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[국내논문] 레이저를 이용한 마이크로-나노스케일 표면가공 원문보기

기계저널 : 大韓機械學會誌, v.57 no.1, 2017년, pp.52 - 56  

전호정 (한국과학기술연구원 생체재료연구단, 과학기술연합대학원대학교 의공학과)

초록
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금속, 세라믹, 고분자 등 다양한 소재에 적용이 가능한 고출력 광에너지인 레이저 기반의 마이크로-나노스케일 표면가공기술의 기본 원리 및 응용 분야를 소개한다.

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

성능/효과

  • 그림 4의 (c)와 (d)는 니켈 타이타늄합금과 마그네슘 소재에 각각 동일한 에너지와 속도로 레이저를 조사했을 경우의 결과를 보여주고 있으며, 두 경우 모두 레이저광에 의해 녹은 흔적을 볼 수 있다. 소재가 니켈타이타늄인 경우에는 마그네슘보다 녹는점이 높아 레이저광이 조사된 부분에 나노미터 스케일의 주름이 형성되는 반면에 마그네슘의 경우에는 마랑고니 현상이 강하게 나타나면서 마이크로 및 나노스케일이 혼합된 복잡한 형태의 구조물이 형성되는 것을 확인할 수가 있다. 따라서 이러한 현상들을 잘 조합하면 나노미터 수준의 거칠기를 조절할 수 있는 표면가공[그림 4(e)]과 마이크로미터 수준의 거칠기를 조절하는 표면가공[그림 4(f)]을 할 수가 있다.

후속연구

  • 시장규모로 봤을 때는 현재 기술의 상용화가 많이 이루어진 셀프클리닝 유리와 시멘트, 방현성을 가지는 알루미늄과 플라스틱 건축자재를 개발하고 있는 건축자재 시장이 앞으로도 시장의 많은 부분을 차지할 것으로 예상된다. 또한 전자기기 분야가 두 번째로 큰 시장을 차지하고 있으며 초소수성 방수가공, 소유성 가공, 디스플레이용 나노가공 등이 개발될 것으로 전망된다. 연구개발의 전망을 생각해보면, 2018년 이후 시장이 급증할 것으로 예상하고 있는 에너지/환경, 의생명 분야가 촉망되는 연구분야라 할 수 있을 것이다.
  • 또한 전자기기 분야가 두 번째로 큰 시장을 차지하고 있으며 초소수성 방수가공, 소유성 가공, 디스플레이용 나노가공 등이 개발될 것으로 전망된다. 연구개발의 전망을 생각해보면, 2018년 이후 시장이 급증할 것으로 예상하고 있는 에너지/환경, 의생명 분야가 촉망되는 연구분야라 할 수 있을 것이다. 마이크로나노 표면가공 기술은 이차전지, 재생에너지, 연료전지, 셀프클리닝, 촉매, 항균, 조직공학, 생체재료, 바이오센서 등의 에너지/환경/의생명 분야에 적용할 수 있으며, 그림 2에 정리하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
나노 표면가공기술은 어디서 착안받아 개발되었는가? 이처럼 큰 세계시장규모를 갖는 나노 표면가공기술은 주로 자연에 존재하는 마이크로, 나노 구조물에서부터 연구개발 동기부여를 받고 있다. 식물의 잎, 곤충, 도마뱀 발, 갑각류 등의 생태계에 존재하는 동식물의 효율적인 에너지 활용이나 우수한 생존 능력에서 착안하여 흥미로운 구조에 내재된 물리적, 화학적 특성을 규명하는 것으로 연구가 시작된다. 그리고 최근 발달하고 있는 마이크로나노 공정기술을 도입하여 다양한 상업 용도에 적합한 마이크로-나노스케일의 가공된 표면을 설계할 수 있는 가능성이 커졌다.
레이저 표면가공에서 레이저광을 어떻게 열에너지의 공급원으로 사용할 수 있는가? 레이저 표면가공은 레이저광을 에너지원으로 활용하여 소재의 표면에 변화를 일으키는 것이다. 레이저광이 소재에 닿으면 소재의 광학적 특성에 따라 반사 및 흡수되는 에너지의 차이가 발생하며, 흡수되는 레이저광은 열에너지로 전환된다. 즉, 레이저광을 열에너지 공급원으로 활용할 수가 있는 것이다.
표면 마이크로나노 가공 기술이 적용된 대표적인 제품은 무엇인가? 표면 마이크로나노 가공은 수많은 공업적 공정과 상용화된 제품에 적용이 되고 있으며, 대표적으로 초소수성 표면 및 광촉매 코팅 기술이 적용된 셀프클리닝 유리를 예로 들 수 있다. 시장규모로 봤을 때는 현재 기술의 상용화가 많이 이루어진 셀프클리닝 유리와 시멘트, 방현성을 가지는 알루미늄과 플라스틱 건축자재를 개발하고 있는 건축자재 시장이 앞으로도 시장의 많은 부분을 차지할 것으로 예상된다.
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