• 기계와재료
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• 제23권4호
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• pp.60-71
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• 2011

자연은 인류가 상상하는 것보다 훨씬 지혜롭다. 그 지혜로움은 인류가 사는 기반을 제공하고 있으며, 인류에게 많은 가르침을 제공할 수 있다. 여러 가지 자연의 지혜로움 중 가장 주목을 받고 있는 것은 자연에 존재하는 표면이다. 식물의 잎이나 동물의 피부를 이루고 있는 표면은 오랜 시간 외부환경과 상호작용을 하며 최적의 상태로 발전하면서 본연의 기능을 최대화하고 있다. 이 논문에서는 최근까지 밝혀진 자연에 존재하는 표면의 비밀과 이를 우리생활에 도입하기 위한 연구자들의 시도들을 소재하고자 한다.

• 기계와재료
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• 제23권4호
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• pp.46-58
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• 2011

홍합은 수중 환경에서 다양한 표면에 강하게 붙어서 자라는 수중 생물이며, 이러한 홍합의 특이적인 접착능력은 많은 연구자들에게 관심을 받고 있다. 홍합의 접착력에 관여하는 화학적 작용기를 모방한 폴리도파민/폴리노르에피네프린 표면 개질 기술은 자연의 홍합이 가지는 특성을 그대로 가지고 있어 수용액 상의 조건에서 표면의 성질에 관계없이 거의 모든 표면에 뛰어난 접착력을 나타낸다. 이러한 자연 모방 표면 개질 기술은 다양한 생체/에너지 재료, 신소재 복합 재료 등의 개발에 응용되고 있으며, 다양한 분야에서 활용될 수 있다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2012년도 추계총회 및 학술대회 논문집
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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.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.86-86
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• 2013

자연은 인류가 삶은 유지하는 터전이다. 자연을 사전에서 찾아보면 "1. 사람의 힘이 더해지지 아니하고 세상에 스스로 존재하거나 우주에 저절로 이루어지는 모든 존재나 상태, 2. 사람의 힘이 더해지지 아니하고 저절로 생겨난 산, 강, 바다, 식물, 동물 따위의 존재. 또는 그것들이 이루는 지리적 지질적 환경"의 의미를 갖는다고 풀이되어 있다. 이러한 자연에는 인간이 배울 많은 지혜로움이 존재한다. 최근 이러한 자연의 지혜로움을 배워 공학적으로 응용하려는 시도가 이루어지고 있다. 특히 나노/마이크로 구조를 가지면 고유의 고효율/고기능 특성을 구현하는 자연의 표면을 배우고자 하는 연구가 활발하다. 연잎의 자기세정, 나방 눈의 반사방지, 몰포나비 날개의 구조색, 게코발바닥의 건식접착, 나미브사막 딱정벌레의 안개포집 등이 대표적인 나노/마이크로 구조를 기반으로 하는 기능성 자연표면의 대표적인 사례들이다. 본 발표에서는 이러한 자연의 나노구조를 기반으로 하는 기능성 표면과 이들이 어떻게 응용될 수 있는지 소개하고자 한다.

• 기계와재료
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• 제22권3호
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• pp.50-65
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• 2010

2001년과 10년 후인 2010년 Nature지에 나미브사막 딱정벌레와 거미줄이 특수한 표면 성질을 이용하여, 에너지의 사용 없이 공기 중의 수분을 수집하고, 이를 식수로 활용하고 있다는 연구논문이 발표되었다. 자연을 고려하고 이들과 함께 하는 삶이 우리가 가야할 방향임을 틀림없는 현시점에서 이러한 연구들이 시사하는 바는 매우 크며, 자연의 지혜를 배운 고효율화되고 친환경적인 과학기술 발전이 절실하다. 이 글에서는 이와 관련하여 에너지를 최소화하면서 물을 수집할 수 있는 기능성 표면을 이용한 공기 중 수분수집 기술에 대하여 연구동향과 특허동향, 응용분야 및 응용제품들의 시장성에 대해 간략히 기술한다.

• EDISON SW 활용 경진대회 논문집
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• 제5회(2016년)
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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.

• 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.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2016년도 추계학술대회 논문집
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• pp.150-150
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• 2016

디스플레이, 센서 등 전자소자는 소형화 단계를 지나 인체 부착형 소자로의 발전을 요구하고 있다. 부착형 소자에서는 접착력과 큰 마찰력이 필요하지만 마찰특성이 더 중요하므로 인체 및 물체의 마찰을 위해서는 다양한 표면에 대항하는 마찰 특성과 내구성이 요구되며 이를 위해 개코도마뱀 또는 딱정벌레, 말벌날개와 같은 자연모사형 건식 마찰 방식에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 기존 폴리머를 이용하여 자연모사형 마이크로/나노 구조 형성은 기계적으로 가공된 금형 몰딩을 통한 매무 복잡한 공정을 요구된다. 본 연구에서는 이러한 복잡한 공정을 통한 마찰재 제작을 단순화하기 위해서 플라즈마 표면처리를 활용하여 나노구조 형성하는 방법을 소개하고자 하며, 건식 접착 및 마찰용 폴리머 소재(PDMS(Poly dimethyl siloxane))에 따른 표면구조 변화와 표면에너지 및 화학결합 변화에 대한 연구를 수행하였다. 플라즈마 표면처리를 위해서 자체 개발한 선형이온소스를 활용하였으며 입사에너지에 따라 표면형상 변화를 주사전자현미경을 활용하여 관찰하였다. 표면에너지 변화는 접촉각측정기를 활용하였으며, Tribology tester(Ball on disk)를 활용하여 마찰특성을 평가하였다. PDMS(Poly dimethyl siloxane)는 입사에너지가 증가함에 따라 주름형태 구조 크기가 증가하는 것을 관찰하였고, 플라즈마 처리를 통해 표면에너지 및 마찰력 증가를 관찰하였다. 그리고 플라즈마 처리 후 표면에너지 변화인 FOTS(Trichloro-(1H,1H,2H,2H- perfluorooctyl) silane) 처리를 통하여 표면에너지 감소와 마찰력이 절반으로 감소하였다. 본 연구 결과는 나노구조에 따라 표면형상 및 표면에너지 변화에 따른 PDMS의 마찰력 변화를 확인하였고, 이러한 특성을 활용하여 마찰재와 피부 부착형 접착 패치에 응용이 가능할 것으로 기대된다.

• Elastomers and Composites
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• 제44권3호
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• pp.244-251
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• 2009

최근 들어, 자연의 기능성 표면을 모사하여 공학적으로 이용하려는 연구가 전세계적으로 급격히 증가하고 있다. 자연계에 존재하는 표면의 여러 기능을 우리 생활에 응용할 수 있다면, 현재 인류가 직면하고 있는 환경오염, 에너지고갈, 물/식량 부족 등의 문제들을 해결하는데 큰 도움이 될 뿐만 아니라, 우리가 일상생활에 사용하는 많은 제품들의 표면 기능을 고도화시킬 수 있기 때문이다. 이 글에서는 다양한 기능을 가진 자연의 표면 중 마이크로/나노구조물을 이용하여 초발수 특성을 갖는 표면에 대하여 살펴보고 초발수 표면의 이론적인 배경 및 초발수 표면을 구현하기 위한 여러 연구들에 대하여 소개하고자 한다.

• 대한기계학회논문집 C: 기술과 교육
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• 제1권2호
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• pp.211-219
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• 2013

기후가 무덥고 습해지면서 제습기의 사용이 증가하고 있지만, 제습기의 에너지 소비가 크고, 전기제품의 사용 증가로 인하여 전력이 부족하기에 제습기의 사용이 보편화되지 못 하고 있다. 제습기술은 오랜 시간 동안 최적화된 기술로써 기존기술을 바탕으로 에너지 효율을 높이는 데에는 한계에 도달했다고 볼 수 있다. 하지만, 높은 에너지 효율, 즉 소비전력이 낮으면서 제습성능이 높은 제습기의 개발 요구가 계속되고 있고, 그 해답은 자연모사기술에서 찾을 수 있다. 이 논문에서는 상용품인 제습기의 소비전력을 분석하고 자연에서 무동력으로 공기 중의 수분을 포집하는 딱정벌레 등껍질이나 식물들로부터 영감을 얻어 에너지 효율을 증가시킬 수 있는 아이디어를 살펴보고자 한다.