• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2017년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.89-89
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• 2017

가속기 기술을 이용한 재료에의 표면처리기술은 일정에너지를 가지는 이온이 재료표면에 충돌함으로서, 스퍼터링, 이온주입, 미세구조 변화 등의 현상을 이용하여 재료표면의 특성을 변화시켜 기계적, 화학적, 광학적, 전기적 특성 등을 변화시키는 표면개질기술에 활용되어져 왔다. 이러한 이온빔 표면처리기술은 이온의 종류나 시편의 제한 없이 치밀한 원자혼합물을 형성하고, 계면형성이 없고, 또한 저온공정이 가능하므로, 정밀도가 요구되는 부품의 내마모성과 내부식성 등을 포함한 기본적인 표면특성 뿐만 아니라 전기전도도, 친소수특성, 내광성 등 표면에 관계된 특성을 개선시키는 역할을 하며, 이온빔 믹싱, 이온빔 스퍼터링, 이온빔 전처리 후 코팅 등의 복합공정을 통해 보다 개선된 표면특성을 가지는 박막제조공정에 적용될 수 있다. 본 발표에서는 지난 10년간 가속기기술을 응용한 이온빔 장치기술 개발현황을 발표하고, 이러한 장치를 활용하여 이온빔 표면처리기술 사례인 내광성/내스크래치성 향상 고분자, 정전기방지, 초친수 표면처리, 기체투과도제어, 자외선차단 필름, 고속에칭기술 등의 기술개발 현황을 발표하고자 한다. 한국원자력연구원 양성자가속기연구센터에서는 수백 keV급의 이온빔 표면처리 장치 이외에도 100MeV 선형 양성자가속기를 이용하여 2013년부터 다양한 분야의 양성자빔/이온빔 이용자들에게 이온빔 장치와 20MeV와 100MeV 이용시설에서 양성자빔/이온빔 서비스를 제공하고 있다. 2016년 기준 이용자수는 양성자가속기 392명, 이온빔장치 279명이며, 이용자 수행과제는 양성자가속기, 이온빔장치 각각 130여개 과제가 수행되었다. 이러한 이용자들의 빔이용연구를 통해 20여편의 논문투고, 10여편의 특허출원의 성과를 얻었으며, 나노분야, 생명공학분야 등의 다양한 분야에서의 빔이용기술을 통해 활발한 연구가 이루어질 것으로 예상된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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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.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.141.2-141.2
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• 2016

디스플레이, 센서 등 전자소자는 소형화 단계를 지나 인체 부착형 소자로의 발전을 요구하고 있다. 인체 부착을 위해서는 민감한 피부에 장시간 부착시 무해성과 탈부착의 자유로움이 요구되기에 기존의 화학물질을 활용한 접착 방식에서 개코도마뱀 또는 딱정벌레 발바닥에서 영감을 얻은 자연모사형 건식 접착 방식에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 폴리머를 이용하여 자연모사형 마이크로/나노구조 형성은 기계적으로 가공된 금형 몰딩과 후처리를 통한 매우 복잡한 공정이 요구된다. 본 연구에서는 이러한 복잡한 공정을 단순화하기 위해서 폴리머 소재에 플라즈마를 활용한 나노구조를 형성하는 방법을 소개하고자 하며, 건식 접착용 폴리머 소재(PMMA, PDMS)에 따른 표면구조 변화와 표면에너지 변화에 대한 연구를 수행하였다. 플라즈마 표면처리를 위해서 본 연구실에서 자체 개발한 선형이온소스를 활용하였으며 입사에너지, 노출시간, 사용가스에 따른 표면형상 변화를 주사전자현미경을 활용하여 관찰하였다. 또한 처리조건에 따른 표면에너지 변화를 확인하기 위해 물접촉각 변화를 측정하였다. PMMA는 입사에너지, 노출시간이 증가함에 따라 쉽게 나노기둥구조가 형성되었으나, 과도한 입사에너지 또는 노출시간에서는 표면구조가 에칭되면서 무너지는 것이 관찰되었다. 또한 PDMS는 동일한 조건에서 주름구조 형태를 보였으며 노출시간이 증가할수록 주름구조의 간격이 늘어남을 확인하였다. 본 연구 결과를 통해 나노 구조를 쉽게 제어할 수 있는 PMMA가 피부 부착형 접착 패치에 응용이 가능할 것으로 기대된다.

• 구강회복응용과학지
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• 제20권1호
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• pp.51-56
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• 2004

이번 연구의 목적은 순수 타이타늄의 표면을 양극산화법으로 표면처리하여 표면의 특성변화를 연구하고, 이에 따른 세포부착 특성의 차이를 연구하는 것이다. 원반 모양의 타이타늄을 전해질용액에서 300V - 550V의 전압을 주어 양극산화 하고 표면특성을 관찰한 결과, 전압이 높아짐에 따라 표면의 분화구 크기가 커지는 양상을 보였으며 아울러 표면 거칠기도 증가되었다. 세포 부착 실험결과 전압이 증가함에 따라 세포부착 및 증식세포수는 감소하였다. 300V 이상의 양극산화 전압은 표면의 거칠기는 증가시키지만 세포증식은 오히려 억제되는 것이 관찰되었다.

• ETRI Journal
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• 제11권1호
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• pp.89-96
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• 1989

$C_2F_6$/$CHF_6$ 플라즈마를 이용한 실리콘 산화막의 반응성이온 식각공정시 실리콘 표면에 형성되는 고분자 잔류막과 근표면 손상영역을 X-선 광전자분광법(x-ray photoelectron spectroscopy)과 러더포드 후방산란법(Rutherford backscattering)을 이용하여 연구하였다. 표면 잔류막은 CF, $CF_2$, $CF_3$, $C-CF_x$, 그리고 C-C/C-H 등의 결합을 가진 불화탄소 고분자로 구성되어 있으며, 또한 C 1s와 Si 2p X-선 광선자 스펙트럼으로부터 C-Si 결합이 존재함을 확인하였다. 반응성이온 식각을 거친 실리콘 표면 구조의 연구결과, 불소와 탄소로 구성된 고분자막($<20 \AA$)이 극표면에 존재하며, 식각 후 공기중에 노출됨에 따라 고분자 잔류층으로 산소가 통과하여 기판을 산화시킴으로써 실리콘 산화막( $~10\AA$)이 그 아래에 형성되었음을 알았다. 그리고 실리콘산화막 아래에 탄소-산소 결합영역이 관찰되었다. 플라즈마 가스의 조성에서 $CHF_3$의 량이 증가함에 따라 고분자 잔류막의 두께가 증가하였으며, 본 연구의 실험조건에서 2분간 overetching한 시편의 경우에도 실리콘 표면 영역의 손상정도가 매우 적음을 발견하였다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2014년도 추계학술대회 논문집
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• pp.195-195
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• 2014

탄화규소(SiC)의 복합체는 고온강도, 내식성, 내마모성, 내화학 특성, 열충격성 및 기계적 특성이 우수하며 제조공정으로 CVD 공정은 많이 연구되어져 있으나 비교적 간단한 구조로 우수한 특성을 얻을 수 Si 증발입자 확산방법에 대한 체계적인 연구가 수행되고 있지 않다. 본 논문에서는 Si 증발입자가 탄소표면에서 확산 반응으로 형성되는 SiC 복합체에 대한 검토 및 연구 개발 동향을 기술한다.

• Journal of Welding and Joining
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• 제16권1호
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• pp.9-16
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• 1998

자동차 및 자동차부품에의 표면처리 강판의 급속한 적용확대에 대하여 점용접에 관한 연구는 많이 행하여져 있지만 아크용접에 관한 연구는 상대적으로 작다. 향후 표면처리 강판의 지속적인 적용확대 추세를 감안하면 아크용접시 일어나는 문제에 대한 해결이 시급하다고 하겠다. 본 해설에서 살펴본 바와 같이 표면처리 강판의 아크용접시 가장 큰 문제로 되는 기공발생은 사용강판, 용접조건, 전원, 용접재료 등 많은 요인에 의하여 영향을 받아, 어느 한 요인만의 독립적인 연구개발보다는 이들 모든 요인에 대한 종합적인 연구개발이 필요하리라 생각된다. 특히 용접재료의 측면에서는 제품의 고부가가치화를 목표로 전용 와이어의 개발이 시급하다.

• 한국가시화정보학회:학술대회논문집
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• 한국가시화정보학회 2007년도 추계학술대회
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• pp.66-70
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• 2007

현재 많은 연구들이 작은 크기에 여러 공정을 집적시킬 수 있는 장점을 가진 마이크로 장치의 개발과 활용에 집중되고 었다. 마이크로 장치에서 가장 중요한 것은 미세 유동의 효율적인 제어이다. 본 연구에서는 마이크로 장치에 직접 적용 가능한 표면 개질 된 마이크로 채널의 유동에 대하여 고려하였다. 표면 개질(surface treatment)은 물리적, 화학적인 작용을 통해서 채널 내부 표면의 습윤성을 변화시켜 유동을 제어하는 방법이다. 친수성(glass)을 가지는 마이크로 채널 내부의 일부를 소수성(teflon)으로 개질 후, 고속카메라를 이용하여 채널 내부를 흐르는 유체의 유동 경계면 변화를 분석하였다. 또한 유동 해석을 위한 상용 코드(CFD-ACE)를 이용하여 유동에 대한 수치 해석을 진행하여 가시화된 실험 결과와 비교 분석하였다. 실험 결과와 수치 해석 결과를 통해, 친수성과 소수성 표면 배열에 따른 일시적인 유동 변화를 관찰하였다. 본 연구 결과를 통해 마이크로 채널 유동의 최적화 상태를 찾을 수 있으며, 보다 용이한 미세 유동 제어가 가능하다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.142-142
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• 2012

다양한 In/Si (111) 표면에 PTCDA분자를 흡착하여 일어나는 현상에 대해 STM을 이용하여 실험하였다. PTCDA분자가 $\sqrt{31}{\times}\sqrt{31}$ 표면에서는 강한 표면-분자 상호작용 때문에 배열되지 않고 고립된 분자로 흡착되며 $\sqrt{7}{\times}\sqrt{3}$-hex표면에서는 표면-분자 상호작용이 약하여 분자와 분자 사이의 상호작용으로 수소결합을 통한 2차원 herringbone 구조를 형성한다. 하지만 $4{\times}1$ 표면에서는 수소결합 없이 준 1차원 배열을 형성하며 지금까지 연구된 다른 모든 표면에서 수소결합에 의하여 분자배열을 이루는 것과 대조된다. 이는 $4{\times}1$ 표면에서 표면-분자 사이의 상호작용에 의해 분자배열이 결정되기 때문이다. 또한, Si (111)$-7{\times}7$면 위에 서로 다른 덮힘양의 In 원자를 포함하는$\sqrt{3}{\times}\sqrt{3}$, $2{\times}2$, 그리고 $\sqrt{7}{\times}\sqrt{3}$-hex상이 같이 있는 표면에 PTCDA분자를 흡착할 경우, PTCDA분자의 흡착이 In층 안에서 In 원자를 이동시키면서 국소적으로 in의 덮힘양이 많은 상으로 변화시키는 것을 관찰하였다. PTCDA분자가 In원자를 이동시키는 이유는 상대적으로 약한 In층과의 결합보다는 더 강한 Si (111)표면과의 결합을 위한 것으로 해석된다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2011년도 춘계학술발표대회
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• pp.20.1-20.1
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• 2011

타이타늄의 내부식 특성은 분해하기 어려운 산화물의 보호피막을 형성 함으로서 무독성의 생체친화적 성질을 가지고 있어 심장밸브, 인공 뼈 등 신체 조직의 이식에 사용될 만큼 인체에 무해한 금속으로 의료용으로 많이 응용되고 있다. 본 강연에서는 생체재료로써 의료용 타이타늄의 적용현황을 소개하고, 이를 통해 타이타늄의 가치를 다시 한번 재고하고자 한다. 타이타늄 임플란트에서 그 표면과 골사이의 골유착(osseointegration)은 성공적인 임상결과를 얻기 위한 중요한 요소 중의 하나이다. 1960년대에는 기계가공 된 매끈한 형태의 타이타늄 표면을 시작으로 골유착을 얻고자 하였다. 이러한 시도를 통해 임플란트가 점차 대중화 되면서 1980년대 부터 타이타늄 표면과 골과의 유착을 조기에 실현하고, 골유착 강도를 강화하기 위해 다양한 표면기술이 개발 되기 시작하였다. 크게는 1. 표면적 증대 기술, 2. 화학적 방식을 통한 표면기술, 3. 생체활성 유도형 표면기술, 4. 서방출 등을 응용한 골유도 및 활성 조절형 표면기술 등이 개발되어 제품화 되거나 그 연구가 진행 중에 있다. 다양한 표면기술에 대한 흐름을 이해하고 이에 대한 장, 단점을 이해함으로써 앞으로 기술적으로 극복해 나가야 할 과제를 제시하고자 한다. 또한 다양한 표면기술에 대한 유효성과 그에 대한 중, 장기 안전성에 대한 중요성을 이해하고 이를 평가하기 위한 여러 가지 절차와 방법 소개를 통해 신뢰성 있는 연구개발이 될 수 있기 바란다.