• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.4-4
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• 2010

박막의 물성을 분석하는 방법에는 광학을 이용한 분광학 분석법과 나노크기의 tip을 이용한 나노트라이볼로지 분석법이 대표적이라 할 수 있다. 분광학 분석법에는 주로 X-ray 회절분석, Raman 분광기, IR 분광기 등등이 가장 대표적으로 사용되어지는 분석 장치들이다. 이러한 분광학 분석은 광학을 시료에 조사하여 이로부터 획득되는 강도(intensity)를 분석하는 방법으로 간접적인 분석이라 할 수 있다. 이에 반하여 나노트라이볼로지는 나노크기의 tip을 이용하여 시료 표면을 직접적인 방법으로 분석하여 시료의 형상, 탄성, 강도, 마찰력 등의 정보를 제공하며, tip에의 전기적 신호를 부과하여 시료 표면의 국부적인 potential, electric current를 측정하게 된다. 이에 해당되는 대표적인 분석 장치로는 nano-indenter system과 SPM (Scanning Probe Microscopy)이 있다. 따라서, 이 논문에서는 나노트라이볼로지의 대표적인 장치인 nano-indenter system과 SPM에 대한 간단한 원리를 소개하고 다양한 분야에 대한 실제적인 분석을 사례를 통하여 나노트라이볼로지의 가치를 확인하고자 한다.

• Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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• v.19 no.1
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• pp.33-42
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• 2002

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.133-133
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• 2011

최근 연구중인 소자들의 크기가 점차 나노 크기를 가짐에 따라서 나노 영역에 대한 물성 분석 연구의 필요성이 대두되고 있다. 특히 나노 크기를 가지는 소자에 대한 기계적 특성은 기존의 마이크로 이상의 소자와는 다른 특성을 보이는 것으로 보고되고 있다. 그러나 이러한 나노 크기에 대한 연구에서 대부분을 차지하는 분광학적, 전기적 방법은 측정 영역 한계와 일정 깊이에 대한 평균적인 정보를 제공하게 된다. 본 연구에서는 나노트라이볼로지 분석의 대표적인 Nano-indenter와 Scanning Probe Microscopy(SPM) 분석을 통하여 박막의 수 혹은 수십 나노 미만의 영역과 깊이에 대한 기계적 물성을 연구하였고, 이를 기반으로 수십 나노 이하 두께를 가지는 W-N 확산박지막에 대한 연구를 실시하였다. 연구 결과에 의하면, 박막의 표면 hardness는 박막의 두께가 감소함에 따라서 4.19 GPa에서 3.51 GPa로 감소하였고, Weibull modulus를 통한 박막의 균일도는 2.75에서 7.91로 급격히 증가하는 현상을 나타내었다. 또한 SPM의 Kelvin probe force microscopy (KPFM), Force modulation microscopy (FMM) mode를 활용하여 표면에서의 Nitrogen 흡착에 의한 영상, 전기적 및 표면 탄성에 대한 연구를 실시하였다.

• Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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• 1997.10a
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• pp.14-14
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• 1997

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.182-182
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• 2010

나노 소재의 물성을 측정하기 위하여 대부분의 연구 구룹에서는 크게 두 가지 분석 기법인 분광학을 이용한 분석과 나노트라이볼로지를 이용한 분석을 사용하고 있다. 분광학을 이용한 분석에는 NMR, IR, Raman, SEM, TEM 등이 대표적이라 할 수 있고, 나노트라이볼로지를 이용한 분석에는 AFM, EFM, KFM, Nano-indenter 등의 탐침을 이용한 측정 기법이 대표적이다. Nano-indenter는 물질의 탄성 및 경도를 측정 할 수 있으며 이를 통해 물질의 특성을 연구하는데에 사용된다. 그러나 이런 Nano-indenter의 압입 실험에서는 그 결과값이 압입 조건 등의 통제변수의 함수가 될 것이다. 이를 확인하고 변화값의 parameter를 추출하기 위하여 본 실험에서는 이런 압입 조건 중 Load - Hold - Unload force의 속도 및 시간을 변화시켜 물질의 탄성계수와 경도가 어떻게 변하는지에 대한 역학관계를 연구하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2006.04a
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• pp.31-31
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• 2006

• Tribology and Lubricants
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• v.39 no.3
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• pp.111-117
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• 2023

This paper presents an experimental investigation of the tribological characteristics of PTFE composites filled with nano CuO particles under low sliding speed and load. All the specimens were prepared by sintering. Before sintering, the mixture of PTFE powder and CuO particles were mixed by a high-speed mixer using CuO volume fractions of 0.2 vol. % and 5 vol. %. Each mixture was sintered at 350 ℃ for 30 min on the steel disk. We conducted ball-on-disk sliding test an hour using a steel ball against PTFE composites, including pure PTFE. The load and sliding speed used was 2 N and 0.01 m/s, respectively. Adding nano CuO particles increases the friction coefficient because of the abrasiveness of hard nano CuO particles. The highest coefficient of frictions was obtained from 5 vol. % CuO. Conversely, the lowest wear of the composites was obtained from the 5 vol. % CuO nanocomposite. This study reveals that the addition of nano CuO particles can lower the wear of PTFE, despite an increase in the coefficient of friction. However, the coefficient friction is still moderate compared to other engineering polymers. In addition, the amount of CuO nano particles has to be optimized to reduce friction and wear at the same time.

• Tribology and Lubricants
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• v.19 no.5
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• pp.245-250
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• 2003

Water is known to playa crucial role on friction of moving parts in nanoscale contact. Little is, however, known about the tribological behavior of a solid surface that is covered with water adsorption layer. The objective of this study is to investigate the nanotribological behavior of the water layer in relation to water affinity of the surface and relative humidity. This paper presents an examination of the frictional behavior of water adsorption layer as 'confined liquid film'. It is shown that the friction is inversely proportional to the hydrophilicity of surface and relative humidity. On the other hand, friction of hydrophobic surface is not influenced by relative humidity. A model is proposed for the water-mediated contact in which it is shown that the water layer between two hydrophilic surfaces with high relative humidity behaves as a lubricant.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.703-703
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• 2013

다이아몬드상 탄소 박막(Diamond-like carbon, DLC) 박막은 낮은 마찰 계수, 높은 내마모성, 화학적 안정성, 적외선 영역에서의 높은 투과율 등의 장점을 바탕으로 MEMS (Micro-Electro Mechanical System) 소자와 MMAs (Moving Mechanical Assemblies)의 고체윤활코팅, 마그네틱 미디어와 하드디스크의 슬라이딩 표면 등 다양한 분야에 코팅소재로써 응용되어왔다 [1,2]. 현재 전기철도용 집전판은 마찰이 적고 전도성을 지니는 카본 소재로 구성되어 있다. 그러나 그 마모 비율이 너무 심하여 이를 개선할 수 있는 방안으로 고경도 저마찰력을 지니는 DLC 박막을 코팅 소재로써 제안하고자 한다. 그러나 기존에 DLC 박막은 절연특성이 매우 우수하기 때문에 기존에 전도성을 지니는 카본 집전판에 적용하기에는 어려움이 따른다. 따라서 DLC 박막 내에 실리콘(Si) 또는 금속(Metal)을 첨가시키거나, 금속 중간층을 포함시켜 전기적으로 전도특성을 향상시키는 방안이 제시되고 있으며, 본 연구에서는 DLC 박막과 유사하게 우수한 경도특성을 지니고, 낮은 마찰계수등을 지니는 비정질 탄소박막을 연구하여 카본 집전판에 코팅하고자하며, 특히 비정질 탄소박막에 금속 Ti를 도핑하여 집전판과의 접착력과 전기적 전도 특성을 향상시키고자 한다. Ti가 도핑된 탄소박막(TiC) 박막은 비대칭 마그네트론 스퍼터링(unbalanced magnetron sputtering; UBMS) 시스템을 이용하여 제작하였으며, 스퍼터링 조건 중 기판에 인가되어지는 기판온도에 따라 변화되어지는 TiC 박막의 트라이볼로지(Tribology) 특성을 고찰하고자 하였다. 증착시 기판온도의 증가는 TiC 박막의 경도, 마찰계수 특성등 트라이볼로지 특성을 향상시켰으며, 전기적 전도 특성을 향상시켰다. 이러한 결과는 스퍼터링 방법에 의해 증착되어진 TiC 박막내에 존재하는 sp2 결합과 관계가 있음을 확인할 수 있으며, 트라이 볼로지 특성은 TiC 박막내에 sp2 탄소결합의 비율 증가와 관련되어졌다. 특히 sp2 탄소결합은 TiC 박막 증착시 증가된 기판온도와 밀접한 관계가 있으며 기판온도의 증가에 따라 나노결정 클러스터의 크기와 수의 변화와 밀접한 관계가 있음을 확인하였다. 결국 기판온도는 TiC 박막의 트라이볼로지 특성을 향상시켰으며, 전기적 특성 또한 향상시켜 전기철도 집전판에 응용을 위한 소재로 평가할 수 있다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.19 no.5
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• pp.360-364
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• 2010

Most research groups used two analysis methods (spectroscopy and nanotribology) to measure the mechanical properties of nano-materials: NMR (Nuclear Magnetic Resonance), IR (Infrared Spectroscopy), Raman Spectroscopy as the spectroscopy method and AFM (Atomic Force MicroScope), EFM (Electrostatic Force Microscope), KFM (Kelvin Force Microscope), Nanoindenter as the nanotribological one. Among these, the nano-indentation technique particularly has been recognized as a powerful method to measure the elastic modulus and the hardness. However, this technique are prone to considerable measurement errors with pressure conditions during measurement. In this paper, we measured the change of elastic modulus and hardness of an Al single crystal with the change of load, hold, and unload time, respectively. We found that elastic modulus and hardness significantly depend on load, hold, and unload time, etc. As the indent time was shortened, the elastic modulus value decreased while the hardness value increased. In addition, we found that elastic modulus value was more sensitive to indent load, hold, and unload time than the hardness value. We speculate that measurement errors of the elastic modulus and the hardness originate from the residual stress during indenting test. From our results, the elastic modulus was more susceptible to the residual stress than the hardness. Thus, we find that the residual stress should be controlled for the minimum measurement errors during the indenting test.