• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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• 2011.04a
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• pp.253-256
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• 2011

본 논문에서는 표면효과와 비선형 탄성효과를 고려한 FCC 나노박막의 순차적 멀티스케일 해석 모델을 제시한다. 표면에서의 구성방정식은 표면응력과 표면탄성계수를 이용하여 선형으로 표시되며, 표면효과를 나타내기 위한 표면물성들은 EAM 포텐셜을 이용한 원자적 계산 방법으로 계산된다. 두께가 얇은 나노박막은 표면응력으로 인하여 면내 방향으로 수축 또는 인장의 변형이 발생하게 된다. 나노박막의 평형상태에서의 변형율은 두께가 얇은 박막의 경우 재료가 선형 탄성 영역을 벗어나는 값을 가지는 경우가 많으므로 나노박막의 해석시 벌크 영역의 비선형 탄성 효과를 고려해야 한다. 이러한 비선형 탄성 효과를 고려하기 위해 본 연구에서는 FCC 구조를 가지는 금속의 비선형 탄성 모델을 제시하고, EAM 포텐셜로 계산된 응력과 탄성 계수를 이용하여 매칭 기법을 통하여 비선형 탄성 모델의 계수들을 결정한다. 또한 Cauchy-Born Rule 모델과 분자동역학 전산모사를 통하여 본 연구에서 제안된 비선형 탄성 모델에 대한 검증을 수행한다.

• Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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• v.32 no.5
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• pp.19-26
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• 1995

표면효과익선(WIG : Wing-In-Ground Effect Ship)은 해면 위를 낮게 비행함으로써 표면효과에 의한 양력 증가를 얻게 되어 초고속으로 운행할 수 있는 선박과 항공기의 중간형태의 차세대 해상운송 수단이다. 해면 위에 직접 이.착륙이 가능하기 때문에 별도의 활주로가 필요 없으며 수륙양용으로 사용 가능하다. 연근해 도서지방 관광 및 신선도 유지가 필수적인 신속화물의 수 송에도 사용될 수 있으며 해난사고 구난 및 해양 경비용으로도 사용가능한 해상 운송수단이다. 본 고에서는 표면효과익선의 특징을 간략히 살펴보고 21세기 고속해상운송수단으로 사용될 가 능성에 대한 경제성 검토 및 핵심애로기술을 살펴보았으며 러시아 표면효과익선의 발달과정과 개발된 선종의 특징을 조사하였다.

• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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• 2011.04a
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• pp.261-264
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• 2011

유한 요소 기법을 이용한 허니콤 구조물의 해석은 모델링 작업 및 격자 생성의 어려움뿐만 아니라 과도한 해석 시간이 요구되기 때문에 균질화 기법은 계산상의 효율성을 증대시킬 수 있는 매우 유용한 방법이라 할 수 있다. 그러나 나노 크기의 구조물에서는 표면 효과로 인하여 거시적인 구조물에서와는 매우 상이한 기계적 거동 양상을 띠게 되며 균질화 기법을 나노 크기의 허니콤 구조물에 적용하기 위해서는 이러한 표면 효과를 반영해야만 한다. 본 논문에서는 표면 효과를 고려한 유한 요소를 제안하고 이를 이용하여 나노 크기의 3차원 허니콤 구조물을 균질화 기법을 이용하여 등가의 2차원 판으로 대체하였다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• v.16 no.4
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• pp.31-37
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• 1992

조성조절한 박막금속합금에서 supermodulus효과가 관찰되었음을 소개하였다. 이 현상을 Fermi표면과 Brillouin 대의 접촉, 그리고 정합변형효과에 의해 설명하였으나 합금계에 따라 어느 한쪽으로만 설명이 가능하며 아직도 명쾌한 해석은 어려운 상황이다. Fermi표면으로 해석한 측면에서 보면 조성조절한 박막에서 측정되는 supermodulus 현상으로 그 합금계의 Fermi표면의 구조와 크기를 예측할 수 있고, 또는 그 반대로, Fermi표면의 조성에 따른 구조와 크기를 알면 supermodulus 효과를 나타내는 합금계를 설계할 수도 있을 것이다. 지금까지는 강성계수의 향상에 대해서만 관찰되었으나 그 반대로 강성계수가 급격히 감소하는 현상도 관찰될 가능성은 남아있어 앞으로의 연구가 기대된다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2012.11a
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• pp.61-62
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• 2012

한국기계연구원에서 진행되고 있는 자연의 기능성 표면에 대한 연구를 소개한다. 특히 연잎의 자기세정효과와 나방눈의 반사방지 효과를 함께 가지는 다기능성 유리표면의 제작공정과 성능을 소개하고 향후 전망에 대하여 논한다.

• Proceeding of EDISON Challenge
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• 2016.03a
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• pp.67-74
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• 2016

초발수 표면은 표면이 젖지 않으면서 물방울이 자유롭게 움직일 수 있는 표면을 말한다. 이는 자연에서 많이 관찰되며 예를 들면 연잎, 나비와 곤충의 다리가 대표적이다. 일반적으로 초발수 표면은 물방울과 접촉할 때 이루는 각이 $150^{\circ}$보다 크며, 표면을 $5^{\circ}$정도 기울이면 물방울이 굴러가기 시작한다. 특히 연잎 표면을 자세히 보면 마이크로/나노단위의 미세한 돌기가 표면 위에 존재한다. 이러한 연잎 표면의 구조에 따른 특성을 모방하여 표면 위에 인위적으로 다양한 모양, 크기의 돌기를 만들어 표면의 초발수 특성을 향상시키는 연구가 활발히 이루어지고 있다. 연구가 다양하고 광범위하게 진행되면서, 학문적인 원인 분석 외에도 산업에서의 활용가능성이 주목받고 있다. 이에 따라 이 논문은 전산모사 방법을 사용하여 표면 돌기와 관련된 다양한 변수(돌기의 모양, 높이, 너비, 돌기 사이의 간격, 표면과 물 분자 간의 에너지)에 따라 표면의 초발수 특성이 어떻게 변하는지 연구해보고, 초발수 현상의 특징과 그 발생 원인을 이해하는데 목적을 두며 이러한 연구결과는 실제 산업현장에서 최적의 초발수 표면을 제작하는데 도움을 줄 것이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.177.2-177.2
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• 2015

Nano-mechanics 연구는 기판의 나노표면에 대하여 indenter tip을 직접 인가하여 측정함으로써 기존 분광학 연구에서는 불가능했던 박막의 기계적 특성 연구가 가능하다. 그러나 박막분석 특성상 박막의 표면, 기판 또는 하부 박막에 의한 영향으로 인해 박막의 고유한 물성특성 연구에 제약이 있다. 박막 표면에 의한 영향인 표면효과는 nano-indentation을 실행 할 때 tip의 압입으로 발생되는 표면의 스트레스로 인해 표면 변형이 나타나는 현상이다. 반면에 하부 박막과 기판에 의한 오류는 nano-indentation 실행 시 tip의 압입 깊이가 깊어질수록 하부박막 또는 기판과 가까워지기 때문에 박막 고유의 특성이 아닌 하부박막과 기판에 의한 영향이 같이 나타나는 현상이다. 이러한 오류를 최소화 하고자 많은 연구에서는 박막의 강도에 따라 nano-indentation의 실행 깊이를 박막 총 두께의 최소7%에서 최대 50%까지 삽입하는 방법을 도입하였다. 이를 기반으로 본 연구는 Zirconium nitride (ZrN) 박막의 증착된 두께 깊이만큼 nano-indentation 분석을 실행 하였으며 박막 고유의 nano-mechanics 특성을 연구 하였다. ZrN 박막은 hard coating 분야에 많이 사용되는 물질로 박막 고유의 hardness를 연구하는 것이 큰 의미가 있다. 연구 결과 모든 박막은 두께 30% 깊이 측정에서 박막 표면과 기판효과가 최소화된 박막의 물성 측정이 가능 하였고, 증착 시 질소를 0.5, 1, 2 sccm 흘려준 박막들은 총 두께 30% 깊이에서 hardness가 각각 23.2, 8.6, 18 GPa이었다. 따라서 nano-indenter 측정 시 유효한 측정 깊이에서 측정을 실시하는 것이, 박막의 물성분석에 있어서 대단히 중요함을 확인 하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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• 2002.11a
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• pp.95-100
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• 2002

The wing in ground effect (WIG) ship is an energy saying vessel that uses the lift from its air-wing along with the lift increase from the ground effect by flying low above the sea surface. The WIG Ship should consist of thin plate in order to float on the sea and to fly in the air. Therefore, the structure of WIG, Ship has very thin and light shell plate and stiffener like stringer and frame has comparatively large cross section area. This structure makes shell plate nearly pure shear field when shell plate is pressed by in-plane load. This complex thin plate structure of WIG Ship can he considered as a closed section beam which makes it possible to analyze structure response of WIG Ship affected by shear load and bending load. In this respect, the present study will show basic theory for analysing shear stress and focus on the analysis of structure strength of model WIC Ship's wing.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.281-281
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• 2012

연꽃잎 효과(Lotus effect)라 불리는 자가 세정 효과(self cleaning effect)는 연꽃이 항상 깨끗한 상태를 유지하는 것이 관찰되면서 꾸준히 관심에 대상이 되어 왔었다. 자가 세정 효과는 접촉각 $150^{\circ}$ 이상의 초소수성 표면에서 구현이 가능하며 이런 표면을 일상생활부터 산업분야까지 응용하고자 하는 많은 노력들이 있었다. 물질의 친수성 또는 소수성은 표면의 거칠기(roughness)와 표면에너지(surface energy)의 두 가지 특성에 의해 결정된다. 하지만 낮은 표면에너지 물질을 사용해도 접촉각 $150^{\circ}$ 이상의 초소수성 표면을 얻긴 힘들며, 표면의 거칠기를 증가시켜야 한다. PTFE (polytetrafluoroethylene)는 낮은 표면에너지를 가진 소수성 물질로 bulk일 경우 접촉각이 약 $108^{\circ}$이지만 거친 표면을 가진 박막으로 만들 경우 접촉각이 $150^{\circ}$ 이상의 값을 가지는 초수수성 표면이 가능한 물질이다. 특히, 초소수성 표면 이외에 우수한 내열성 및 내화학성 특성을 가지고 있어 디스플레이 및 태양전지 등의 자가세정(self cleaning) 보호막으로써 응용이 기대되고 있다. 본 연구에서는 HFPO (hexafluoropropylene)를 원료 가스로 이용하여, Si(100)과 유리 기판위에 Cat-CVD (Catalytic Chemical Vapor Deposition)법으로 PTFE 박막을 증착하였다. 텅스텐(W)을 촉매로 사용하였으며, 촉매온도가 $850^{\circ}C$이상인 조건에서 접촉각이 $150^{\circ}$ 이상인 초소수성 PTFE 표면을 쉽게 얻을 수 있었다. 특히 본 연구에서는 제막압력을 300 mTorr에서 700 mTorr까지 변화시켜 가며 유리와 Si 기판위에 증착하였다. Cat-CVD 제막압력을 변화시켜가며 증착된 PTFE 박막의 접촉각을 측정한 결과, 제막압력이 300 mTorr일 때 glass와 Si 기판위에 증착된 PTFE박막 표면에서의 접촉각은 각각 133, $117^{\circ}$였지만, 제막압력이 400 mTorr이상일 땐 $150^{\circ}$ 이상의 높은 접촉각을 갖는 초소수성 표면을 얻을 수 있었다.

• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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• v.20 no.3
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• pp.287-292
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• 2007

In general, the response of bulk material is independent of its size when it comes to considering classical elasticity theory. Because the surface to bulk ratio of the large solids is very small, the influence of surface can be negligible. But the surface effect plays important role as the surface to bulk ratio becomes larger, that is, the contribution of the surface effect must be considered in nano-size elements such as thin film or beam structure. Molecular dynamics computation has been a conventional way to analyze these ultra-thin structures but this method is limited to simulate on the order of $10^6{\sim}10^9$ atoms for a few nanoseconds, and besides, very time consuming. Analysis of structures in submicro to micro range(thin-film, wire etc.) is difficult with classical molecular dynamics due to the restriction of computing resources and time. Therefore, in this paper, the continuum-based method is considered to simulate the overall physical and mechanical properties of the structures in nano-scale, especially, for the thin-film.