스프링클러 동배관 누수 문제를 해결하다 - 스프링클러 동배관 누수의 원인 규명하여 차단기술 개발 - 저비용으로 입주자 불편 해소와 안전확보 가능할 것으로 전망 한국토지주택공사(LH공사)와 에스에이치공사(SH공사)가 2009년에서 2013년 사이에 공급한 아파트들의 스프링클러 동배관에서 소화용수 누수가 다수 발생하여 주민들의 심각한 민원이 되고 있으며, 관련한 내용들이 주요 방송국의 메인 뉴스에 보도된 바 있다. 이에 따라 스프링클러 동배관 누수는 입주자들의 불편 해소와 안전 확보를 위해 시급히 해결해야 할 사회적 문제로 대두되고 있다. ● LH공사 공급 아파트 관련: KBS TV 9뉴스(2013.7.12.), JTBC 뉴스(2014.11.24.) ● SH공사 공급 아파트 관련: JTBC 뉴스(2015.6.24) ● 스프링클러 누수 원인 관련: KBS1 똑똑한 소비자리포트 111회(2015.7.17.) 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전자재료연구단 서상희 박사와 한국과학기술원(KAIST, 총장 강성모) 신소재공학과 권혁상 교수는 지난 수 년간 우리나라에서 발생한 스프링클러 동배관의 누수 발생의 원인과 누수방지기술을 연구하였고, 연구 결과는 관련 국제적 저명 저널인 Engineering Failure Analysis 최근 호 (Analysis of pitting corrosion failure of copper tubes in an apartment fire sprinkler system: 아파트 스프링클러 동배관의 공식 손상 분석, 2016년 vol. 64, pp 111-125)에 실린 바 있다. 연구 결과에 따르면 해당 아파트들의 스프링클러 장치를 작동시킬 때 동배관 내에 고압의 소화용수를 채우게 되는데, 이 때 동배관에 남아 있는 공기를 완전히 제거하지 않고 소화용수를 채우면 압축된 공기는 동배관 내에서 산소농도차 전지 현상을 일으켜 공식(pitting corrosion)이라는 국부적인 부식을 가속화하게 되며, 결국 배관에 작은 구멍이 생겨 누수가 발생하는 것으로 확인되었다. 스프링클러 배관의 누수를 방지하기 위해서는 부식이 발생하지 않는 고강도 PVC로 배관을 교체하던가 또는 스프링클러 배관의 부식이 더 이상 진행되지 않는 방안을 찾아야만 한다. 본 연구진은 입주민들에 불편을 주고 막대한 비용이 들어가는 배관 교체 대신에 스프링클러 동배관의 누수 문제를 간단히 해결할 수 있는 기술을 개발하여 2015년도에 특허로 출원하였으며 2016년 4월 27일에 등록이 완료 되었다. (발명의 명칭: 금속 배관의 부식을 방지할 수 있는 습식 스프링클러 장치,” 특허등록번호: 10-2015-0020210) 등록된 특허기술은 질소가스 충진과 진공배기충수장치에 의해서 동배관 내의 공기를 완전히 제거한 후에 소화용수를 채워 넣는 기술로서 이미 부식이 진행되고 있는 동배관의 부식을 늦출 수 있으며, 특히 새로 스프링클러를 설치할 때 부식방지에 유효한 기술이다. 이미 상당 수준으로 부식이 진행되고 있는 동배관의 누수를 방지하기 위해서는 동배관내의 공기를 제거하는 것에 더해서 배관에 채우는 소화용수의 용존산소농도를 0.1 ppm 이하로 낮출 필요가 있다. 소화용수의 용존산소농도를 줄이는 것은 산소제거 약품을 투입하여 소화용수의 용존 산소농도를 줄여 실제로 스프링클러 시스템에 적용하는 기술을 2015년 9월에 특허 출원을 한 바 있다. 이 기술을 이미 부식이 발생한 10개의 동배관에 적용한 결과, 3개월 간 누수가 전혀 발생하지 않는 것을 확인하였다. 현재 스프링클러 누수문제로 큰 고통을 받고 있는 입주민들과 안전문제, 그리고 피해 배상 및 보수문제로 곤란을 겪고 있는 아파트 공급사의 문제를 해결할 것으로 전망하고 있다. <그림자료> 그림 1. 동 배관에 소화용수를 넣는 과정에서 발생하는 가압 공기층 그림 2. 가압 공기층에 의해 발생한 스프링클러 동 배관 내에 국부적 부식(pitting corrosion)의 모습 그림 3. 스프링클러 동배관 내에 존재하는 가압 공기층에 의한 국부적 부식(pitting corrosion) 형성 메카니즘 그림 4. 누수를 발생시킨 스프링클러 동배관의 국부부식 부위의 전자현미경 사진 (누수가 발생한 통로를 볼 수 있음) 그림 5. 질소 충진과 진공배기에 의해 배관내의 공기를 완전히 제거한 모습 (상부의 방울들은 수증기 방울이며, 시현을 위해 동배관 대신에 아크릴 관을 사용하였음.) 그림 6. 물탱크에 담긴 소화용수를 동배관에 넣기 직전에 산소제거 약품을 투입하여 의해 용존산소농도를 0.1 ppm 으로 낮춘 모습 그림 7. 이미 부식이 여러 개 발생한 스프링클러 동배관을 대상으로 부식 방지 실험을 하는 모습 (배관 내의 공기를 없애고 소화용수 중의 용존산소농도를 0.1 ppm 이하를 낮춤으로 해서 누수가 전혀 발생하지 않고 있음) 그림 8. 스프링클러 동배관 내의 공기를 제거한 후, 용존산소농도를 낮춘 소화용수를 배관에 넣는 모습

스프링클러 동배관 누수 문제를 해결하다 - 스프링클러 동배관 누수의 원인 규명하여 차단기술 개발 - 저비용으로 입주자 불편 해소와 안전확보 가능할 것으로 전망 한국토지주택공사(LH공사)와 에스에이치공사(SH공사)가 2009년에서 2013년 사이에 공급한 아파트들의 스프링클러 동배관에서 소화용수 누수가 다수 발생하여 주민들의 심각한 민원이 되고 있으며, 관련한 내용들이 주요 방송국의 메인 뉴스에 보도된 바 있다. 이에 따라 스프링클러 동배관 누수는 입주자들의 불편 해소와 안전 확보를 위해 시급히 해결해야 할 사회적 문제로 대두되고 있다. ● LH공사 공급 아파트 관련: KBS TV 9뉴스(2013.7.12.), JTBC 뉴스(2014.11.24.) ● SH공사 공급 아파트 관련: JTBC 뉴스(2015.6.24) ● 스프링클러 누수 원인 관련: KBS1 똑똑한 소비자리포트 111회(2015.7.17.) 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전자재료연구단 서상희 박사와 한국과학기술원(KAIST, 총장 강성모) 신소재공학과 권혁상 교수는 지난 수 년간 우리나라에서 발생한 스프링클러 동배관의 누수 발생의 원인과 누수방지기술을 연구하였고, 연구 결과는 관련 국제적 저명 저널인 Engineering Failure Analysis 최근 호 (Analysis of pitting corrosion failure of copper tubes in an apartment fire sprinkler system: 아파트 스프링클러 동배관의 공식 손상 분석, 2016년 vol. 64, pp 111-125)에 실린 바 있다. 연구 결과에 따르면 해당 아파트들의 스프링클러 장치를 작동시킬 때 동배관 내에 고압의 소화용수를 채우게 되는데, 이 때 동배관에 남아 있는 공기를 완전히 제거하지 않고 소화용수를 채우면 압축된 공기는 동배관 내에서 산소농도차 전지 현상을 일으켜 공식(pitting corrosion)이라는 국부적인 부식을 가속화하게 되며, 결국 배관에 작은 구멍이 생겨 누수가 발생하는 것으로 확인되었다. 스프링클러 배관의 누수를 방지하기 위해서는 부식이 발생하지 않는 고강도 PVC로 배관을 교체하던가 또는 스프링클러 배관의 부식이 더 이상 진행되지 않는 방안을 찾아야만 한다. 본 연구진은 입주민들에 불편을 주고 막대한 비용이 들어가는 배관 교체 대신에 스프링클러 동배관의 누수 문제를 간단히 해결할 수 있는 기술을 개발하여 2015년도에 특허로 출원하였으며 2016년 4월 27일에 등록이 완료 되었다. (발명의 명칭: 금속 배관의 부식을 방지할 수 있는 습식 스프링클러 장치,” 특허등록번호: 10-2015-0020210) 등록된 특허기술은 질소가스 충진과 진공배기충수장치에 의해서 동배관 내의 공기를 완전히 제거한 후에 소화용수를 채워 넣는 기술로서 이미 부식이 진행되고 있는 동배관의 부식을 늦출 수 있으며, 특히 새로 스프링클러를 설치할 때 부식방지에 유효한 기술이다. 이미 상당 수준으로 부식이 진행되고 있는 동배관의 누수를 방지하기 위해서는 동배관내의 공기를 제거하는 것에 더해서 배관에 채우는 소화용수의 용존산소농도를 0.1 ppm 이하로 낮출 필요가 있다. 소화용수의 용존산소농도를 줄이는 것은 산소제거 약품을 투입하여 소화용수의 용존 산소농도를 줄여 실제로 스프링클러 시스템에 적용하는 기술을 2015년 9월에 특허 출원을 한 바 있다. 이 기술을 이미 부식이 발생한 10개의 동배관에 적용한 결과, 3개월 간 누수가 전혀 발생하지 않는 것을 확인하였다. 현재 스프링클러 누수문제로 큰 고통을 받고 있는 입주민들과 안전문제, 그리고 피해 배상 및 보수문제로 곤란을 겪고 있는 아파트 공급사의 문제를 해결할 것으로 전망하고 있다. <그림자료> 그림 1. 동 배관에 소화용수를 넣는 과정에서 발생하는 가압 공기층 그림 2. 가압 공기층에 의해 발생한 스프링클러 동 배관 내에 국부적 부식(pitting corrosion)의 모습 그림 3. 스프링클러 동배관 내에 존재하는 가압 공기층에 의한 국부적 부식(pitting corrosion) 형성 메카니즘 그림 4. 누수를 발생시킨 스프링클러 동배관의 국부부식 부위의 전자현미경 사진 (누수가 발생한 통로를 볼 수 있음) 그림 5. 질소 충진과 진공배기에 의해 배관내의 공기를 완전히 제거한 모습 (상부의 방울들은 수증기 방울이며, 시현을 위해 동배관 대신에 아크릴 관을 사용하였음.) 그림 6. 물탱크에 담긴 소화용수를 동배관에 넣기 직전에 산소제거 약품을 투입하여 의해 용존산소농도를 0.1 ppm 으로 낮춘 모습 그림 7. 이미 부식이 여러 개 발생한 스프링클러 동배관을 대상으로 부식 방지 실험을 하는 모습 (배관 내의 공기를 없애고 소화용수 중의 용존산소농도를 0.1 ppm 이하를 낮춤으로 해서 누수가 전혀 발생하지 않고 있음) 그림 8. 스프링클러 동배관 내의 공기를 제거한 후, 용존산소농도를 낮춘 소화용수를 배관에 넣는 모습

스프링클러 동배관 누수 문제를 해결하다 - 스프링클러 동배관 누수의 원인 규명하여 차단기술 개발 - 저비용으로 입주자 불편 해소와 안전확보 가능할 것으로 전망 한국토지주택공사(LH공사)와 에스에이치공사(SH공사)가 2009년에서 2013년 사이에 공급한 아파트들의 스프링클러 동배관에서 소화용수 누수가 다수 발생하여 주민들의 심각한 민원이 되고 있으며, 관련한 내용들이 주요 방송국의 메인 뉴스에 보도된 바 있다. 이에 따라 스프링클러 동배관 누수는 입주자들의 불편 해소와 안전 확보를 위해 시급히 해결해야 할 사회적 문제로 대두되고 있다. ● LH공사 공급 아파트 관련: KBS TV 9뉴스(2013.7.12.), JTBC 뉴스(2014.11.24.) ● SH공사 공급 아파트 관련: JTBC 뉴스(2015.6.24) ● 스프링클러 누수 원인 관련: KBS1 똑똑한 소비자리포트 111회(2015.7.17.) 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전자재료연구단 서상희 박사와 한국과학기술원(KAIST, 총장 강성모) 신소재공학과 권혁상 교수는 지난 수 년간 우리나라에서 발생한 스프링클러 동배관의 누수 발생의 원인과 누수방지기술을 연구하였고, 연구 결과는 관련 국제적 저명 저널인 Engineering Failure Analysis 최근 호 (Analysis of pitting corrosion failure of copper tubes in an apartment fire sprinkler system: 아파트 스프링클러 동배관의 공식 손상 분석, 2016년 vol. 64, pp 111-125)에 실린 바 있다. 연구 결과에 따르면 해당 아파트들의 스프링클러 장치를 작동시킬 때 동배관 내에 고압의 소화용수를 채우게 되는데, 이 때 동배관에 남아 있는 공기를 완전히 제거하지 않고 소화용수를 채우면 압축된 공기는 동배관 내에서 산소농도차 전지 현상을 일으켜 공식(pitting corrosion)이라는 국부적인 부식을 가속화하게 되며, 결국 배관에 작은 구멍이 생겨 누수가 발생하는 것으로 확인되었다. 스프링클러 배관의 누수를 방지하기 위해서는 부식이 발생하지 않는 고강도 PVC로 배관을 교체하던가 또는 스프링클러 배관의 부식이 더 이상 진행되지 않는 방안을 찾아야만 한다. 본 연구진은 입주민들에 불편을 주고 막대한 비용이 들어가는 배관 교체 대신에 스프링클러 동배관의 누수 문제를 간단히 해결할 수 있는 기술을 개발하여 2015년도에 특허로 출원하였으며 2016년 4월 27일에 등록이 완료 되었다. (발명의 명칭: 금속 배관의 부식을 방지할 수 있는 습식 스프링클러 장치,” 특허등록번호: 10-2015-0020210) 등록된 특허기술은 질소가스 충진과 진공배기충수장치에 의해서 동배관 내의 공기를 완전히 제거한 후에 소화용수를 채워 넣는 기술로서 이미 부식이 진행되고 있는 동배관의 부식을 늦출 수 있으며, 특히 새로 스프링클러를 설치할 때 부식방지에 유효한 기술이다. 이미 상당 수준으로 부식이 진행되고 있는 동배관의 누수를 방지하기 위해서는 동배관내의 공기를 제거하는 것에 더해서 배관에 채우는 소화용수의 용존산소농도를 0.1 ppm 이하로 낮출 필요가 있다. 소화용수의 용존산소농도를 줄이는 것은 산소제거 약품을 투입하여 소화용수의 용존 산소농도를 줄여 실제로 스프링클러 시스템에 적용하는 기술을 2015년 9월에 특허 출원을 한 바 있다. 이 기술을 이미 부식이 발생한 10개의 동배관에 적용한 결과, 3개월 간 누수가 전혀 발생하지 않는 것을 확인하였다. 현재 스프링클러 누수문제로 큰 고통을 받고 있는 입주민들과 안전문제, 그리고 피해 배상 및 보수문제로 곤란을 겪고 있는 아파트 공급사의 문제를 해결할 것으로 전망하고 있다. <그림자료> 그림 1. 동 배관에 소화용수를 넣는 과정에서 발생하는 가압 공기층 그림 2. 가압 공기층에 의해 발생한 스프링클러 동 배관 내에 국부적 부식(pitting corrosion)의 모습 그림 3. 스프링클러 동배관 내에 존재하는 가압 공기층에 의한 국부적 부식(pitting corrosion) 형성 메카니즘 그림 4. 누수를 발생시킨 스프링클러 동배관의 국부부식 부위의 전자현미경 사진 (누수가 발생한 통로를 볼 수 있음) 그림 5. 질소 충진과 진공배기에 의해 배관내의 공기를 완전히 제거한 모습 (상부의 방울들은 수증기 방울이며, 시현을 위해 동배관 대신에 아크릴 관을 사용하였음.) 그림 6. 물탱크에 담긴 소화용수를 동배관에 넣기 직전에 산소제거 약품을 투입하여 의해 용존산소농도를 0.1 ppm 으로 낮춘 모습 그림 7. 이미 부식이 여러 개 발생한 스프링클러 동배관을 대상으로 부식 방지 실험을 하는 모습 (배관 내의 공기를 없애고 소화용수 중의 용존산소농도를 0.1 ppm 이하를 낮춤으로 해서 누수가 전혀 발생하지 않고 있음) 그림 8. 스프링클러 동배관 내의 공기를 제거한 후, 용존산소농도를 낮춘 소화용수를 배관에 넣는 모습

스프링클러 동배관 누수 문제를 해결하다 - 스프링클러 동배관 누수의 원인 규명하여 차단기술 개발 - 저비용으로 입주자 불편 해소와 안전확보 가능할 것으로 전망 한국토지주택공사(LH공사)와 에스에이치공사(SH공사)가 2009년에서 2013년 사이에 공급한 아파트들의 스프링클러 동배관에서 소화용수 누수가 다수 발생하여 주민들의 심각한 민원이 되고 있으며, 관련한 내용들이 주요 방송국의 메인 뉴스에 보도된 바 있다. 이에 따라 스프링클러 동배관 누수는 입주자들의 불편 해소와 안전 확보를 위해 시급히 해결해야 할 사회적 문제로 대두되고 있다. ● LH공사 공급 아파트 관련: KBS TV 9뉴스(2013.7.12.), JTBC 뉴스(2014.11.24.) ● SH공사 공급 아파트 관련: JTBC 뉴스(2015.6.24) ● 스프링클러 누수 원인 관련: KBS1 똑똑한 소비자리포트 111회(2015.7.17.) 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전자재료연구단 서상희 박사와 한국과학기술원(KAIST, 총장 강성모) 신소재공학과 권혁상 교수는 지난 수 년간 우리나라에서 발생한 스프링클러 동배관의 누수 발생의 원인과 누수방지기술을 연구하였고, 연구 결과는 관련 국제적 저명 저널인 Engineering Failure Analysis 최근 호 (Analysis of pitting corrosion failure of copper tubes in an apartment fire sprinkler system: 아파트 스프링클러 동배관의 공식 손상 분석, 2016년 vol. 64, pp 111-125)에 실린 바 있다. 연구 결과에 따르면 해당 아파트들의 스프링클러 장치를 작동시킬 때 동배관 내에 고압의 소화용수를 채우게 되는데, 이 때 동배관에 남아 있는 공기를 완전히 제거하지 않고 소화용수를 채우면 압축된 공기는 동배관 내에서 산소농도차 전지 현상을 일으켜 공식(pitting corrosion)이라는 국부적인 부식을 가속화하게 되며, 결국 배관에 작은 구멍이 생겨 누수가 발생하는 것으로 확인되었다. 스프링클러 배관의 누수를 방지하기 위해서는 부식이 발생하지 않는 고강도 PVC로 배관을 교체하던가 또는 스프링클러 배관의 부식이 더 이상 진행되지 않는 방안을 찾아야만 한다. 본 연구진은 입주민들에 불편을 주고 막대한 비용이 들어가는 배관 교체 대신에 스프링클러 동배관의 누수 문제를 간단히 해결할 수 있는 기술을 개발하여 2015년도에 특허로 출원하였으며 2016년 4월 27일에 등록이 완료 되었다. (발명의 명칭: 금속 배관의 부식을 방지할 수 있는 습식 스프링클러 장치,” 특허등록번호: 10-2015-0020210) 등록된 특허기술은 질소가스 충진과 진공배기충수장치에 의해서 동배관 내의 공기를 완전히 제거한 후에 소화용수를 채워 넣는 기술로서 이미 부식이 진행되고 있는 동배관의 부식을 늦출 수 있으며, 특히 새로 스프링클러를 설치할 때 부식방지에 유효한 기술이다. 이미 상당 수준으로 부식이 진행되고 있는 동배관의 누수를 방지하기 위해서는 동배관내의 공기를 제거하는 것에 더해서 배관에 채우는 소화용수의 용존산소농도를 0.1 ppm 이하로 낮출 필요가 있다. 소화용수의 용존산소농도를 줄이는 것은 산소제거 약품을 투입하여 소화용수의 용존 산소농도를 줄여 실제로 스프링클러 시스템에 적용하는 기술을 2015년 9월에 특허 출원을 한 바 있다. 이 기술을 이미 부식이 발생한 10개의 동배관에 적용한 결과, 3개월 간 누수가 전혀 발생하지 않는 것을 확인하였다. 현재 스프링클러 누수문제로 큰 고통을 받고 있는 입주민들과 안전문제, 그리고 피해 배상 및 보수문제로 곤란을 겪고 있는 아파트 공급사의 문제를 해결할 것으로 전망하고 있다. <그림자료> 그림 1. 동 배관에 소화용수를 넣는 과정에서 발생하는 가압 공기층 그림 2. 가압 공기층에 의해 발생한 스프링클러 동 배관 내에 국부적 부식(pitting corrosion)의 모습 그림 3. 스프링클러 동배관 내에 존재하는 가압 공기층에 의한 국부적 부식(pitting corrosion) 형성 메카니즘 그림 4. 누수를 발생시킨 스프링클러 동배관의 국부부식 부위의 전자현미경 사진 (누수가 발생한 통로를 볼 수 있음) 그림 5. 질소 충진과 진공배기에 의해 배관내의 공기를 완전히 제거한 모습 (상부의 방울들은 수증기 방울이며, 시현을 위해 동배관 대신에 아크릴 관을 사용하였음.) 그림 6. 물탱크에 담긴 소화용수를 동배관에 넣기 직전에 산소제거 약품을 투입하여 의해 용존산소농도를 0.1 ppm 으로 낮춘 모습 그림 7. 이미 부식이 여러 개 발생한 스프링클러 동배관을 대상으로 부식 방지 실험을 하는 모습 (배관 내의 공기를 없애고 소화용수 중의 용존산소농도를 0.1 ppm 이하를 낮춤으로 해서 누수가 전혀 발생하지 않고 있음) 그림 8. 스프링클러 동배관 내의 공기를 제거한 후, 용존산소농도를 낮춘 소화용수를 배관에 넣는 모습

스프링클러 동배관 누수 문제를 해결하다 - 스프링클러 동배관 누수의 원인 규명하여 차단기술 개발 - 저비용으로 입주자 불편 해소와 안전확보 가능할 것으로 전망 한국토지주택공사(LH공사)와 에스에이치공사(SH공사)가 2009년에서 2013년 사이에 공급한 아파트들의 스프링클러 동배관에서 소화용수 누수가 다수 발생하여 주민들의 심각한 민원이 되고 있으며, 관련한 내용들이 주요 방송국의 메인 뉴스에 보도된 바 있다. 이에 따라 스프링클러 동배관 누수는 입주자들의 불편 해소와 안전 확보를 위해 시급히 해결해야 할 사회적 문제로 대두되고 있다. ● LH공사 공급 아파트 관련: KBS TV 9뉴스(2013.7.12.), JTBC 뉴스(2014.11.24.) ● SH공사 공급 아파트 관련: JTBC 뉴스(2015.6.24) ● 스프링클러 누수 원인 관련: KBS1 똑똑한 소비자리포트 111회(2015.7.17.) 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전자재료연구단 서상희 박사와 한국과학기술원(KAIST, 총장 강성모) 신소재공학과 권혁상 교수는 지난 수 년간 우리나라에서 발생한 스프링클러 동배관의 누수 발생의 원인과 누수방지기술을 연구하였고, 연구 결과는 관련 국제적 저명 저널인 Engineering Failure Analysis 최근 호 (Analysis of pitting corrosion failure of copper tubes in an apartment fire sprinkler system: 아파트 스프링클러 동배관의 공식 손상 분석, 2016년 vol. 64, pp 111-125)에 실린 바 있다. 연구 결과에 따르면 해당 아파트들의 스프링클러 장치를 작동시킬 때 동배관 내에 고압의 소화용수를 채우게 되는데, 이 때 동배관에 남아 있는 공기를 완전히 제거하지 않고 소화용수를 채우면 압축된 공기는 동배관 내에서 산소농도차 전지 현상을 일으켜 공식(pitting corrosion)이라는 국부적인 부식을 가속화하게 되며, 결국 배관에 작은 구멍이 생겨 누수가 발생하는 것으로 확인되었다. 스프링클러 배관의 누수를 방지하기 위해서는 부식이 발생하지 않는 고강도 PVC로 배관을 교체하던가 또는 스프링클러 배관의 부식이 더 이상 진행되지 않는 방안을 찾아야만 한다. 본 연구진은 입주민들에 불편을 주고 막대한 비용이 들어가는 배관 교체 대신에 스프링클러 동배관의 누수 문제를 간단히 해결할 수 있는 기술을 개발하여 2015년도에 특허로 출원하였으며 2016년 4월 27일에 등록이 완료 되었다. (발명의 명칭: 금속 배관의 부식을 방지할 수 있는 습식 스프링클러 장치,” 특허등록번호: 10-2015-0020210) 등록된 특허기술은 질소가스 충진과 진공배기충수장치에 의해서 동배관 내의 공기를 완전히 제거한 후에 소화용수를 채워 넣는 기술로서 이미 부식이 진행되고 있는 동배관의 부식을 늦출 수 있으며, 특히 새로 스프링클러를 설치할 때 부식방지에 유효한 기술이다. 이미 상당 수준으로 부식이 진행되고 있는 동배관의 누수를 방지하기 위해서는 동배관내의 공기를 제거하는 것에 더해서 배관에 채우는 소화용수의 용존산소농도를 0.1 ppm 이하로 낮출 필요가 있다. 소화용수의 용존산소농도를 줄이는 것은 산소제거 약품을 투입하여 소화용수의 용존 산소농도를 줄여 실제로 스프링클러 시스템에 적용하는 기술을 2015년 9월에 특허 출원을 한 바 있다. 이 기술을 이미 부식이 발생한 10개의 동배관에 적용한 결과, 3개월 간 누수가 전혀 발생하지 않는 것을 확인하였다. 현재 스프링클러 누수문제로 큰 고통을 받고 있는 입주민들과 안전문제, 그리고 피해 배상 및 보수문제로 곤란을 겪고 있는 아파트 공급사의 문제를 해결할 것으로 전망하고 있다. <그림자료> 그림 1. 동 배관에 소화용수를 넣는 과정에서 발생하는 가압 공기층 그림 2. 가압 공기층에 의해 발생한 스프링클러 동 배관 내에 국부적 부식(pitting corrosion)의 모습 그림 3. 스프링클러 동배관 내에 존재하는 가압 공기층에 의한 국부적 부식(pitting corrosion) 형성 메카니즘 그림 4. 누수를 발생시킨 스프링클러 동배관의 국부부식 부위의 전자현미경 사진 (누수가 발생한 통로를 볼 수 있음) 그림 5. 질소 충진과 진공배기에 의해 배관내의 공기를 완전히 제거한 모습 (상부의 방울들은 수증기 방울이며, 시현을 위해 동배관 대신에 아크릴 관을 사용하였음.) 그림 6. 물탱크에 담긴 소화용수를 동배관에 넣기 직전에 산소제거 약품을 투입하여 의해 용존산소농도를 0.1 ppm 으로 낮춘 모습 그림 7. 이미 부식이 여러 개 발생한 스프링클러 동배관을 대상으로 부식 방지 실험을 하는 모습 (배관 내의 공기를 없애고 소화용수 중의 용존산소농도를 0.1 ppm 이하를 낮춤으로 해서 누수가 전혀 발생하지 않고 있음) 그림 8. 스프링클러 동배관 내의 공기를 제거한 후, 용존산소농도를 낮춘 소화용수를 배관에 넣는 모습

스프링클러 동배관 누수 문제를 해결하다 - 스프링클러 동배관 누수의 원인 규명하여 차단기술 개발 - 저비용으로 입주자 불편 해소와 안전확보 가능할 것으로 전망 한국토지주택공사(LH공사)와 에스에이치공사(SH공사)가 2009년에서 2013년 사이에 공급한 아파트들의 스프링클러 동배관에서 소화용수 누수가 다수 발생하여 주민들의 심각한 민원이 되고 있으며, 관련한 내용들이 주요 방송국의 메인 뉴스에 보도된 바 있다. 이에 따라 스프링클러 동배관 누수는 입주자들의 불편 해소와 안전 확보를 위해 시급히 해결해야 할 사회적 문제로 대두되고 있다. ● LH공사 공급 아파트 관련: KBS TV 9뉴스(2013.7.12.), JTBC 뉴스(2014.11.24.) ● SH공사 공급 아파트 관련: JTBC 뉴스(2015.6.24) ● 스프링클러 누수 원인 관련: KBS1 똑똑한 소비자리포트 111회(2015.7.17.) 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전자재료연구단 서상희 박사와 한국과학기술원(KAIST, 총장 강성모) 신소재공학과 권혁상 교수는 지난 수 년간 우리나라에서 발생한 스프링클러 동배관의 누수 발생의 원인과 누수방지기술을 연구하였고, 연구 결과는 관련 국제적 저명 저널인 Engineering Failure Analysis 최근 호 (Analysis of pitting corrosion failure of copper tubes in an apartment fire sprinkler system: 아파트 스프링클러 동배관의 공식 손상 분석, 2016년 vol. 64, pp 111-125)에 실린 바 있다. 연구 결과에 따르면 해당 아파트들의 스프링클러 장치를 작동시킬 때 동배관 내에 고압의 소화용수를 채우게 되는데, 이 때 동배관에 남아 있는 공기를 완전히 제거하지 않고 소화용수를 채우면 압축된 공기는 동배관 내에서 산소농도차 전지 현상을 일으켜 공식(pitting corrosion)이라는 국부적인 부식을 가속화하게 되며, 결국 배관에 작은 구멍이 생겨 누수가 발생하는 것으로 확인되었다. 스프링클러 배관의 누수를 방지하기 위해서는 부식이 발생하지 않는 고강도 PVC로 배관을 교체하던가 또는 스프링클러 배관의 부식이 더 이상 진행되지 않는 방안을 찾아야만 한다. 본 연구진은 입주민들에 불편을 주고 막대한 비용이 들어가는 배관 교체 대신에 스프링클러 동배관의 누수 문제를 간단히 해결할 수 있는 기술을 개발하여 2015년도에 특허로 출원하였으며 2016년 4월 27일에 등록이 완료 되었다. (발명의 명칭: 금속 배관의 부식을 방지할 수 있는 습식 스프링클러 장치,” 특허등록번호: 10-2015-0020210) 등록된 특허기술은 질소가스 충진과 진공배기충수장치에 의해서 동배관 내의 공기를 완전히 제거한 후에 소화용수를 채워 넣는 기술로서 이미 부식이 진행되고 있는 동배관의 부식을 늦출 수 있으며, 특히 새로 스프링클러를 설치할 때 부식방지에 유효한 기술이다. 이미 상당 수준으로 부식이 진행되고 있는 동배관의 누수를 방지하기 위해서는 동배관내의 공기를 제거하는 것에 더해서 배관에 채우는 소화용수의 용존산소농도를 0.1 ppm 이하로 낮출 필요가 있다. 소화용수의 용존산소농도를 줄이는 것은 산소제거 약품을 투입하여 소화용수의 용존 산소농도를 줄여 실제로 스프링클러 시스템에 적용하는 기술을 2015년 9월에 특허 출원을 한 바 있다. 이 기술을 이미 부식이 발생한 10개의 동배관에 적용한 결과, 3개월 간 누수가 전혀 발생하지 않는 것을 확인하였다. 현재 스프링클러 누수문제로 큰 고통을 받고 있는 입주민들과 안전문제, 그리고 피해 배상 및 보수문제로 곤란을 겪고 있는 아파트 공급사의 문제를 해결할 것으로 전망하고 있다. <그림자료> 그림 1. 동 배관에 소화용수를 넣는 과정에서 발생하는 가압 공기층 그림 2. 가압 공기층에 의해 발생한 스프링클러 동 배관 내에 국부적 부식(pitting corrosion)의 모습 그림 3. 스프링클러 동배관 내에 존재하는 가압 공기층에 의한 국부적 부식(pitting corrosion) 형성 메카니즘 그림 4. 누수를 발생시킨 스프링클러 동배관의 국부부식 부위의 전자현미경 사진 (누수가 발생한 통로를 볼 수 있음) 그림 5. 질소 충진과 진공배기에 의해 배관내의 공기를 완전히 제거한 모습 (상부의 방울들은 수증기 방울이며, 시현을 위해 동배관 대신에 아크릴 관을 사용하였음.) 그림 6. 물탱크에 담긴 소화용수를 동배관에 넣기 직전에 산소제거 약품을 투입하여 의해 용존산소농도를 0.1 ppm 으로 낮춘 모습 그림 7. 이미 부식이 여러 개 발생한 스프링클러 동배관을 대상으로 부식 방지 실험을 하는 모습 (배관 내의 공기를 없애고 소화용수 중의 용존산소농도를 0.1 ppm 이하를 낮춤으로 해서 누수가 전혀 발생하지 않고 있음) 그림 8. 스프링클러 동배관 내의 공기를 제거한 후, 용존산소농도를 낮춘 소화용수를 배관에 넣는 모습

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.