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김정환,이응숙,황경현,유영은,윤재성,Kim, Jeong Hwan,Lee, Eung-Sug,Whang, Kyung-Hyun,Yoo, Yeong-Eun,Yoon, Jae-Sung 대한기계학회 2015 대한기계학회 논문집. Transactions of the KSME. C, 산업기술과 혁신 Vol.3 No.4
이온 및 분자 이송제어를 위한 기능성 나노채널의 구현을 통하여 이온/분자의 상대적 크기에 의존하는 기존 분리 및 이송 기술의 선택효율, 투과도, 에너지 소비 측면에서의 기존 분리 기술의 한계를 극복하기 위한 새로운 개념의 분리 기술을 제시 하고자 하였다. 이를 위해 나노채널 플랫폼 가공 기술 개발, 나노채널 표면 기능화 기술 개발 등의 연구를 수행하였으며, 나노채널에 대한 전압인가 및 유량 조절이 가능한 이온이송제어 측정 시스템을 제작하고, 다층 금속 멤브레인을 이용하여 선택적으로 특정 이온($Cl^-$)의 이송을 95% 이상 차단하였다. 본 연구를 통하여 세포막에 존재하며 물분자만을 매우 효율적으로 투과시키는 채널인 아쿠아포린의 기능 및 특성을 모방한 신개념의 분리기술 구현을 위한 기반 기술 개발을 수행하였으며, 향후 지속적인 연구를 통하여 차세대 정수/담수, 휴대형 인공신장, 인공 감각 기관 등의 핵심 기반 기술이 될 것으로 예상한다. Functional nanochannels were fabricated in order to control selective ion transportation with high permeability and low energy consumption. In this research, nanochannel platform fabrication process and surface functionalization process were developed. In addition, selective ion transportation and concentration measurement system was also set-up. By using fabricated multilayer metal membrane with electrical bias, 95% of ion ($Cl^-$) was blocked. This developed process is new-conceptional membrane fabrication technology and is expected to be applied to next-generation water purification/desalination, portable artifical kidney, and artificial sense organ.
355㎚ 파장의 DPSSL을 이용한 폴리머의 3차원 미세 형상 광가공기술
장원석(Won Seok Chang),신보성(Bo Sung Shin),김재구(Jaegu Kim),황경현(Kyung Hyun Whang) 한국광학회 2003 한국광학회지 Vol.14 No.3
본 연구에서는 355 ㎚의 파장을 갖는 Nd:YVO₄ 3고주파 DPSS 레이저를 이용하여 폴리머의 3차원 미세형상 가공기술을 개발하였다. UV레이저와 폴리머의 어블레이션에 관한 메커니즘을 설명하였으며 비교적 UV영역에서 파장이 긴 355 ㎚파장의 영역에서는 광열분해 반응으로 가공되고 이에 따른 폴리머의 광학적 특성을 살펴보았다. 광 흡수율 특성이 우수한 폴리머가 광가공 특성이 좋은 것으로 나타났으며 벤젠구조가 많이 포함되어 있는 폴리이미드의 경우는 광분해후 다시 새로운 화학적 결합이 이루어져 가공부 면이 좋지 않은 면을 보였다. 레이저의 다중 주사방식으로 가공하기위하여 표면의 오염이 적은 폴리카보네이트를 시편으로 사용하여 3차원 적으로 모델링한 직경 1 ㎜와 500 ㎛의 마이크로 팬을 가공하였다. 레이저 발진 효율이 높고 유지비가 적은 355 ㎚의 DPSSL을 이용한 3차원 가공기술의 개발로 향후 저비용으로 빠른 시간에 미세부품을 개발하는 기술에 기여할 것으로 예상된다. The basic mechanistic aspects of the interaction and practical considerations related to polymer ablation were briefly reviewed. Photochemical and photothermal effects, which highly depend on laser wavelength have close correlation with each other. In this study, multi-scanning laser ablation processing of polymer with a DPSS (Diode Pumped Solid State) 3rd harmonic Nd:YVO₄ laser (355 ㎚) was developed to fabricate a three-dimensional micro shape. Polymer fabrication using DPSSL has some advantages compared with the conventional polymer ablation process using KrF and ArF laser with 248 ㎚ and 193 ㎚ wavelength. These advantages include pumping efficiency and low maintenance cost. And this method also makes it possible to fabricate 2D patterns or 3D shapes rapidly and cheaply because CAD/CAM software and precision stages are used without complex projection mask techniques. Photomachinability of polymer is highly influenced by laser wavelength and by the polymer's own chemical structure. So the optical characteristics of polymers for a 355 ㎚ laser source is investigated experimentally and theoretically. The photophysical and photochemical parameters such as laser fluence, focusing position, and ambient gas were considered to reduce the plume effect which re-deposits debris on the surface of substrate. These phenomena affect the surface roughness and even induce delamination around the ablation site. Thus, the process parameters were tuned to optimize for gaining precision surface shape and quality. This maskless direct photomachining technology using DPSSL could be expected to manufacture the prototype of micro devices and molds for the laser-LIGA process.