수지침을 이용한 PDMS 유연 몰드 제작과 생분해성 미세바늘 성형

차경제(Kyoung Je Cha),박성제(Sungjea Park),조동우(Dong-Woo Cho),김동성(Dong Sung Kim) 대한기계학회 2011 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2011 No.10

나노사출성형을 이용한 물리적으로 구획된 나노표면 성형 및 세포 모양과 정렬 조절

차경제(Kyoung Je Cha),나문희(Moon-Hee Na),김동성(Dong Sung Kim) 대한기계학회 2013 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2013 No.12

측벽 및 홀 구조를 포함하는 바이오 부품의 플라스틱 사출성형 기술 개발

Trieu Khoa Nguyen,차경제(Kyoung Je Cha),이봉기(Bong-Kee Lee) 대한기계학회 2017 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2017 No.11

In the present study, a plastic injection molding technology was investigated for a mass-replication of the biomedical product with complicated features. The current plastic biomedical product, which is one part of the novel biomedical device, was designed to have a cylindrical sidewall and rectangular hole. Because the complicated features like sidewall and hole can lead to the critical defects, such as weldline formation, air trap, short shot, and breakage, during the injection molding process, both the precise design of the injection mold and optimization of the processing parameters are required. In this regard, the injection mold to produce the biomedical product with sidewall and hole structures was designed and manufactured. The experimental and numerical investigations of the injection molding filling stage were carried out. From the investigations, the detailed filling sequence and flow behavior were identified, thereby verifying the feasibility of the current mold design.

고속 솔레노이드 밸브 제어 나노리터급 액적 분주를 통한 액체혼합방법

박성제(Sung Jea Park),차경제(Kyoung Je Cha),권태헌(Tai Hun Kwon) 대한기계학회 2006 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2006 No.11

In this study, an active mixing method is proposed utilizing a nanoliter-level dispensing system which is controlled by high speed solenoid valves. In the nanoliter-level dispensing system, pressurized air transfers liquids from a reservoir to nozzles through tube via high speed solenoid valves, thus injecting liquid droplets into a well. The droplet volume depends on the air pressure, nozzle size and more importantly on the opening time of solenoid valves, which is controlled by a circuit with the help of computer through serial port. Finally a new mixing method is to inject two or more different liquids through different slanted nozzles, simultaneously or alternatingly into a well making use of the so-developed dispensing system. This study also reports successful mixing performance by this new mixing method.

마찰대전 나노발전기의 출력 및 안정성 향상을 위한 일렉트렛 개발

감동익 ( Dongik Kam ),장순민 ( Sunmin Jang ),윤영철 ( Yeongcheol Yun ),배홍은 ( Hongeun Bae ),이영진 ( Youngjin Lee ),라윤상 ( Yoonsang Ra ),조수민 ( Sumin Cho ),서경덕 ( Kyoung Duck Seo ),차경제 ( Kyoung Je Cha ),최동휘 ( Dongwhi 한국화학공학회 2022 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.60 No.1

초소형, 웨어러블 기기 기술의 빠른 발전에 따라, 전자기기 구동을 위한 시공간적인 제한이 없는 지속적인 전기 공급을 필요로 한다. 이에 따라, 두 가지 다른 재료의 접촉과 분리로 만들어지는 정전기를 활용하는 마찰대전 나노발전기(Triboelectric nanogenerator, TENG)는 간단한 원리 덕분에, 복잡한 과정 및 설계 없이도 자연에서 버려지는 다양한 형태의 에너지들을 효과적으로 수확하는 수단으로 활용되고 있다. 하지만, TENG의 실생활의 적용을 위해서는 전기적 출력의 증가가 필요하다. 또한, 전기적 출력의 증가뿐만 아니라 전기적 출력의 안정적인 발생은 TENG의 상용화를 위해서 해결해야 될 과제이다. 본 연구에서는 TENG의 출력을 향상시킬 뿐만 아니라, 향상된 출력을 안정적으로 나타낼 수 있는 방법을 제안하였다. 출력의 향상 및 안정성을 위해서 TENG 구성 요소 중 하나인 접촉층을 일렉트렛으로 사용하였다. 활용된 일렉트렛은 Fluorinated ethylene propylene (FEP) 필름에 코로나 차징과 열처리 과정을 순차적으로 진행함으로써 제작되었다. 코로나 차징으로 인해 인위적으로 주입된 전하가 열처리 과정에 의해서 깊은 트랩으로 들어가게 되어 전하의 이탈 현상이 최소화된 일렉트렛을 제작하고 이를 TENG 제작에 활용하였다. 제작된 일렉트렛의 출력성능은 수직 접촉 분리 모드 TENG의 전압 출력을 측정함으로써 검증되었고, 코로나 차징 과정을 거친 일렉트렛은 어떠한 처리도 되지 않은 FEP 필름에 대비 12배 높은 출력 전압을 나타냈다. 일렉트렛의 시간 및 습도 안정성은 일반 외부 환경 및 극한의 습도 환경에 일렉트렛을 노출시킨 후, TENG의 출력 전압을 측정함으로써 확인되었다. 또한, 박수를 모티브로 한 Clap-TENG에 일렉트렛을 적용하여 LED를 작동시킴으로써 실생활에 적용할 수 있음을 보여주었다. With the rapid development of ultra-small and wearable device technology, continuous electricity supply without spatiotemporal limitations for driving electronic devices is required. Accordingly, Triboelectric nanogenerator (TENG), which utilizes static electricity generated by the contact and separation of two different materials, is being used as a means of effectively harvesting various types of energy dispersed without complex processes and designs due to its simple principle. However, to apply the TENG to real life, it is necessary to increase the electrical output. In addition, stable generation of electrical output, as well as increase in electrical output, is a task to be solved for the commercialization of TENG. In this study, we proposed a method to not only improve the output of TENG but also to stably represent the improved output. This was solved by using the contact layer, which is one of the components of TENG, as an electret for improved output and stability. The utilized electret was manufactured by sequentially performing corona charging-thermal annealing-corona charging on the Fluorinated ethylene propylene (FEP) film. Electric charges artificially injected due to corona charging enter a deep trap through the thermal annealing, so an electret that minimizes charge escape was fabricated and used in TENG. The output performance of the manufactured electret was verified by measuring the voltage output of the TENG in vertical contact separation mode, and the electret treated to the corona charging showed an output voltage 12 times higher than that of the pristine FEP film. The time and humidity stability of the electret was confirmed by measuring the output voltage of the TENG after exposing the electret to a general external environment and extreme humidity environment. In addition, it was shown that it can be applied to real-life by operating the LED by applying an electret to the clap-TENG with the motif of clap.

정전발전 기반 바람에너지 수확장치의 최적화 및 고전압 생성을 위한 활용 방안

장순민 ( Sunmin Jang ),라윤상 ( Yoonsang Ra ),조수민 ( Sumin Cho ),감동익 ( Dongik Kam ),신동진 ( Dongjin Shin ),이희규 ( Heegyu Lee ),최부희 ( Buhee Choi ),이세혁 ( Sae Hyuk Lee ),차경제 ( Kyoung Je Cha ),서경덕 ( Kyoung Duck Seo 한국화학공학회 2022 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.60 No.2

휴대형, 착용형 전자기기의 활용범위가 넓어지면서, 무겁고 부피가 큰 고체 배터리의 한계점이 드러나고 있으며, 배터리의 역할을 일부 분담할 수 있는 소형 에너지 수확 장치의 개발이 시급한 가운데, 일상 생활 속에서 버려지는 에너지원에 대한 활용도가 중요해지고 있다. 정전발전 기술은 두 물질 표면의 접촉과 분리에 의해 발생되는 마찰대전 효과와 전하유도 현상에 기반해 전기를 생산할 수 있기 때문에, 주변환경에 존재하는 역학적, 기계적 에너지원을 복잡한 중간과정을 거치지 않고도 효과적으로 수확할 수 있다는 장점을 지니고 있다. 인간의 주변환경에 존재하는 에너지원 중에서도 바람에너지는 자연환경에 존재하는 무한한 친환경 에너지원으로써, 그 수확과 활용에 대한 관심이 높은 신재생 에너지원이다. 본 연구에서는 정전발전 기술을 기반으로 하여 이러한 바람에너지의 효과적 수확을 위한 에너지 수확 장치의 최적화와 정전발전 기술의 활용도를 극대화할 수 있는 활용 방안에 대해 분석하였다. Fluttering film을 이용한 Natural wind based Fluttering TENG (NF-TENG)를 개발하였으며, 바람에너지의 효과적 수확을 위해 설계 최적화를 진행하였다. 또한 낮은 전류와 높은 전압을 발생시키는 TENG의 고유 특징을 부각하여 안전한 고전압 발생 시스템을 개발하여 고전압을 요구하는 분야에서의 활용 방안을 제안하였다. 따라서 본 연구에서 도출한 연구 결과는 정전발전 기술을 기반으로 하는 소형 에너지 수확장치를 이용해 일상생활 속에서 버려지는 바람에너지를 수확하여 고전압이 필요한 분야에서 폭넓게 활용할 수 있는 방법으로써 큰 잠재력을 보여줌을 시사한다. As the scope of use of portable and wearable electronic devices is expanding, the limitations of heavy and bulky solid-state batteries are being revealed. Given that, it is urgent to develop a small energy harvesting device that can partially share the role of a battery and the utilization of energy sources that are thrown away in daily life is becoming more important. Contact electrification, which generates electricity based on the coupling of the triboelectric effect and electrical induction when the two material surfaces are in contact and separated, can effectively harvest the physical and mechanical energy sources existing in the surrounding environment without going through a complicated intermediate process. Recently, the interest in the harvest and utilization of wind energy is growing since the wind is an infinitely ecofriendly energy source among the various environmental energy sources that exist in human surroundings. In this study, the optimization of the energy harvesting device for the effective harvest of wind energy based on the contact electrification was analyzed and then, the utilization strategy to maximize the utilization of the generated electricity was investigated. Natural wind based Fluttering TENG (NF-TENG) using fluttering film was developed, and design optimization was conducted. Moreover, the safe high voltage generation system was developed and a plan for application in the field requiring high voltage was proposed by highlighting the unique characteristics of TENG that generates low current and high voltage. In this respect, the result of this study demonstrates that a portable energy harvesting device based on the contact electrification shows great potential as a strategy to harvest wind energy thrown away in daily life and use it widely in fields requiring high voltage.

실시간 헬스케어 모니터링의 독립 구동을 위한 접촉대전 발전과 전자기 발전 원리의 융합

조수민 ( Sumin Cho ),정윤수 ( Yoonsu Joung ),김현수 ( Hyeonsu Kim ),박민석 ( Minseok Park ),이동한 ( Donghan Lee ),감동익 ( Dongik Kam ),장순민 ( Sunmin Jang ),라윤상 ( Yoonsang Ra ),차경제 ( Kyoung Je Cha ),김형우 ( Hyung Woo Kim 한국화학공학회 2022 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.60 No.1

최근 COVID-19 팬데믹 등 다양한 이유로 인해 바이오 헬스케어 시장이 전세계적으로 활성화되고 있다. 그 중, 생체정보 측정 및 분석 기술은 앞으로의 기술적 혁신성과 사회경제적 파급효과를 불러일으킬 것으로 예측된다. 기존의 시스템은 생체 신호를 받아 신호 처리를 하는 과정에서 신호 송×수신부, 운영체제, 센서, 그리고 인터페이스를 구동하기 위한 대용량 배터리를 필수적으로 요구한다. 하지만, 배터리 용량의 한계가 인해 시×공간적인 기기 사용의 제한을 야기하며, 이는 사용자의 헬스케어 모니터링에 필요한 데이터의 단절에 대한 원인으로 작용할 수 있으므로 헬스케어 디바이스의 큰 걸림돌 중의 하나이다. 본 연구에서는 생체정보 측정 장치에 접촉대전 효과(Triboelectric effects)와 전자기유도 효과(Electro-magnetic effects)를 융합하여, 외부 전원을 요구하지 않는 독립 구동이 가능한 시스템을 구성하여 시×공간적으로 사용 제한이 없는 소형 생체정보 측정 모듈을 설계 및 검증했다. 특히, 다양한 헬스케어 모니터링 중 족압 계측을 통해 사용자의 보행 습관 등을 파악할 수 있는 무선 족압 계측 모니터링 시스템을 검증했다. 보행 시 발생하는 접촉×분리 움직임에서 접촉대전 효과를 이용한 효과적인 압력 센서와 압력에 따른 전기적 출력신호를 통해 족압 센서를 만들고, 축전기를 이용한 신호처리 회로를 통해 이의 동적 거동을 계측할 수 있다. 또한, 출력된 전기신호의 무선 송×수신용 전원으로 사용하기 위해 전자기 유도 효과를 이용하여 보행 시 생기는 생체역학적 에너지를 전기에너지로 수확했다. 따라서, 이번 연구는 사용자가 제한적인 배터리 용량 때문에 생기는 충전에 대한 불편함을 줄일 수 있고, 뿐만 아니라 데이터 단절에 대한 문제점을 극복할 수 있 Recently, the bio-healthcare market is enlarging worldwide due to various reasons such as the COVID-19 pandemic. Among them, biometric measurement and analysis technology are expected to bring about future technological innovation and socio-economic ripple effect. Existing systems require a large-capacity battery to drive signal processing, wireless transmission part, and an operating system in the process. However, due to the limitation of the battery capacity, it causes a spatio-temporal limitation on the use of the device. This limitation can act as a cause for the disconnection of data required for the user's health care monitoring, so it is one of the major obstacles of the health care device. In this study, we report the concept of a standalone healthcare monitoring module, which is based on both triboelectric effects and electromagnetic effects, by converting biomechanical energy into suitable electric energy. The proposed system can be operated independently without an external power source. In particular, the wireless foot pressure measurement monitoring system, which is rationally designed triboelectric sensor (TES), can recognize the user’s walking habits through foot pressure measurement. By applying the triboelectric effects to the contact-separation behavior that occurs during walking, an effective foot pressure sensor was made, the performance of the sensor was verified through an electrical output signal according to the pressure, and its dynamic behavior is measured through a signal processing circuit using a capacitor. In addition, the biomechanical energy dissipated during walking is harvested as electrical energy by using the electromagnetic induction effect to be used as a power source for wireless transmission and signal processing. Therefore, the proposed system has a great potential to reduce the inconvenience of charging caused by limited battery capacity and to overcome the problem of data disconnection.

곡선형 형상적응형 냉각채널을 갖는 금형 코어 제작을 위한 DMT 공정개발

한지수(Ji Su Han),유만준(Man Jun Yu),이민규(Min Gyu Lee),이윤선(Yoon Sun Lee),김우성(Woo-Sung Kim),이호진(Ho Jin Lee),김다혜(Da Hye Kim),성지현(Ji Hyun Sung),차경제(Kyoung Je Cha) 한국기계가공학회 2019 한국기계가공학회지 Vol.18 No.11

The cooling rate and the uniformity of mold temperature, in the injection molding process, possess great influences on the productivity and quality of replications. The conformal cooling channel, which is of a uniform spacing from the mold cavity by the metal additive manufacturing process, receives much attention recently. The purpose of this study is to develop a mold core with a curved conformal cooling channel for a pottery-shaped thick-wall cosmetic container through the hybrid method of direct metal tooling (DMT) process. In this study, we design a mold core that contains the curved cooling channel for the container. A method that divides the cavity is proposed and the DMT process is carried out to form the curved cooling channel. The test mold core, with the curved conformal cooling channel, has been fabricated by the proposed method to confirm the feasibility of the design concept. We show that no leakage is observed for the additive manufactured test mold core, and its physical properties demonstrate that it can be sufficiently used as the injection mold core.