Functional Nano Materials기능성 나노재료
Functional materials exist in various states (solid, liquid, etc), and each materials possess special property. Our lab research focused on the functional convergence of materials based on carbon materials to provide various functions to materials, and published in world class journals.
기능성재료는 고체, 액체 등 다양한 상태로 존재하며, 각각에 분야에서 특별한 성질을 지니고 있는 물질을 말한다. 특히 우리 연구실에서는 탄소계열의 물질 기반에 다양한 기능을 부여할 수 있는 기능성 복합융합재료의 연구에 초점을 맞춰 연구를 진행하였고, 세계적 수준의 저널에 개재하였다.
High Toughness Fiber
강인성섬유
Toughness is the ability of a material to withstand external energy to absorb energy and plastically deform without fracturing.. Spider silk from nature have high toughness due to the coexistence of linear and planar structures. Our lab used linear structured carbon nanotubes and planar structured graphene to mimic the internal structure of spider silk (Nat. Commun). This fiber has the world best toughness, 12 times the well-known high toughness fiber Kevlar and 6 times of spider silk, receiving attention as the next generation bulletproof fiber. Our lab is aiming to develop fiber with high strength and high toughness, which is mass producible. Also, by combining graphene and carbon nanotube’s energy storage function with energy generation technology to form the base of next generation wearable devices.
인성(toughness)이란 외부에너지에 대해 견디는 재료의 성질이다. 자연에서 볼 수 있는 거미줄은 선 구조와 면 구조가 공존하는 내부구조를 가지기 때문에 높은 인성을 가진다. 본 연구단은 선 구조의 탄소나노튜브와 면 구조의 그래핀을 사용하여 거미줄의 내부구조를 모방한 섬유를 제조하였다(Nat. Commun). 이 섬유는 대표적인 강인성 섬유로 알려진 케블라의 12배, 거미줄의 6배에 달하는 세계최고성능의 인성을 가지며, 차세대 방탄섬유로 주목 받고 있다. 또한 본 연구단은 대량생산이 가능한 고강도, 강인성 섬유 개발을 목표로 하고 있다. 뿐만 아니라 본 연구단에서 연구하는 재료인 그래핀과 탄소나노튜브의 에너지 저장 기능과 에너지 생성 기술을 융합하여 향후 차세대 웨어러블 디바이스의 중요한 기반으로 삼을 것이다.
Electro-Magnetic Interference Shielding
전자기장 간섭 차폐
With the growth and increasing use of electronic communication devices, electromagnetic fields are causing negative effects on the human body and malfunction of electronic devices, growing into a social issue. Because of this, the field of electromagnetic interference shielding is of great interest from everyday life to national security and aerospace industry. Previously, EMI shielding was mainly done by using metals to reflect & scatter or by using magnetic & dielectric materials to absorb electromagnetic fields. Metals are the most widely used EMI shielding material due to its good performance, but limitations such as weight, process, and corrosion limits use in wearable or portable devices. Our lab aims to replace metal based EMI shielding by using non-metal materials with good electrical conductivity & mechanical property, such as carbon nanotube and graphene, to develop practical and effective EMI shielding technology.
전자-통신기기의 발달 및 사용이 급격하게 늘어나면서 전자기장은 인체에 부정적인 영향 및 주변 전자기기의 오작동을 유발하고 이는 사회적으로 큰 이슈가 되고 있다. 이로 인해 전자기장 간섭 차폐(Electro Magnetic Interference Shielding) 연구분야는 일상생활뿐만 아니라 국가안보 및 항공 우주 산업에서 지대한 관심을 받고 있다. 기존에는 전자기장간섭 차폐를 위해 금속을 이용하여 전자기장을 반사 및 산란 시키는 방법과 자성체 및 유전체를 이용하여 전자기장을 흡수하는 두 가지 방법이 주로 연구되고 있다. 가장 많이 이용되는 재료인 금속은 전자기장 간섭 차폐 성능은 좋지만 무게, 공정, 부식, 등의 한계가 존재할 뿐만 아니라 웨어러블, 포터블 한 기기에서의 활용이 제한된다. 본 연구단은 금속 기반의 전자기장 간섭 차폐가 아닌 탄소나노튜브, 그래핀 등과 같이 전기전도성 및 기계적인 성질이 우수한 재료를 이용하여 실용적이고 효과적인 전자기장 차폐 기술을 개발하는 것을 목표로 하고 있다.
4D Printing
4D 프린팅
3D printing is the realization of a three dimensional structure by extruding various materials into two dimension planar structures and stacking them. Termed as the third industrial revolution, 3D printing is being used in many fields from everyday life to specialized fields including industry, engineering, and medical. Recently going beyond simple 3D structures, 4D printing technology, 3D printing smart materials that responds to external stimuli such as light, heat, and humidity, is emerging as the next generation research area.
Our lab is researching functional materials that are durable, sensitive, and fast responsive to external environment and apply it in the next generation technology 4D printing to fabricate realize environmentally sensing and self-powered artificial muscles. Furthermore, converging with our lab’s energy generation/storage technology, we are aiming for “5D printing”, a new concept beyond 4D printing where two or more complex functions exist.
3D printing은 다양한 재료를 분사하여 2차원의 면 구조를 층층이 쌓아가며 3차원의 입체구조를 구현하는 것이다. 제3의 산업혁명이라고 불리는 이 기술은 산업, 공업, 의료분야 등의 전문분야부터, 일상생활에 이르기까지 다양한 방면에서 사용이 되고 있다. 최근에는 단순한 3차원 구조를 넘어 빛, 열, 습도, 등의 외부자극에 반응하는 기능성 재료(smart material)를 이용하여 3D printing 하는 4D printing기술이 차세대 연구분야로 대두되고 있다.
본 연구단에서는 외부환경에 민감하고, 빠르게 반응하며, 우수한 내구성을 가지는 기능성 재료를 개발하여 환경감응형 자가구동 인공근육을 차세대 기술인 4D printing을 통하여 구현하고자 한다. 뿐만 아니라, 본 연구단의 에너지생성/저장 기술과 융합하여 4D printing를 넘어선 2가지 이상의 복합적 기능을 가진 새로운 개념의 “5D printing”을 구현하고자 한다.