• 한국산업융합학회 논문집
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• 제26권1호
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• pp.201-209
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• 2023

Recently, fiber-reinforced composites have been widely used in various industrials fields. In this study, the mechanical behavior, especially fracture behavior, of biomimetic fiber-reinforced composites subjected to pressure loading was analyzed using finite element analysis (FEA). The fiber alignments in the biomimetic composites formed a helicoidal structure, wherein a stacking sequence involved a gradual rotation of each ply in the multi-layered laminated composites. For comparison, cross-ply composite samples with fibers arranged at 0° and 90° were prepared and analyzed. In addition, the mechanical behavior was analyzed based on combinations of the stacking sequence of carbon-fiber composites and glass-fiber composites. The FEA results showed that, when compared with the cross-ply samples, the mechanical properties of the biomimetic composites were considerably improved under pressure loading, which was applied to one side of the composites. Thus, the biomimetic helicoidal structure significantly improved the mechanical properties of the composites. Placing materials having high elasticity and strength in the outermost layers (the layer of the side on which pressure was applied and the opposite side layer) of the composites also significantly contributed to improving the mechanical properties of the composites.

• Composites Research
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• 제32권1호
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• pp.50-55
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• 2019

본 연구에서는 생체모방 섬유강화 복합재에서 섬유의 나선형 구조의 배열이 복합재의 기계적 물성에 미치는 영향을 연구하였다. 유한요소해석을 이용해 원형의 생체모방 섬유강화 복합재를 구성하였고, 다양한 크기의 압력하중을 복합재 면에 적용시켜 굽힘과 파괴 거동의 결과를 분석하였다. 섬유의 정렬 방향에 따라 파괴 형상이 다르게 나타났고, 복합재에서 섬유의 나선형 구조 배열이 압력하중하에서 복합재의 굽힘 파괴강도를 크게 향상시키는 것으로 나타났다. 이는 섬유가 각 층별로 여러 방향으로 정렬되어 외부하중에 의한 파괴에너지가 여러방향으로 분산되는 것에서 기인한다.

• Composites Research
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• 제23권4호
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• pp.1-6
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• 2010

진주조개를 모방한 생체모방 복합재료의 저속충격 하에서의 동적 거동에 대해 연구하였다. 이러한 복합재료는 단백질과 미네랄 층이 계층구조를 이루고 있다. 유한요소해석을 사용하여 복합재료의 충격거동을 해석하였다. 복합재료의 계층구조가 동적 거동에 미치는 영향을 고찰하였다. 생체모방구조물은 계층구조의 차수가 높아짐에 따라 저속충격에 대해 충격지점에서 구조물이 받는 최대 응력과 변위, 접촉하중을 감소시킨다.

• 제어로봇시스템학회논문지
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• 제18권3호
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• pp.188-192
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• 2012

In this study, a carbon nanotube (CNT) flexible strain sensor was fabricated with CNT based epoxy and rubber composites for tactile sensing. The flexible strain sensor can be fabricated as a long fibrous sensor and it also may be able to measure large deformation and contact information on a structure. The long and flexible sensor can be considered to be a continuous sensor like a dendrite of a neuron in the human body and we named the sensor as a biomimetic artificial neuron. For the application of the neuron in biomimetic engineering, an ANMS (Artificial Neuron Matrix System) was developed by means of the array of the neurons with a signal processing system. Moreover, a strain positioning algorithm was also developed to find localized tactile information of the ANMS with Labview for the application of an artificial e-skin.

• 한국세라믹학회지
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• 제44권4호
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• pp.198-201
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• 2007

Multi-walled carbon nanotube (M-CNT)/Nafion nanocomposites were prepared by solution casting to elucidate the effect of M-CNT addition, from 0 to 7 wt%, on the viscoelastic behavior of the composites. The M-CNT bundles induced by the Nafion polymer were determined to be uniformly distributed for the 1 wt% M-CNT/Nafion nanocomposites. The 1 wt% M-CNT/Nafion composite exhibited the highest blocking stress of 2.3 kPa due to its high elastic modulus of 0.485 GPa. From a dynamic mechanical analysis, the 1 wt% M-CNT had the highest storage and loss moduli compared with the other samples in all frequency and temperature ranges. From the storage modulus data, the M-CNT loaded composites had similar $T_g$ values near $120^{\circ}C$. The glass transition temperatures of the M-CNT loaded composites were $120^{\circ}C$ (1 wt%), $117^{\circ}C$ (3 wt%), $117^{\circ}C$ (5 wt%), and $135^{\circ}C$ (7 wt%), suggesting that the effect of the M-CNTs on the Nafion film begins at 1 wt%. Thus, it has been concluded that the 1 wt% M-CNT disported composite is attractive for actuator applications.

• 한국복합재료학회:학술대회논문집
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• 한국복합재료학회 1999년도 추계학술발표대회 논문집
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• pp.234-238
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• 1999

This study suggests the design of the functionally gradient composite, [0/90/0/core]$_s$ cross-ply laminate, to prevent stress concentration induced from the difference of rigidity between the bone and the artificial hip joint and to reinforce the wear property of the surface and the expectation of their mechanical properties. First, the four-point bending test is done about wet bones and dry bones to know the mechanical properties of the cortical bones. In result, the wet bone shows the viscoelastic behavior and the dry bone shows the elastic behavior. Moreover, we expect the properties of the proposed gradient composites as a function of carbon fiber volume fraction in each layer to apply Halpin-Tsai equation, CLPT(classical laminate plate theory), and Bernoulli beam theory etc. and decide the thickness ratio of each lamina in order to match Young's modulus of the anisotropic cortical bone with the proposed gradient composites.

• Composites Research
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• 제13권1호
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• pp.78-88
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• 2000

하이브리드 복합재료는 구조용으로 개발되어 여러 분야에서 응용되고 있으며, 특히 항공산업, 우주산업, 스포츠레저산업, 자동차산업 등에서 그 응용 분야를 확대하고 있다. 섬유 보강 고분자 복합재료는 비강도, 비강성이 높으며, 물리 화학적 성질, 동적 특성, 트라이볼로지 특성 등이 우수하여 고부가가치를 가지는 부품이나 성형물을 생산할 수 있다. 이러한 하이브리드 복합재료는 치차, 베어링, 캠, 씨일 등의 마찰부품으로도 사용가능성이 매우 높으며, 하이브리드 복합재료의 구조를 적절히 설계함으로써 일정한 하중에 견디며, 마찰마모특성이 뛰어난 바이오미메틱 재료로서 사용될 수 있다. 복합재료의 마찰 및 마모 특성을 규명하기 위하여 마찰 및 마모시험기를 설계하여 제작한 후 일방향 섬유복합재료의 마찰 및 마모 성질을 측정하였다. 탄소섬유, 아라미드섬유, 유리섬유 등이 포함된 일방향 복합재료의 트라이볼로지 특성을 규명하여 이를 바탕으로 최소마모율이 예상되는 하이브리드 복합재료의 구조를 제안하기 위하여 유리섬유복합재료, 탄소섬유 복합재료, 아라미드섬유 복합재료의 마찰 및 마모특성을 측정하였다. 그 결과 섬유복합재료의 마찰 및 마모성질은 섬유의 배향과 활주속도 및 보강섬유의 종류에 따라 변화함을 알았다. 각 시편에 대한 실험결과를 분석하여, 탄소섬유와 아라미드섬유가 하이브리드화 된 복합재료의 구조를 제안하고 그 시편을 제작하여 실험하였고 결과를 분석하였다.

• The Korean Journal of Ceramics
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• 제5권3호
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• pp.265-269
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• 1999

Polyethylene was modified with silanol groups on its surface by photografting of vinyltrimethoxysilane in vapor phase by using benzophenon as a polymerization initiator and by hydrolyzing the methoxysilane groups into the silanol groups with HCI solution. The modified polyethylene formed a dense and homogeneous apatite layer on its surface in a solution with ion concentrations 1.5 times those of human blood plasma within 21 days. This kind of biomimetic process could provide techniques for fabricating apatite-polymer composites with three dimensional structure analogous to the natural bone.

• 한국결정성장학회지
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• 제15권3호
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• pp.108-113
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• 2005

부드럽지만 큰 변위를 발생시키는 생체모방 액츄에이터는 관심의 대상이 되어왔다. 특히, 듀폰사의 나피온 고분자는 작은 전기장하에서도 큰 변위를 나타내었다. 전기기계적 특성을 향상시키기 위하여 탄소나노튜브/고분자 나노복합체를 제조하였다. 다중 탄소나노튜브/나피온 나노복합체를 캐스팅법으로 제조하고 탄소나노튜브 첨가량에$(0{\sim}7wt%)$ 따른 나노복합체의 전기기계적 특성을 조사하였다. 탄소나노튜브가 첨가된 나노복합체는 탄소나노튜브가 없는 고분자 액츄에이터와 비교하여 우수한 탄성계수와 응력이 관찰되었다. 다중 탄소나노튜브의 첨가는 고기능성 생체모방 액츄에이터 특성을 증진시키는데 효과적이었다.

• 폴리머
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• 제29권3호
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• pp.221-230
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• 2005

복합재료에 있어서 계면상호작용과 상계면은 이를 구성하고 있는 성분의 함량이나 형태 또는 구조와는 관계없이 입자가 충전된 고분자 또는 고분자 블렌드, 섬유강화 복합재료, 나노복합재료 그리고 생체재료 등의 기본적 물성에 매우 중요한 역할을 한다 계면접착에 영향을 미치는 주요 성분들의 역할에 대한 인식과 이에 따른 적절한 표면처리는 관련기술로의 적용뿐만 아니라 다른 여러 연구 및 개발 분야에도 중요한 기술적 진보를 가져다준다. 그러나 모든 복합재료에서 계면과 상계면의 역할이 중요할지라도 이러한 표면처리 방법은 특정 시스템의 특성뿐만 아니라 그 목적에 맞게 적절하게 선택되어야 한다. 본 연구에서는 복합재료 시스템의 두 성분간의 계면상호작용을 향상시켜 최종 복합재료의 요구 물성을 증가시키기 위하여 여러 종류의 표면처리를 행하였으며, 그 결과들에 대하여 고찰하였다.