식으로 연구가 진행되어 왔다. 이성호 박사팀은 일반적으로 알려진 물리적 특성이 아닌 화학적 특성을 조절하여 탄소섬유의 강도를 증가시키는 방식으로 연구를 진행하였다. 열처리 조건을 조절하여 특정 결합을 갖는 질소원소의 함량과 sp3(*용어설명) 구조의 함량을 증가시켜 탄소섬유에서 50% 이상의 기계적 물성 증가를 발견하였다. 따라서 물리적 구조 조절뿐만 아니라 화학적 구조를 함께 고려한다면 기존 탄소섬유의 물성을 뛰어 넘는 초고강도 탄소섬유 연구가 가능할 것으로 기대하고 있다. 현재까지 탄소섬유는 내부 및 외부에 존재하는 물리적 구조 결함에 따라 기계적 물성이 좌우 된다는 이론을 바탕으로 연구개발이 진행되어 왔다. 고분자 섬유의 열처리를 통하여 탄소섬유가 제조될 때 화학반응에 의하여 고분자 섬유 일부가 가스로 배출되며 섬유가 수축되고 내부에 기공이 생성된다. 추가적인 열처리에도 섬유에 존재하는 결함이 완전히 제거되지 않으며 이러한 결함이 탄소섬유의 강도에 영향을 미친다는 이론이다. 따라서 탄소섬유의 결함을 마이크로 크기에서 나노 크기로 줄이거나 결함의 함량을 줄이는 방향으로 탄소섬유 강도를 증가시키는 연구를 진행해 왔다. 본 연구에서는 탄소섬유의 화학적 구조에 중점을 두어 기계적 물성에 미치는 영향을 보고하였다. 열처리 조건에 따라 특정 결합을 갖는 질소원소와 sp3 구조 함량의 조절이 가능하며 특정 질소원소와 sp3 구조 함량 증가로 탄소섬유의 강도가 50% 향상되는 실험결과를 얻었다. 이러한 결과는 전산모사를 통하여 새로운 탄소섬유의 화학적 구조가 제시되었고 탄소섬유 강도 제어가 가능하다는 결과를 도출하였다. 기존에는 질소원소는 불순물로 여겨져 가능한 많이 제거하여 탄소섬유의 강도를 높이고자 하였으며 sp3 구조보다 sp2 구조가 탄소섬유 물성에 영향을 많이 주는 인자로 알려져 왔다. 1970년대부터 생산되어 온 탄소섬유는 가벼우면서 높은 기계적 강도를 나타내는 특징을 가지고 있어 항공기용 복합소재의 강화소재로 사용되면서 미래 소재로 각광을 받고 있다. 특히 자동차용 복합소재의 강화소재로 사용될 경우 차체 중량감소로 연비증가 및 이산화탄소 배출 감소 등 친환경에 부응할 것으로 기대된다. 연구를 주도한 KIST 이성호 박사는 “기존의 물리적 구조제어 연구와 함께 탄소나노섬유의 화학적 구조를 조절하여 기계적 강도를 극대화 할 수 있을 것으로 보이며, 향후 다양한 산업분야로 확대가 가능할 것으로 예상한다”고 밝혔다. 이번 연구는 미래창조과학부(장관, 최양희) 지원으로 KIST 기관고유연구사업과 산업부 탄소밸리 연구사업에서 지원되었으며, 연구 결과는 영국 네이처 출판 그룹(Nature publishing group: NPG)에서 주간으로 발행하는 과학전문저널인 Scientific Reports에 2016년 3월 23일자로 게재되었다. * (논문명) "Strengthened PAN-based carbon fibers obtained by slow heating rate carbonization" - (제1저자) 한국과학기술연구원 김민아 연구원 - (공동교신저자) 일본 신슈대학 Morinobu Endo 교수 - (공동교신저자) 한국과학기술연구원 전북분원 이성호 박사 <그림자료> <그림 1> 탄소구조 중앙에 질소원자가 위치하거나 layer와 layer 사이에 탄소원자가 위치하여 layer를 연결된 탄소섬유의 미세구조를 나타내고 있으며 이는 본 연구를 통하여 제시된 모식도임.

- KIST, 간단한 구조제어로 최고 수준의 제독성능을 갖는 대용량 촉매 합성법 개발 - 향후 실증화로 차세대 보호복/방독면 및 산업폐기물 처리에 적용 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 물질구조제어연구센터 백경열 박사팀은 원재료의 농도 및 산도(pH) 조절과 같은 간단한 방법을 통해 높은 효율을 보이는 나노미터 수준의 균일한 입자크기의 지르코늄(Zr) 기반의 제독 촉매를 대량으로 합성하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 현재 일반적으로 사용되고 있는 활성탄 기반의 제독제는 독성 화학물질을 흡착만 한다. 그렇기 때문에, 이 흡착된 독성 물질을 제거하는 재처리 과정에서 2차 오염 문제가 발생했다. 또한 기존의 제독촉매 소재는 복잡한 유기물을 합성하는 과정이 필요해 대량생산이 어려운 한계를 갖고 있었다. KIST 연구진은 기존 제독방법인 흡착의 한계를 넘은 직접 독성제거가 가능한 촉매 소재를 개발했다. 연구진은 금속유기물 골격체(MOF, Metal-Organic Framework) 중 가격이 저렴하고 제조방법이 간단한 ‘UiO-66’ 이라는 소재를 기반으로 약 100㎚ 입자크기의 MOF 합성에 성공했다. 새로 개발된 촉매는 기존 촉매의 1/6수준의 부피를 가지고 있어, 부피 대비 표면적이 높아 기존 소재보다 100배 이상 높은 반응효율을 기록하여 세계 최고 수준의 제독 성능을 보였다. 또한, KIST 연구진은 양자화학계산을 통해 기존의 촉매소재가 일회성 사용에 그쳤던 원인을 밝혀냈다. 이는 향후 지속 사용가능한 촉매 시스템을 개발하고, 실제 코팅소재 및 방독면 등에 응용할 수 있는 밑거름이 될 것으로 기대된다. KIST 백경열 박사는 “이번 연구를 통해 개발된 촉매소재는 화학무기의 독성을 근본적으로 제거하는 방법이다”라며, “기존의 제독제와 함께 사용하면 화학무기 또는 고위험성 화학물질로부터 보다 능동적으로 국민의 생명과 안전을 지킬 수 있을 것으로 기대한다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 국가과학기술연구회(NST) 민군융합기술 연구사업으로 수행되었으며, 연구결과는 촉매 분야의 국제 학술지인 ‘Applied Catalysis B: Environmental’ (IF : 11.698, JCR 상위 1.000%) 최신호에 온라인 게재되었다. * (논문명) Facile control of defect site density and particle size of UiO-66 for enhanced hydrolysis rates: insights into feasibility of Zr(IV)-based metal-organic framework (MOF) catalysts - (제1저자) 한국과학기술연구원 조계용 박사((현)Texas A&M University) 한국과학기술연구원 서진영 연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 백경열 책임연구원 <그림설명> (a) 가격 경쟁력을 가지면서, 쉽고 간단한 방법으로 촉매활성을 극대화시킨 MOF 나노-촉매소재의 고용량 제조방법 개발을 통하여 본 소재의 실증화 가능성 규명 (b) 양자화학계산법을 기반으로 반응 에너지의 계산을 통하여 촉매 반응 메커니즘 규명 및 해석 (c) 기존과 달리 고성능의 촉매성능을 지속할 수 있는 제독 시스템 개발과 실증화된 코팅소재, 보호의 또는 방독면 등으로의 응용개발에 있어서 새로운가능성을 이론적으로 제시

- KIST, 간단한 구조제어로 최고 수준의 제독성능을 갖는 대용량 촉매 합성법 개발 - 향후 실증화로 차세대 보호복/방독면 및 산업폐기물 처리에 적용 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 물질구조제어연구센터 백경열 박사팀은 원재료의 농도 및 산도(pH) 조절과 같은 간단한 방법을 통해 높은 효율을 보이는 나노미터 수준의 균일한 입자크기의 지르코늄(Zr) 기반의 제독 촉매를 대량으로 합성하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 현재 일반적으로 사용되고 있는 활성탄 기반의 제독제는 독성 화학물질을 흡착만 한다. 그렇기 때문에, 이 흡착된 독성 물질을 제거하는 재처리 과정에서 2차 오염 문제가 발생했다. 또한 기존의 제독촉매 소재는 복잡한 유기물을 합성하는 과정이 필요해 대량생산이 어려운 한계를 갖고 있었다. KIST 연구진은 기존 제독방법인 흡착의 한계를 넘은 직접 독성제거가 가능한 촉매 소재를 개발했다. 연구진은 금속유기물 골격체(MOF, Metal-Organic Framework) 중 가격이 저렴하고 제조방법이 간단한 ‘UiO-66’ 이라는 소재를 기반으로 약 100㎚ 입자크기의 MOF 합성에 성공했다. 새로 개발된 촉매는 기존 촉매의 1/6수준의 부피를 가지고 있어, 부피 대비 표면적이 높아 기존 소재보다 100배 이상 높은 반응효율을 기록하여 세계 최고 수준의 제독 성능을 보였다. 또한, KIST 연구진은 양자화학계산을 통해 기존의 촉매소재가 일회성 사용에 그쳤던 원인을 밝혀냈다. 이는 향후 지속 사용가능한 촉매 시스템을 개발하고, 실제 코팅소재 및 방독면 등에 응용할 수 있는 밑거름이 될 것으로 기대된다. KIST 백경열 박사는 “이번 연구를 통해 개발된 촉매소재는 화학무기의 독성을 근본적으로 제거하는 방법이다”라며, “기존의 제독제와 함께 사용하면 화학무기 또는 고위험성 화학물질로부터 보다 능동적으로 국민의 생명과 안전을 지킬 수 있을 것으로 기대한다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 국가과학기술연구회(NST) 민군융합기술 연구사업으로 수행되었으며, 연구결과는 촉매 분야의 국제 학술지인 ‘Applied Catalysis B: Environmental’ (IF : 11.698, JCR 상위 1.000%) 최신호에 온라인 게재되었다. * (논문명) Facile control of defect site density and particle size of UiO-66 for enhanced hydrolysis rates: insights into feasibility of Zr(IV)-based metal-organic framework (MOF) catalysts - (제1저자) 한국과학기술연구원 조계용 박사((현)Texas A&M University) 한국과학기술연구원 서진영 연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 백경열 책임연구원 <그림설명> (a) 가격 경쟁력을 가지면서, 쉽고 간단한 방법으로 촉매활성을 극대화시킨 MOF 나노-촉매소재의 고용량 제조방법 개발을 통하여 본 소재의 실증화 가능성 규명 (b) 양자화학계산법을 기반으로 반응 에너지의 계산을 통하여 촉매 반응 메커니즘 규명 및 해석 (c) 기존과 달리 고성능의 촉매성능을 지속할 수 있는 제독 시스템 개발과 실증화된 코팅소재, 보호의 또는 방독면 등으로의 응용개발에 있어서 새로운가능성을 이론적으로 제시