초록 ▼

연구의 목적 및 내용
대부분의 산업용 소재들은 소재 자체로서 매우 복잡한 미세구조를 가지며, 이러한 복잡성은 가공 단계를 거치면서 더욱 증폭되어 많은 문제를 유발시킨다. 소재 자체로서 그리고 가공 중에 발현되는 비선형성 및 불균일성은 제품의 품질과 생산성에 나쁜 영향을 주게 되지만, 이에 대한 연구는 체계적으로 수행된 적이 없다. 본 연구의 목적은 이와 같이 복잡 유체가 가지는 유동 특성을 파악하여 공정을 제어하고, 소재 및 공정 설계를 위한 가이드라인을 제공할 수 있는 연구 플랫폼을 구축하여 새로운 학문 분야를 선도하고 국가

연구의 목적 및 내용
대부분의 산업용 소재들은 소재 자체로서 매우 복잡한 미세구조를 가지며, 이러한 복잡성은 가공 단계를 거치면서 더욱 증폭되어 많은 문제를 유발시킨다. 소재 자체로서 그리고 가공 중에 발현되는 비선형성 및 불균일성은 제품의 품질과 생산성에 나쁜 영향을 주게 되지만, 이에 대한 연구는 체계적으로 수행된 적이 없다. 본 연구의 목적은 이와 같이 복잡 유체가 가지는 유동 특성을 파악하여 공정을 제어하고, 소재 및 공정 설계를 위한 가이드라인을 제공할 수 있는 연구 플랫폼을 구축하여 새로운 학문 분야를 선도하고 국가 산업 발전에 필요한 핵심 기반 기술을 개발함으로써 국가 산업 발전에 기여하고자 하는 것이다.
연구결과
본 과제는 기존의 학문 영역을 벗어나, 단순한 전단 유동이 아니라 보다 복잡한 유동 환경에서의 소재의 응답 특성에 대한 연구, 기존의 방법으로 측정이 용이하지 않았던 저점도/저탄성 유체 및 고농축 입자계의 유동 특성에 대한 연구, 유동과 전자기장의 결합에 의한 입자계 유체의 유동 특성에 대한 연구, 생체 물질과 같이 매우 불균일한 유체의 유동 특성에 대한 연구를 진행하였다. 또한 이를 위한 실험 플랫폼을 구축함으로써 이들 복잡 유체들의 복잡 유동 환경에서의 흐름 특성을 이해하고, 이를 차세대 산업 공정에 적용하여 국가 산업 경쟁력을 획기적으로 강화할 수 있는 기반을 구축하였다. 비선형 유동 특성을 이해하기 위해서 다양한 형태의 복잡 유동을 설계하여 유발시키고 이에 대한 유체의 응력 응답을 측정/분석함으로써 유체의 비선형적 동적 특성과 이의 유동 환경과의 상관관계를 규명하였다. 특히 유동장, 전단유동과 압축유동 등의 복합 유동 환경 하에서의 복잡 유체의 비선형 거동에 대해 연구를 진행하였다. 미세 유변 특성을 이해하기 위해서는 관심 영역에 추적 입자들을 산포시켜 이들의 브라운 운동을 직접 추적/관찰하여 이로부터 소재의 불균일하고 국부적인 동적 특성을 구해낼 수 있는 방법론을 개발하고 이를 필름의 건조 등 새로운 연구 영역에 적용함으로써 산업적 수요에 대응하고자 한다.
연구결과의 활용계획
소재 가공 공정의 핵심 기술로서 비선형 및 미세 유변기술을 주목한 개념은 과거 제시된 바 없다. 연구 개발 결과는 새로운 학문 분야의 창출 및 선도라는 학문적 성과로서 가지는 의미 외에도 산업 현장에 반영하여 산업체의 한계 기술을 극복하고 연구 생산성을 높이게 될 것이다. 본 연구는 특정 산업을 대상으로 하기보다는 다양한 산업에 걸친 공정 기술에 관한 것인 바, IT, BT, ET 등 거의 전 산업 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 보다 구체적으로는 디스플레이 관련 광학 필름의 제조 및 잉크젯 공정 개발 등 IT분야, 바이오 필름이나 다양한 생체 시스템에 대한 BT 분야, 배터리 및 태양 전지에 사용되는 입자계 슬러리의 코팅과 관련한 ET 분야 등에 기여할 것으로 기대된다.

Abstract ▼

Purpose& contents
The materials used in most industries are complex and heterogeneous in nature, and the processing often leads to unstable and non-uniform products. The nonlinearity which arises from both material and processing significantly deteriorates the product quality and productivity, bu

Purpose& contents
The materials used in most industries are complex and heterogeneous in nature, and the processing often leads to unstable and non-uniform products. The nonlinearity which arises from both material and processing significantly deteriorates the product quality and productivity, but has rarely been studied systematically. The goal of this research is to overcome this difficulty of manipulating the complex materials and to develop a platform which will provide a guideline for design and control of complex fluids, by studying the nature of nonlinearity in both aspects of material and processing and their interrelations.
Result
Away from existing research fields, this research includes the study of material response under complex flow field rather than simple shear flow, flow characteristics of low viscous, low elastic fluid and highly filled particulate suspension which was hardly possible to measure. Researches on the flow properties of particulate suspensions under both flow and electric fields, and on the biological systems which are highly nonlinear in nature are also included. By investigating the rheological characteristics of these complex fluid systems, we developed a platform, based on which we can understand and control the response of complex fluids under complex flow fields. We applied this platform and knowledge to emerging industries and will contribute to the competitiveness of national industries. The key technology includes flow control under complex flow fields, control of local dynamics, and heterogeneity control of complex fluids. Nonlinear rheology and particle tracking microrheology was developed and applied for these systems. Combined flow under both electric and flow field, under both shear and compressional flow field was also investigated to approach one step further to realistic flow field.
Expected Contribution
The study on nonlinearity in material design and processing is unique, pioneering, and demanding especially for next generation manufacturing processes. The research will contribute not only to academic society by introducing new concept and leading the research field but also to the emerging industries for high end production and enhanced productivity. This research will contribute to almost all strategic industries including manufacturing optical film, developing inkjet printing process, studying biological systems, manufacturing batteries and slurry coating in solar cell manufacturing.

목차 Contents

• 중견연구자지원사업(핵심연구) 최종보고서 ... 1
• 목 차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 16
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 18
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 93
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 95
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 97
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 98
• 8. 공동연구책임자 대표적 연구실적 ... 99
• 9. 참고문헌 ... 99
• 10. 연구성과 ... 101
• 11. 기타사항 ... 110
• [별첨1] 연구책임자 대 표 연 구 성 과 ... 111
• [별첨2] 공동연구 책임자 대 표 연 구 성 과 ... 116