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연구개요
본 연구는 접촉압력을 분산시킬 수 있는 나노구조 표면의 설계 및 제작을 바탕으로 초미세기계시스템에 적용이 가능한 나노고체윤활/보호코팅 기술을 개발하고자 하는 것이다. 가장 널리 활용되는 마모저감 기술인 고경도 코팅의 단점을 보완할 수 있는 새로운 기술을 개발하고자 하며, 대상 시스템은 나노-마이크로 스케일의 초소형-초정밀 동적 기계시스템이다. 나노물질의 우수한 기계적 특성을 활용하여 접촉응력을 효과적으로 분산시키고 지지하는 ‘응력지지층’과 가혹한 접촉조건을 견뎌내기 위한 ‘표면보호층’, 전단응력과 표면에너지로인한 응착

연구개요
본 연구는 접촉압력을 분산시킬 수 있는 나노구조 표면의 설계 및 제작을 바탕으로 초미세기계시스템에 적용이 가능한 나노고체윤활/보호코팅 기술을 개발하고자 하는 것이다. 가장 널리 활용되는 마모저감 기술인 고경도 코팅의 단점을 보완할 수 있는 새로운 기술을 개발하고자 하며, 대상 시스템은 나노-마이크로 스케일의 초소형-초정밀 동적 기계시스템이다. 나노물질의 우수한 기계적 특성을 활용하여 접촉응력을 효과적으로 분산시키고 지지하는 ‘응력지지층’과 가혹한 접촉조건을 견뎌내기 위한 ‘표면보호층’, 전단응력과 표면에너지로인한 응착마모를 최소화 하기 위한 ‘나노윤활층’으로 나노구조 표면을 설계함으로써 마찰과 마모를 최소화 하고자 하는 것이 본 연구의 방향이다.
이러한 목표를 달성하기 위하여 정밀시험,측정기기를 적극적으로 활용함으로써 나노스케일에서의 거동을 관찰하며, 동시에 기계적 거동과 마찰-마모의 핵심적 메커니즘 규명을 위하여 분자동역학 시뮬레이션을 도입할 것이다. 시뮬레이션을 통한 분석과 실험결과를 상호보완적으로 활용하여 최적의 설계변수를 도출함으로써, 마이크로 스케일에서 마찰계수 0.05 이하, 일반적인 고경도 표면 대비 10배 향상된 마모특성을 확보하는 것이 본 연구의 최종적인 목표이다.

연구 목표대비 연구결과
초미세기계시스템에 사용되는 silicon, glass등의 소재를 대상으로 수직하중 수백 nN ~ 수 mN (500 mgf 이하) 의 사용조건에서 마찰계수 0.05 이하, 고경도 소재기준 마모계수 (혹은 마모율) 10배 저감을 달성하는 나노소재 기반의 저마찰-저마모 고체윤활기술을 개발하는 것을 목표로 하는 것이 기존의 목표이다.
응력지지층으로는 탄소나노튜브(CNT)를 활용하여 우수한 탄성특성을 나타내도록 하였고 표면보호층 및 나노윤활층을 조합하여 우수한 내마모 특성을 갖는 표면설계를 도출하였다. 나노스케일에서는 단순 고경도 소재에 비하여 마모율 수준이 10배이상 성취되었으며, 마이크로스케일에서는 최소 2배에서 5배가량의 우수한 마모율을 획득할 수 있었다.

연구개발결과의 중요성
본 연구개발은 고경도 소재 개발에 치우친 기존의 연구패러다임에 변화를 가져올 수 있는 창의적 결과를 도출하였다고 판단된다. 향후 관련 기술이 보다 성숙해질 경우 내마모 기술의 새로운 학문 분야가 개척되는 한편 신뢰성 높은 정밀기계의 생산에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
특히 무윤활 조건에서 장시간 운용되어야 하는 마이크로 시스템, 초소형 액츄에이터, 항공우주분야에 본 연구개발을 통해 도출된 기술이 적용될 수 있을 것으로 판단된다.

(출처 : 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 3
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• 2.1. 초정밀 마찰/마모 시험기 설계 및 제작 ... 5
• 2.2. 고체윤활제의 나노윤활특성 평가 ... 6
• 2.3. 분자동역학 시뮬레이션을 이용한 나노소재의 특성 평가 ... 7
• 2.4. 탄소나노튜브의 마찰특성 평가 ... 9
• 2.5. 탄소나노튜브의 나노스케일 마모특성 평가 ... 11
• 2.6. 복합박막의 마이크로스케일 마찰/마모특성 평가 ... 12
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 14
• 4. 참고문헌 ... 14
• 5. 연구성과 ... 15
• 대표적 연구실적 ... 18
• 끝페이지 ... 34