마이크로/나노트라이볼로지

  마이크로/나노스케일(Micro/nano scale)에서 발생하는 마찰, 마모, 윤활 현상은 표면의 몇 개의 원자층의 상호 작용에 의해 크게 영향을 받으므로 거시적 스케일에서 발생하는 트라이볼로지 현상과는 매우 달라지게 됩니다. 따라서 나노 스케일에서 발생하는 트라이볼로지 문제는 거시적 트라이볼로지 문제와는 다르게 접근하여야 하며, 이를 다루는 트라이볼로지의 한 분야를 마이크로/나노트라이볼로지(Micro/Nano-Tribology)라 합니다.

  최근 MEMS(Microelectromechanical system), NEMS(Nanoelectromechanical system)와 같은 정밀한 광학, 전자, 기계 부품의 가공 및 제작, 이러한 부품들의 조립 및 구동에 있어서 많은 마이크로/나노트라이볼로지 문제가 발생하고 있습니다. 이는 미시적인 스케일에서 발생하는 물리적 현상은 거시적 스케일에서 발생하는 물리적 현상과는 달리, 체적력보다는 마찰력이나 표면장력과 같은 표면력에 의해 많은 영향을 받게 되기 때문입니다. 이러한 아주 작은 스케일에서 발생하는 트라이볼로지 현상을 이해하기 위해 많은 연구가 진행되고 있습니다. 마이크로/나노트라이볼로지에 대한 연구는 마이크로 및 나노 디바이스의 설계 및 제작, 고밀도 저장 장치의 개발, 초정밀 가공, 새로운 기능성 표면 개발 등에 필수적이며, 체계적인 연구 개발을 통해 기술이 발전되면, 사회 경제적으로 큰 파급 효과를 미칠 것으로 예상됩니다.

   

  본 연구실에서는 원자스케일에서 발생하는 나노트라이볼로지 현상을 규명하기 위해 분자동역학 시뮬레이션을 이용하여 금속 재료 사이의 원자스케일에서의 마찰 및 마모 거동에 관한 연구를 수행하였습니다. 이를 바탕으로 새로운 나노 제조 공정으로 각광받고 있는 나노임프린트 리소그래피(Nanoimprint lithography, NIL) 공정을 분자동역학 시뮬레이션으로 모사하여 몰드와 가공되는 폴리머 필름 사이의 패턴 전사 현상 및 두 재료 사이의 점착 및 마찰이 패턴 전사에 미치는 영향에 대해 자세히 연구하였습니다. 분자동력학을 이용한 이론적인 연구뿐만 아니라 원자힘 현미경(atomic force microscope) 및 마이크로트라이보미터(microtribometer), 면접촉형 점착력 측정장치를 이용한 실험적 연구도 수행하였습니다. 다양한 실험장치를 이용하여 마이크로 및 나노 제조 공정에서 주로 사용되는 Si, fused silica, polymer film, metalic thin film, self-assembled monolayer 등의 재료들 사이의 점착 및 마찰 특성을 조사하였습니다.

관련 연구 분야

금속 및 폴리머 재료에 대한 분자동역학 코드 개발 및 이의 병렬화
분자동역학을 이용한 원자 스케일에의 금속 재료의 마찰 및 마모 거동에 관한 연구
분자동역학을 이용한 나노임프린트 리소그래피 공정에서의 패턴 전사에 관한 연구
MEMS/NEMS 공정용 재료와 자기 조립 단분자층 사이의 나노트라이볼로지 특성 연구
나노 제조 공정용 열가소성 폴리머 필름의 점착 및 마찰 거동에 관한 연구

최근 연구 분야

  지금까지의 연구 경험을 바탕으로 본 연구실에서는 현재 아래와 같은 마이크로/나노트라이볼로지 관련 연구를 수행 중에 있습니다.

분자동역학을 이용한 나노임프린트 리소그래피 공정 해석
열가소성 폴리머 필름의 마이크로 점착 및 마찰 거동
열가소성 폴리머 필름의 베이킹 조건이 나노 점착 및 마찰 특성에 미치는 영향

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