Atomic Mosaic Materials Development Based on BN sp
2 hybridized chemical bonds
- 연구책임자 : □ 연구개요 본 연구는 보론 나이트라이드 나노튜브(BNNT)의 sp2 하이브리드 결합 구조를 기반으로 하여, 중성자·감마선·하전입자 등 다양한 방사선을 동시에 차폐할 수 있는 원자 모자이크 구조의 차세대 방사선 차폐 소재를 개발하는 것을 목표로 함. 이를 위해 금속 도핑, B-10 동위원소 치환, 수소화(filling/hydrogenation) 등의 원자·분자 수준의 조작기술을 적용하여 금속-BNNT 하이브리드 복합소재를 합성하고, 레이저 어블레이션, 플라즈마, 용매열 등 다양한 공정기술을 통해 소재 특성을 제어함. 또한, 합성된 소재의 기계적 물성 및 방사선 차폐 성능을 실험을 통해 정량적으로 평가함으로써, 고성능·경량·다차폐 복합소재로의 응용 가능성을 검증하고자 함. □ 연구 목표대비 연구결과 중성자 및 감마선을 동시에 차폐할 수 있는 차세대 경량 방사선 차폐 복합소재 개발을 목표로, 1차년도에는 레이저 어블레이션과 플라즈마 기반 기술을 활용하여 금속 도핑 BNNT 및 원자 모자이크 구조체의 합성 기반을 구축하였고, 2차년도에는 금속 filling을 통해 방사선 차폐 능을 향상시킨 metal-filled BNNT의 제작을 달성하였음. 3차년도에는 WO3 나노입자와 BNNT를 습식 합성으로 결합하여 복합 구조체를 제조하고, 4차년도에는 이를 기반으로 표면 코팅 및 내부 충진이 가능한 복합소재를 설계하여 에폭시 수지와 결합한 실질적 차폐용 중간재를 확보하였음. 마지막 5차년도에는 CNT 매트에 BN을 CVD 방식으로 증착하여 인장강도를 개선하는 동시에 복합재 내에 적용하여 기계적 안정성과 방사선 차폐 기능을 동시에 만족하는 구조체를 구현하였으며, 전주기적 실험 및 정량 평가를 통해 복합재의 실용 가능성을 입증하였음. 1차년도 : 목표 - 이종원소 비율 5 atom%, 연구결과 – 16 atom% 2차년도 : 목표 – 이종원소 비율 10 atom%, 연구결과 – 18 atom% 3차년도 : 목표 - 이종원소 비율 15 atom%, 연구결과 – 22.5 atom% 4차년도 : 목표 - 이종원소 비율 20 atom%, 연구결과 – 22.5 atom% 5차년도 : 목표 – 중간재 인장강도 50 Mpa, 연구결과 – 111 MPa 목표 – 중간재 중성자 흡수계수 기지대비 200% 이상, 연구결과 – 414% 목표 – 중간재 감마선 흡수계수 기지대비 200% 이상, 연구결과 – 262% □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) BNNT 기반 모자이크 소재 개발을 통해 방사선 차폐 소재의 원천기술 확보가 가능하여 기존 방호복의 고중량, 유연성 한계, 단일 방사선 차폐의 한계를 보론 및 금속 원자의 원자수준 복합화, 나노화, 섬유화로 극복하여 가볍고, 유연하고, 다차폐 가능한 방호복 및 차폐막 소재로의 패러다임 전환이 기대되며 개인 방호복 개발 및 보급을 통해 설비, 구조물 등에 의한 수동적 방호에서 개인의 능동적 방호로 즉 개인의 방호 주권 부여가 가능. (출처 : 연구결과 요약문 2p)
- 주관연구기관 : 가천대학교
- 발행년도 : 20250300
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