본문 바로 가기

로고

국내 최대 기계·건설 공학연구정보
통합검색 화살표
  • 마운팅프레스 Mecapress 3
  • 신진연구자 인터뷰

    신진연구자 인터뷰는 기계공학과 건설공학 분야의 젊은 연구자들의 연구성과를 알리고자 기획되었습니다.
    대상은 박사과정 이상 40세 미만의 연구자로 뚜렷한 연구성과가 있으면 언제든 참여 가능합니다.
    또한 주변에 추천할 만한 연구자가 있으면 추천을 부탁드립니다. (ariass@naver.com)

    • 김창래( Kim, Chang-Lae )
      강성(탄성/소성) 조절 기반의 구조적/기능성 코팅/소재 개발 연구
      김창래( Kim, Chang-Lae )(조선대학교 기계공학과)
      이메일:kimcl at chosun.ac.kr
      534 1 0

      첨부파일  CV_ChangLae_Kim.pdf

    1. 본인의 연구에 대해서 소개를 부탁 드립니다.

    기존의 고경도 코팅 또는 소재를 개발하는 것이 아니라, 유연한 소재나 구조적 설계를 통해 외력에 대해 자유롭게 변형이 가능한 기능성 소재/코팅을 개발하고자 합니다. 고경도 코팅/소재들은 접촉지점에서 외력에 대해 큰 압력이 발생하여 마모가 발생하게 됩니다. 이에 반해, 유연한 소재나 구조적 코팅/소재들은 외력이 작용했을 때, 접촉지점에서 발생하는 압력을 흡수 및 분산시킬 수 있습니다. 또한, 미끄럼 상대운동에 의해 발생하는 마찰력도 분산시킴으로써 마모의 발생 가능성을 줄일 수 있습니다. 이러한 기능성 소재/코팅은 플렉서블 디바이스에 적용되어 전극을 보호하는 역할을 하여 내구성을 크게 향상시켰습니다. 다양한 분야의 마이크로 시스템에 적용되어 접촉이 발생하는 부분에서의 마모를 줄여주어 시스템 전체의 내구성과 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다. 이러한 기능성 소재/코팅 기술을 매크로 스케일로 확대하여 다양한 기계시스템에서 발생하는 마찰/마모 문제를 해결하고자 합니다.


    Figure 1은 투명 유연전극의 내구성을 향상시키기 위해 탄소기반 나노 소재들을 활용하여 주요 전극인 은나노와이어 (silver nanowire)를 보호한 연구 결과를 나타냅니다. 투명 전극이 구부러질 때, 주요전극인 은나노선의 파손을 방지하기 위해 탄소기반 나노 소재인 탄소나노튜브 (carbon nanotube, CNT)와 그래핀 (graphene)을 은나노선 위에 적층하였습니다. 최상부에는 기계적인 강도가 우수하고 저마찰 특성을 가진 그래핀이 위치하고, 중간부에는 탄소나노튜브가 위치하여 은나노선을 보호하고 전체 전극 시스템의 내구성을 크게 향상시켰습니다. 여기서, 중간층인 탄소나노튜브는 접촉압력을 분산시키는 스프링 역할을 하여 외력에 의한 압력이 아래층의 은나노선으로 전달되는 것을 방지해주고, 최상부의 그래핀은 강한 강도로 인해 탄소나노튜브층을 보호해 줍니다. 사용된 모든 소재들은 나노 스케일로써, 투명한 특성을 유지하며, 기계적, 전기적 특성도 우수하여 투명 유연전극의 효율과 내구성을 향상시키는데 적합하다는 것을 확인하였습니다.


    Figure 2는 스마트 웨어러블 히터의 개발 및 내구성 평가에 관한 연구 결과를 나타냅니다. 형상기억고분자와 발수코팅 기술을 이용하여 섬유 위에 형성된 은나노선 기반의 전극의 내구성을 크게 향상시켰습니다. 은나노선은 형상기억고분자 내부로 압입이 되어 견고하게 고정되어 있습니다. 의류와 같은 섬유가 마구 변형이 되더라도 은나노선들이 떨어져 나오지 않고 고분자 속에 고정되어 있습니다. 최상부에는 발수코팅이 형성되어 은나노선이 공기 중에 노출되지 않아 산화 및 부식으로부터 보호가 됩니다. 물방울이 흡수되지 않고 표면에 맺히는 사진, 넓은 면적에 걸쳐 발열이 잘 되고 있는 열화상이미지, 다양한 가혹시험 후에도 전극이 파손되지 않고 내구성을 유지하는 결과, 구겨진 후 적정온도에서 원래의 평평한 상태로 되돌아 가는 결과 등 스마트 웨어러블 히터에 대한 검증을 하였습니다.


    2: 본인의 최근 논문이나 대표 논문을 기재해 주세요.

    - Smart Wearable Heaters with High Durability, Flexibility, Water-Repellent and Shape Memory Characteristics, Composites Science and Technology, 2017.

    - A Highly Flexible Transparent Conductive Electrode based on Nanomaterials, NPG Asia Materials, 2017.

    - Durability and Self-healing Effects of Hydrogel Coatings with respect to Contact Condition, Scientific Reports, 2017.

    - Investigation of Micro-Abrasion Characteristics of Thin Metallic Coatings by In-situ SEM Scratch Test, International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, 2016.

    - Self-healing Characteristics of Collagen Coatings with Respect to Surface Abrasion, Scientific Reports, 2016.


    3. 트라이볼로지 연구에 관련해서 현재 가장 이슈가 되는 문제, 또는 연구과정에서 극복해야할 공통적인 목표가 있는지 궁금합니다.

    트라이볼로지 분야에서 마찰 및 마모 특성은 실험을 진행하는 조건과 환경의 영향을 크게 받습니다. 즉, 실험자에 따라 결과가 달라질 수 있고, 온도와 습도 등 주변 환경에 따라 같은 실험조건에서도 마찰계수나 마모의 정도가 달라지기도 합니다. 탄성계수나 경도 등 소재의 고유한 특성과는 달리 마찰계수와 마모율은 정해진 값이 아니라 실험에 따라 계속 변화는 결과로써 실험 결과의 정량화 및 보편화가 쉽지 않습니다. 이에, 각 실험자/연구자들의 실험조건에 대한 상세한 설명이 요구됩니다. 이러한 차이점들을 반영하여 실험결과(마찰계수/마모율 등)를 보편적인 결과로 해석하기 위해서는 수 많은 실험 결과들을 동시에 분석할 수 있는 환경이 구축되어야 합니다.


    4. 앞으로 진행할 연구 방향이나 목표가 있으시다면?

    Nanogenerator (마찰 또는 압력 기반)를 개발하여, 전기 생산의 효율성을 극대화하고 시스템의 내구성을 향상시키는 연구를 진행할 계획입니다. 현재 다양한 소재 및 메커니즘을 이용하여 다양한 방식의 nanogenerator들이 개발되고 있는데, 실용화를 위해서는 반드시 내구성 문제를 극복해야 합니다. 기계적인 변형 및 접촉이 지속적으로 발생하는 시스템이기 때문에, 접촉 마찰에 의한 파손 문제를 해결해야 하는 것입니다. 유연전극에 관한 연구를 발전시켜, 바이오/의료 분야로 적용할 계획입니다. 다양한 센서를 개발하여 인체 내외부에서의 신호를 감지하고 평가할 수 있는 시스템을 개발할 것입니다.


    5. 연구를 같이 진행했던 소속기관 또는 연구소, 지도교수에 대해 소개 부탁 드립니다.

    연세대학교 기계공학부 김대은 교수님 (트라이볼로지 연구실)은 나노/마이크로/매크로 스케일 등 전 범위의 트라이볼로지 연구를 진행하셨고, 기계/시스템 및 생산 설계 분야뿐만 아니라 의료/바이오 분야에 이르기까지 다양한 분야에 트라이볼로지를 접목시키시며, 한국 트라이볼로지 연구를 선도하신 분입니다. - 한국과학기술연구원, 광전소재연구단, 오영제 박사님 다양한 종류의 세라믹 소재들에 대한 연구를 진행하시고, 은나노선을 개발/생산하시는 연구를 수행하셨습니다. 태양전지, 대량생산용 프린팅 기술 등 다양한 연구를 진행하셨습니다.


    6. 본인이 영향을 받은 다른 연구자나 논문이 있다면?

    성균관대학교 문화예술미디어융합원의 박지섭 박사님은 기계공학이라는 울타리에 갇혀있던 저에게 사회과학, 경영, 미디어 등 다양한 분야로의 시야를 확장시켜주었습니다. 다소 생소했던 분야에 대한 설명을 듣고, 서로의 연구에 대해 조언을 해주면서 자연스럽게 협력연구도 진행하게 되었습니다. 이러한 과정을 통해 연구에 많은 도움을 받을 수 있었으며, 연구에 대한 시각을 확장할 수 있었습니다.


    7. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

    성실한 자세로 끈질기게 연구에 몰두하면, 반드시 좋은 결과를 얻을 수 있다고 믿고 있습니다. 석/박사 과정부터 지금까지 연구 진행이 잘 안되고 여러 난관들이 있었지만, 포기하지 않고 끝까지 몰두하여 결과를 도출하는 과정을 반복하였습니다. 이러한 끈기와 성실함은 지금의 저를 있게 해 준 연구 근성이라고 생각합니다.


    8. 이 분야로 진학하려는 후배들에게 조언을 해 주신다면?

    다른 분야의 연구들도 모두 나름의 어려움이 있지만, 트라이볼로지 분야는 아직까지 정립된 법칙이나 공식이 없기 때문에, 이론적으로 설명이 난해한 분야 입니다. 따라서, 주로 실험에 의존하여 결과를 도출하고, 이를 논리적으로 잘 설명해야 하기 때문에 많은 어려움에 부딪히곤 합니다. 시뮬레이션을 활용하거나 이론적 해석을 통해 트라이볼로지 분야의 문제들을 해결하고자 하는 연구들이 진행되고 있습니다. 시뮬레이션 해석과 실험적 방법을 병행하는 것이 트라이볼로지 난제를 해결할 수 있는 방법입니다. 다양한 산업분야에서 트라이볼로지 이슈가 끊임없이 발생하고 있으며, 기술적으로 한 단계 도약을 하기 위해서는 반드시 풀어야 할 숙제가 바로 트라이볼로지 문제입니다.



    • 페이스북아이콘
    • 트위터 아이콘

    전체댓글 0

    [로그인]

    댓글 입력란
    프로필 이미지
    0/500자

    서브 사이드

    서브 우측상단1