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웨어러블 디바이스 구현을 위한 극초단 레이저 직접 묘화 기반 섬유 위 레이저-유도-그래핀 생성
양동욱(D. W. Yang),김영진(Y.-J. Kim) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.5월
웨어러블 디바이스 기술은 시계, 옷, 안경 등의 신체에 부착된 형태로 컴퓨팅을 할 수 있는 전자기기를 말한다. 이 기술은 피트니스/웰빙, 헬스케어 뿐만 아니라 소방, 군사산업과 같은 특수한 상황에서 각광을 받고 있다. 이러한 웨어러블 디바이스를 구현하기 위해 섬유에 전극소재를 형성하는 방법을 통해 만들고자 하는 시도들이 이루어지고 있다. 그 중에서도 레이저-유도-그래핀 직접 묘화 기술은 특정 모재료에 레이저를 조사함으로써, 광열 효과에 의해레이저-유도-그래핀으로 변형시키는 기술이다. 레이저를 이용한 직접 묘화 기술은 유연한 디자인 변형 대처와 공정과정을 줄일 수 있다는 점에서 장점을 갖는다. 이 기술의 가능성은 2018 년 James Tour 그룹의 논문을 통해 섬유위에 레이저-유도-그래핀 생성 가능성을 확인된 바가 있다. 레이저-유도-그래핀을 형성하기 위한 모재료의 조건은 탄소 전구 물질임과 동시에 높은 녹는점을 가져야 한다. 이러한 조건을 만족하는 섬유 중에서 최근 군사, 소방 목적으로 다양하게 이용되고 있는 케블라를 본 연구에서 사용한다. 본 논문에서는 비열 가공을 통해 높은 분해능의 패터닝이 가능한 펨토초 레이저를 이용하여, 레이저-유도-그래핀을 형성하고 이들의 면저항, 라만 스펙트럼 등의 전기적, 화학적 특성을 평가한다. 그리고, 웨어러블 디바이스로의 응용 가능성을 보여주기 위하여 스트레인 센서, 온도 센서를 제작하여 이들의 성능을 평가한다.
친환경 건축물 구현을 위한 목재상 레이저 유도 그래핀 생성 및 응용
남한구(H. K. Nam),양동욱(D. W. Yang),레딘츤손(T.-S. D. Le),김병기(B. Kim),이영근(Y. Lee),황준식(J. S. Hwang),김승우(S.-W. Kim),김영진(Y.-J. Kim) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
나무는 선사시대부터 불 저장, 무기, 용기 등을 제작하는 용도로 사용되기 시작하여, 점차적으로 건축물, 차량, 가구, 연료, 종이, 펄프 등 오늘 날에 이르기까지 끊임없이 다양한 용도로 사용된 인간에게 필수적인 재료이다. 기술이 발전함에 따라 지구를 보호하기 위한 녹색기술이 주목받기 시작하면서 지속가능하고, 재생이 가능하며, 지구에 풍부하고, 강하면 생체 적합성이고 또한 생분해성이라는 매력적인 특징 때문에 목재라는 재료가 다시 재평가 받고 있으며, 이런 훌륭하면서 풍부한 천연자원을 보다 효과적으로 활용하기 위한 방법으로 목재 처리에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다. 본 연구팀은 가공 측면에서 적절한 열적 제어가 가능한 극초단 펨토초 레이저를 이용하여, 공기중에서 열적 결함을 제어하면서, 목재를 단일 단계로 레이저-유도-그래핀으로 생성시킬 수 있음을 보였으며, 해당 기술은 풍부한 천연 자원으로부터 고품질의 그래핀을 빠르고도, 간단하면서도, 저렴하고, 효율적이며, 친환경적이고, 유연한 디자인으로 제작할 수 있다는 점에서 차세대 혁신 물질 중 하나로 손꼽는 그래핀의 상용화를 앞당기는 데 기여하였다. 본 연구에서는 해당 기술을 건축용 목재에 적용하여, 고품질의 낮은 면 저항(~6 Ω/ω)을 지닌 그래핀을 생성하였으며, 해당 그래핀의 물성치 분석을 통하여 양질의 그래핀을 공기 중에서 빠르게 생산할 수 있음을 보였다. 또한 이를 이용해 히터, 보일러, 온도센서, 전깃줄-대체-가능-전극으로 응용하였으며, 실제 적용을 위한 접착제 및 화학 처리 없이 기계적으로 조립된 목재 블록 연결부에서도 그래핀 전극이 잘 생성됨을 보여 해당 기술이 친환경 목재 건축물에 적용 가능함을 보였다.
Fabrication and Application of Ultra-thin Diffraction Device based on Laser Direct Writing
Y. Lee(이영근),D. Yang(양동욱),H. G. Han(한효근),S. H. Kim(김승환),H. K. Nam(남한구),Y.-R. Kim(김영렬),T.-S. D. Le(레딘츤손),H. Yoon(윤효상),S.-W. Kim(김승우),Y.-J. Kim(김영진) Korean Society for Precision Engineering 2023 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2023 No.5