• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2017.05a
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• pp.87.2-87.2
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• 2017

폴리머 필름에 표면처리 및 코팅, 필름의 다층화, 원료 소재의 하이브리드화 등을 통해서 기능성을 부여한 기능성 고분자 필름은 디스플레이, 반도체, 자동차, 에너지, 포장재 등 다양한 분야에 응용되고 있다. 기능성 고분자 필름의 산업화를 위해 대면적 연속 공정기술 개발이 필요하며, 본 연구에서는 roll to roll 시스템을 이용하여 폴리머 기판상 나노 구조 형성을 위한 공정연구를 수행하였다. 재료연구소 자체 개발 선형이온소스는 0.25 keV에서 1 keV까지 에너지 조절이 용이하며, 이온빔 조사를 통해서 PET, PMMA, PDMS 등 다양한 폴리머 기판의 표면에 나노 구조화 공정을 개발하였다. 표면 나노 구조 형성을 통해서 폴리머 필름의 투과도와 Haze 제어가 가능하며, 공정 기술을 통해 저반사 및 고굴절 특성의 기능성 필름을 제작하였다. 이러한 나노 구조화 필름은 플렉서블 디스플레이의 광추출효율 향상을 위한 광추출층, 저반사 디스플레이 패널 필름 등에 적용 가능한 기술이다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2009.05a
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• pp.47.2-47.2
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• 2009

인체의 뼈와 같은 손상된 경조직을 치료 또는 대체하기위한 정형외과용 임플란트를 설계하는데 있어 뼈의 생체역학적 특성과 유사한 성질을 갖는 다공성 지지체에 대한 연구가 최근 관심을 끌고 있다. 다공성 지지체는 조직이 원활히 재생될 수 있어야 하며, 또한 주변 조직과도 생물학적인 고착이 잘 되도록 기공들이 상호 연결된 구조를 가져야 한다. 이와 같은 다공성 지지체용 소재를 제조하기 위하여 본 연구에서는 타이타늄 분말을 사용하여 3차원 적층조형공정으로 다공성 타이타늄 지지체를 제조하였다. 제조된 다공체의 물성 및 기계적 특성을 평가하기 위하여 압축시험과 변형해석을 수행하였으며, 아울러 제조된 지지체의 생체적합성 향상을 위하여 양극산화 공정 등의 표면처리를 수행하여 그에 대한 특성을 평가하였다. 분말야금 공정으로 제조된 지지체는 골조직의 성장에 적합한 약 $300\sim400{\mu}m$의 기공 크기를 갖도록 제어하였고, 기공도는 60~75%로 제어하였다. 아울러 다공성 타이타늄의 생체적합성을 부여하기 위하여 양극산화공정으로 지지체의 표면에 Ca 및 P을 포함하는 산화층을 형성시키는 표면처리를 수행하였다. 양극산화공정에 의하여 표면에 미세기공을 포함하는 산화층을 형성시킬 수 있었으나 이와 같은 표면구조는 조골세포의 부착과 영향에는 큰 영향을 미치지 않는 것으로 확인되었다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2012.05a
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• pp.223-224
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• 2012

금속 표면에 마이크로 나노 구조물을 형성하고 그 위에 발수 특성을 가진 물질을 증착하여, 발수성을 가지는 금속 표면을 개발하였다. Sand blast 공정으로 마이크로 구조 형성, Linear Ion Source(LIS)를 적용한 Ion beam etching으로 나노 구조를 형성하였다. 그 결과 FE-SEM을 통해 수~수십 ${\mu}m$ 크기의 구조 위에 nm 크기의 구조가 형성 된 것을 확인하였다. 발수 특성은 매끈한 표면보다 거친(rough)표면과 낮은 표면에너지로 구현된다. 마이크로 나노 구조가 형성된 Al의 표면에너지를 낮추기 위해 Hexamethyldisiloxane(HMDSO)을 코팅하였다. 접촉각 측정 결과 $105^{\circ}$로 표면 형상을 제어함으로써 발수 특성이 나타나는 것을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2018.06a
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• pp.85.1-85.1
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• 2018

고표면적 다공성 금속 박막 형성 기술은 타겟에서 방출된 금속 원자들이 타겟 주변에서 서로 충돌하여 나노입자를 형성한 후 기판으로 입자를 이송시켜 나노 구조를 지니는 박막을 성장시키는 기술이다. 고표면적 다공성 금속 박막 형성 기술로 제작한 다공성 박막은 열린 기공 구조를 지니고 있기 때문에 외부 기체의 확산이 용이하고 비표면적이 높다는 특징을 가지고 있다. 특히 금속 공기 이차전지 등의 배터리의 경우 전극의 비표면적이 성능을 결정하는 중요한 인자이므로 금속판을 사용하는 경우 대비 비표면적이 높은 나노구조를 사용할 경우 용량 증대에 유리하다. 본 연구에서는 공정 압력, 공정 파워, 타겟과 기판과의 거리, 칠러 온도 등 증착 공정 변수를 제어하여 표면적이 높은 아연 나노 구조를 형성하였다. 이를 분석하기 위해 SEM을 이용하여 미세구조 및 두께를 관찰하였으며, 박막 증착 전후의 무게를 측정하여 기공률을 계산하였다. 또한 XRD 분석을 통하여 결정성 및 결정의 크기를 확인하였다. 이렇게 제작된 고표면적 다공성 Zn 금속박막을 응용하여 아연 전지 성능 평가를 진행하였다.

• Journal of the KSME
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• v.44 no.12
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• pp.34-38
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• 2004

이 글에서는 최근 마이크로/나노 구조물에 대한 고분자 나노복제 공정에 있어서 그 중요성이 대두되고 있는 나노몰드 표면온도 제어기술에 대해 소개하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2017.05a
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• pp.108-108
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• 2017

다양한 생체 재료들을 이용한 마이크로 및 나노 크기의 표면 구조 모사는 조직공학에서 세포의 성장 및 분화에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 특히, 마이크로-나노 구조가 공존하는 계층적 표면 구조는 골 아세포의 증식과 분화에 탁월하여 뼈 조직 재생에 응용되어 왔다. 기존에는 화학적 처리 기법을 이용하여 마이크로 표면 구조가 제작 되었으나 미세 거칠기 및 계층적 표면 구조의 제어가 어려웠다. 현재 이러한 문제점들을 극복하기 위해 플라즈마를 이용한 애칭 기법이 주로 이용되고 있으나 높은 온도 공정 환경에 의한 재료 선택의 한계점 및 오랜 공정 시간에 의한 플라즈마 처리 효율이 감소되어 원하는 표면구조 및 거칠기를 얻을 수 없다는 단점이 있다. 본 연구에서는 이러한 문제점들을 극복하기 위해 마이크로/나노 주조 기법 이용하여 생체적합성 합성고분자 poly(${\varepsilon}$-caprolactone) (PCL) 위에 연꽃잎 구조를 모사한 후 플라즈마 애칭 기법을 이용하여 마이크로-($3.01-3.07{\mu}m$)와 나노크기 ($97{\pm}16nm$)를 동시에 갖는 계층적 구조를 제작하였다. 제작된 구조의 효능을 관찰하기 위해 조골세포를 배양한 결과 평평한 PCL 구조보다 제작된 계층적 구조가 높은 세포성장률 (>2.9배)및 세포 분화도(>2.1배)를 보였다. 이러한 결과는 새로운 표면 공학적 모델로서 손상된 뼈 및 치아조직 재생을 위한 적합한 거칠기 및 표면적인 환경을 제공해 빠른 재생 능력과 더불어 치료기간의 단축을 가져 올 수 있을 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.370-370
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• 2010

최근 자연모사를 통한 초저마찰 연구가 활발히 진행되고 있으며 리소그라피, 레이져 가공법 등의 다양한 방법을 통해 표면구조 제어가 시도되고 있다. 본 연구에서는 자장여과 아크 플라즈마 이온 소스를 이용한 WC-Co 및 SCM 415 금속소재의 표면구조 형상제어를 통해 저마찰 특성을 시도하였다. 자장여과 아크 소스는 90도 꺽힘형이며 5개의 자장 코일을 통해 아크 음극에서 발생된 고밀도($10^{13}\;cm^{-3}$ 이상) 플라즈마를 표면처리 대상 기판까지 확산시켰다. 공정 압력은 알곤가스 1 mTorr, 아크 방전 전류는 25 A, 플라즈마 수송 덕트 전압은 10 V이다. 기판 전압은 비대칭 펄스 (-80 %/+5 %)로 -600 V에서 -800 V까지 인가되었으며 -600 V 비대칭 펄스 인가시기판으로 입사하는 알곤 이온 전류 밀도는 약 $4.5\;mA/cm^2$ 이다. WC-Co 시편의 경우 -600 V 전압 인가시, 이온빔 처리 전 46.4 nm(${\pm}12.7\;nm$)의 조도를 갖는 시편이 5분, 10분, 20분동안 이온빔 처리함에 따라 72.8 nm(${\pm}3\;nm$), 108.2 nm(${\pm}5.9\;nm$), 257.8 nm(${\pm}24.4\;nm$)의 조도를 나타내었다. SCM415 시편의 경우 -800 V 인가시, 이온빔 처리 전 20.4 nm(${\pm}2.9\;nm$)의 조도를 갖는 시편이 20분동안 이온빔 처리함에 따라 275.1 nm(${\pm}43\;nm$)의 조도를 나타내었다. 또한 주사전자현미경을 통한 표면 형상 관찰 결과, 이온빔 식각을 통해 생성된 거친 표면에 $3-5\;{\mu}m$ 직경의 돌기들이 산발적으로 생성됨을 확인했다. 마찰계수 측정 결과 SCM415 시편의 경우, 이온빔 처리전 마찰계수 0.65에서 조도 275.1 nm 시편의 경우 0.48로 감소하였다. 본 연구를 통해 이온빔 식각을 이용한 금속표면 제어 및 저마찰 특성 향상의 가능성을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.123-123
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• 2012

초소수성 표면은 150도 이상의 높은 물 접촉각과 10도 이하의 낮은 sliding angle을 가지며 self-cleaning, anti-contamination 기능을 갖고 있는 것이 특징이다. 재료표면의 친수성과 소수성을 제어하기 위해서는 화학적 인자인 물질의 표면에너지나 물리적 인자인 표면 거칠기를 조절하는 방법이 있다. 초소수성 표면을 구현하기 위해서는 표면의 거칠기를 증가시키거나 표면 에너지를 낮춰야 하는데 고체 표면의 거칠기를 증가시키기 위해서는 일반적으로 표면에 microscale과 nanoscale의 계층구조를 형성시키는 방법이 사용된다. 자연계에 매우 풍부하게 존재하는 실리카는 내구성과 내마모성, 화학적 안정성, 고온 안정성 등을 지니고 있으며 인체에 무해하기 때문에 다양한 종류의 전자기기 및 부품의 내외장 코팅에 적용이 검토되고 있다. 이러한 관점에서 본 연구에서는 초소수성 코팅층을 구현하는 하나의 방법으로서 졸-겔방법으로 실리카 졸을 합성하여 전기분무법을 사용하여 microscale의 실리카 입자 코팅층을 형성하였으며, 표면 미세구조 조절 및 계층구조 형성과 불소화처리 공정을 통하여 초소수성 실리카 코팅층을 제조하였다. 이러한 초소수성 실리카 코팅층의 표면거칠기, 자외선 영향향, 내구성 등을 초소수성 관점에서 평가하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2018.06a
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• pp.93.1-93.1
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• 2018

그래핀 에어로겔은 우수한 전기 열 전도도, 기계적 특성, 넓은 표면적으로 베터리, 약물방출 등 다양한 분야에서 많은 연구가 진행되고 있다. 특히, 그래핀 에어로겔은 친수성, 생체안전성, 삼차원구조의 특성으로 우수한 약물방출형 임플란트 소재로의 활용이 기대된다. 본 연구에서는 그래핀 산화물의 수열처리를 통해 그래핀 하이드로겔 형성 후, 저온건조와 동결건조를 이용하여 그래핀 에어로겔을 제조하였다. 그래핀 산화물과 그래핀 에어로겔의 특징들을 XRD, SEM, XPS, Raman등을 통해 확인하였으며, 그래핀 에어로겔에서 건조방법과 건조시간에 따른 기계적 강도, 기공구조의 제어가능성을 BET, SEM등의 분석을 통해 확인하였다. 이러한 기공구조 제어를 통해 약물방출 특성을 측정하였으며, 인체 삽입형 임플란트로서의 활용 가능성을 확인할 수 있었다.

• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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• v.28 no.1
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• pp.79-83
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• 2015

This paper presents a numerical study on the alignment of ridge-like surface structures evolving on silicon-germanium thin films under localized modulation of surface diffusivity. A situation is considered in which the surface diffusion of film material is selectively promoted such that its morphology is perturbed to periodic patterns. To simulate the growth behavior, a governing equation is formulated taking the surface chemical potential into account, and its solution is numerically sought using a finite-difference method. Results show that an initially planar surface coalesces upon the diffusivity modulation, and the surface structures can be aligned by changing the frequency of modulation condition. This research suggests a bottom-up fabrication technique that can manage the regularity of surface structures for thin film devices.