초록 ▼

□ 연구개요
기술의 발전으로 미시적 열물리 실험 분야가 의욕적으로 발전하고 있음에도 불구하고, 나노 소재에서의 열적 특성에 대한 체계적인 이론적 연구는 부족한 실정이다. 또한 전자 물성을 위한 제일원리 이론 연구가 지금까지 매우 활발히 이루어졌지만, 미시적 열 현상 결정하는 나노수준 포논 역학은 아직 충분히 규명되지 않았다. 이에 따라 제일 원리 포논 거동 이해를 기반으로 하여 나노수준 영역의 열전도, 열전효과, 마찰 등 열물리 현상을 체계적으로 이해하기 위한 이론적 활동의 필요성이 커지게 되었다.
본 연구의 목표는 제일

□ 연구개요
기술의 발전으로 미시적 열물리 실험 분야가 의욕적으로 발전하고 있음에도 불구하고, 나노 소재에서의 열적 특성에 대한 체계적인 이론적 연구는 부족한 실정이다. 또한 전자 물성을 위한 제일원리 이론 연구가 지금까지 매우 활발히 이루어졌지만, 미시적 열 현상 결정하는 나노수준 포논 역학은 아직 충분히 규명되지 않았다. 이에 따라 제일 원리 포논 거동 이해를 기반으로 하여 나노수준 영역의 열전도, 열전효과, 마찰 등 열물리 현상을 체계적으로 이해하기 위한 이론적 활동의 필요성이 커지게 되었다.
본 연구의 목표는 제일원리 연구를 기반으로 나노수준에서 나노/에너지/열전 소재의 포논역학을 이해하고 제어하는 설계원리를 도출하는 것이다. 이를 위해서 (1) 다양한 저차원계에 대한 제일원리 포논역학 연구를 수행하고, (2) 제일원리 열전 특성 분석 방법론을 개발하며, (3) 계면에서의 나노 마찰력의 동작 메커니즘을 이해하는 것이다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구는 제일원리 계산을 기반으로 다양한 저차원 물질에서 포논을 매개로 하는 열전현상과 마찰현상 등의 물리 현상을 심도 있게 연구하는 것을 목표로 하였다. 또한, 3년간 분야 상위 SCI 논문 총 16편을 게재함으로써 정량적인 목표도 달성하였다.
구체적으로 (1) 전자의 투과함수를 통한 계면의 열전력 계산함으로, 열전 이미지 이론을 개선하였다. (2) 포논 투과함수를 이용하여 샘플과 팁 사이 계면 온도 강하 및 열 분포 이해하고, 열전 영상 시뮬레이션 프로그램에 최적화 하였다. (3) 탄소나 노튜브의 벌크 열전력 계산법을 정립하여, 고효율 열전 발전 소재로 활용을 위한 이론적 가이드라인으로 벌크 열전력 계산법을 제시하였다. 또한, 열전달 현상도 심도 있게 다루었는데 (4) 그래핀-금속 계면에서 열 수송방향에 따른 포논특성을 분석하여 나노스케일 열전달에 포논 투과함수의 영향을 이해하였다. 뿐만 아니라 (5) 계면 포논 분석을 바탕으로 그래핀/마이카 계면의 미시적 마찰력의 동작원리를 규명하였다. 이를 이용하여, 마이카와 그래핀 사이에 물/중수소가 침투되는 경우와, 그래핀 유도체의 산화/환원 변화에 따라 달라지는 마찰력의 이론적 원인을 밝혀냈다. 그 외에도, (6) 에너지 물질로 활용 가능한 콜로이드 양자점, 몰리브덴 이황화물 나노 클러스터 표면 제어, 탄소 질화물 분자 흡착 특성 등 다양한 저차원계 물질의 포논 제어 설계 원리를 제시하였다.

□ 연구개발결과의 중요성
본 연구는 학술적으로 중요성이 있을 뿐만 아니라 산업 분야에도 활용 가능성이 있어 기술적으로 중요한 연구개발이다. 계면 열전 현상 기반 열전 영상 이론은 기존의 전자 기반의 현미경과는 상호 보완적인 역할을 할 수 있어 포논 매개로 하는 응집물리의 난제 해결에 선도적인 도구로 사용되리라 기대된다. 포논 기반 나노스케일 마찰력 이론 연구 통해 아직 미지의 영역인 마찰력과 마찰 전기의 근본적인 이해가 가능할 것이다. 기술적인 영역으로 반도체 소자 물성 개발 분야에 열전 이미지 기술이 도입된다면 전자 현미경 분석과 상호 보완 적인 역할을 할 수 있을 것이다. 또한 나노 마찰력과 열소실 이론이 정립된다면 현재 사용되고 있는 나노소자의 열 취약성을 획기적으로 향상시키며, MEMS/NEMS 기계소자 분야에 큰 도움이 될 수 있을 것이다.

(출처 : 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 3
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• (1) 연구개발의 필요성 ... 5
• (2) 연구개발의 최종 목표 ... 6
• (3) 연구개발의 범위 ... 6
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 7
• (1) 전자의 투과함수를 통한 계면의 열전력 계산 ... 7
• (2) 열전 영상 시뮬레이션 프로그램 최적화 ... 8
• (3) 벌크 열전력 계산법 정립 ... 9
• (4) 포논의 투과함수를 통한 계면의 열분포 계산 ... 10
• (5) 계면 포논 분석을 통한 나노 마찰력의 이해 ... 11
• (6) 포논 제어 저차원계 설계원리 ... 13
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 16
• (1) 학술적 기대 ... 16
• (2) 기술적 기대 및 활용 가능성 ... 16
• 4. 참고문헌 ... 17
• 5. 연구성과 ... 19
• 대표적 연구실적 ... 27
• 끝페이지 ... 44