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나노복합재료
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탄소나노튜브 나노복합체
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스마트 복합재료
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고인성 내충격 금속 복합재료
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탄소나노튜브/금속 나노 복합재료
고인성 내충격 금속 복합재료
탄소나노튜브/금속 나노 복합재료
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내열복합재료
내열 나노금속복합재료
우주 추진체의 열방호 기술
스마트 복합재료 제조 및 기계적 특성 연구

연구 개요

지능성 재료(smart materials)란 재료자체 혹은 현존하는 구조재료와 결합한 것으로서 재료자체가 감지, 구동, 제어, 학습 및 계산 등의 능력을 보유한 것을 말한다. 즉, 재료의 기계적·물리적 성질이 외부 환경조건 변화에 대해 재료자체 고유의 지능으로 유효 적절히 대처할 수 있는 기능을 보유하고 있는 것을 의미하며(그림 1), 대표적인 지능성 재료로는 압전 재료(piezoelectric materials), 자왜 재료(magnetostrictive materials), 형상기억 합금(shape memory alloy), 열전재료(thermoelectric materials), 전자레올로지 액체 (electrorheological fluid) 같은 것이 쓰인다.

지능성 복합재료는 지능성 재료와 일반 재료를 복합재료화 시켜서 일반재료에 지능성을 부여하는 것을 의미하는 것으로 현재까지는 금속 및 고분자 재료를 기지(matrix)로 하여 지능성 재료로는 광파이버와 압전재료를 이용한 센서 및 액츄에이터가 주로 연구되고 있다. 연구는 주로 삽입재인 센서와 액츄에이터를 따로 연구하고 있고, 이것을 실장시켜서 재료의 건전성 모니터(Health Monitoring), 재료의 능동제어(Active Control), 재료의 자기수복(Self- Restoration)을 이루는 것을 연구하고 있으나, 지능성 재료와는 달리 지능성 복합재료는 기지재료와의 접합성 문제등 다양한 문제점들이 해결되지 않아 아직 초기연구단계라고 할 수 있다.

본 연구실에서는 다양한 기지재료에 형상기억합금을 복합화시켜, 구조물의 변형을 감지하고 이를 능동적으로 제어하기 위한 기초 연구를 수행해 왔으며, 이를 위해 형상기억합금의 열탄성거동, 폴리머 기지와의 복합재료 제조, 구동력 측정에 관련된 실험을 진행 하였다.(그림 2) 또한 기존 선재나, 판재 형태의 형상기억합금이 낮은 동적 구동성능을 가지는 단점을 개선하기 위하여, 박막형태의 지능성 복합재료를 제조하여 MEMS 및 NEMS에 적용할 수 있는 나노 구조 액츄에이터 제조 및 마이크로/나노 구조물의 열/기계적 물성 평가 기술을 개발하고 있다.(그림 3)

앞으로 지능성 복합재료는 IT, 자동차, 우주항공, 군사분야의 센서 및 액츄에이터뿐만 아니라, 최근 각광받고 있는 인간지능로봇분야로도 그 응용이 크게 확대될 것으로 전망된다. 물론 제조기술에서 아직 많은 문제점이 있지만, 새로운 MEMS/NEMS 기술을 사용해서 이것이 해결되면 크게 각광을 받을 것으로 보인다. 무엇보다 중요한 것은 지능성 복합재료가 재료 디자인의 철학을 바꿀 수 있다는 점이다. 즉, 지능성 복합재료를 이용하면 안전과 신뢰를 위해 더 이상 많은 비용을 들여 덩치를 키울 필요가 없다는 것이다. 이 점은 지능성 복합재료가 차세대 재료분야의 선두자리에 위치할 수 있도록 해줄 것이다.

그림 1. 지능성 재료의 작동 개념


그림 2. 지능성 복합재료의 구동 성능


(a) 형상기억합금 선재의 구동성능 (b) 형상기억합금 선재가 삽입된 폴리머기지 복합재료의 구동성능

그림 3. RF 스퍼터링에 의해 제조된 NiTi 형상기억합금 박막의 구동 성능 및 미세조직


(a) σ-T 이력 곡선 (b) ε-T 이력곡선

(c) NiTi 박막의 투과전자현미경 미세조직

Fig 4. Microstructure and actuation properties of RF sputtered NiTi SMA thin film



Last CGI Updated: January 26, 2011
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