콜로이드 | Colloids
콜로이드는 수십~수백 나노미터 수준의 크기를 갖고 용매에 용해되지 않은 입자가 용매에 고르게 분산되어 있는 상태의 물질을 말합니다. 기능성 콜로이드는 다양한 소재 설계를 통해 공학, 의학, 약학, 미용, 식품 등 산업 전반에서 활발히 사용되고 있습니다.
A colloid is a mixture of well-dispersed, insoluble particles with a size of tens to hundreds of nanometers, and solvent. Functional colloids are designed and utilized in various industries such as engineering, medicine, cosmetics, and food.
코어쉘 콜로이드 | Core-Shell Nanoparticles
콜로이드 기능화를 위해선 금속, 고분자, 세라믹 등 다양한 소재를 적절히 활용한 맞춤형 콜로이드 소재의 제작기술이 요구됩니다.
본 연구실에서는 Emulsion polymerization 기반의 연속 중합공정을 통해 이종의 소재가 결합된 코어쉘 콜로이드 합성을 진행하고 있습니다.
친수콜로이드 | Hydrocolloids
친수성을 갖는 하이드로젤(hydrogel) 소재는 친환경, 생체적합성이 뛰어난 소재로써, 관능기 제어를 통해 온도, pH, 빛, 전기장, 자기장 등 외부자극에 의해 가역적 상변화가 가능한 스마트 고분자 소재입니다.
본 연구실에서는 하이드로젤 소재 친수 콜로이드 합성을 통해 상전이 특성을 갖는 소재 연구를 진행하고 있습니다.
콜로이드 자기조립 | Colloidal Self-assembly
콜로이드의 물리화학적 특성을 제어하면, 입자간 상호작용에 활용되는 분자힘을 제어할 수 있습니다. 결과적으로 입자들은 시스템의 엔트로피를 최대화하기 위한 최적의 구조를 자발적으로 형성하게 되며, 이와 같은 현상을 콜로이드 자기조립(self-assembly)이라고 합니다.
By controlling the physicochemical properties of colloids, molecular-level interactions among particles can be engineered. To maximize the entropy of the system, the particles spontaneously form ordered structures, which is called colloidal self-assembly.
광결정 | Photonic Crystals
균일한 크기를 갖는 콜로이드 입자는 자유부피 엔트로피를 최대화 하기 위해 규칙적인 정렬을 하게 됩니다. 그 결과, 단위 격자를 갖는 결정구조를 형성하게 되는데, 이러한 구조는 격자간격, 소재의 굴절률 등에 의해 특정 파장의 빛을 선택적으로 반사하는 광학적 특성을 가집니다. 해당 구조는 몰포나비, 공작새, 카멜레온, 오팔보석, 조개껍데기 등 다양한 곳에서 관찰되며, 광결정(Photonic crystal)이라고 합니다.
본 연구실에서는 합성된 균일한 콜로이드를 이용하여 다양한 방식으로 콜로이드 광결정 제작을 하고 있으며, 이를 통한 광학적 응용소재 연구를 진행하고 있습니다.
상전이 소재 | Phase Changing Materials
안정화된 콜로이드계는 기본적으로 액체 상태(졸; sol)를 유지합니다. 그러나 전해질의 농도, 온도, 계면활성제 등의 첨가제 유무 등에 따라 입자 간의 상호작용은 제어될 수 있으며, 이를 통해 겔(gel)화를 유도할 수 있습니다. 이러한 졸-겔 상전이 특성은 콜로이드 간의 자발적 응집을 통해 가역적으로 일어날 수 있으며, 이를 통해 외부 환경에 따라 상(phase)의 제어가 가능한 기능성 콜로이드 소재의 제작이 가능합니다.
본 연구실에서는 친수콜로이드의 상전이 제어 특성을 통한 유연소재 개발 연구를 진행하고 있습니다.
형상 변환 소재 | Shape Morphing Materials
하이드로젤, 형상기억고분자와 같이 형태의 자발적인 변형이 가능한 소재는 제어된 환경에서 팽창 및 수축이 가능합니다. 이러한 소재를 형태 변환이 일어나지 않는 소재와 결합하여 비등방성 구조체를 제작하면 프로그램된 3차원 구조로 자가변형이 가능한 소재를 구현할 수 있습니다. 이러한 소재를 형상 변환 소재(Shape Morphing Material)이라고 합니다.
Smart materials such as hydrogels and shape memory polymers, can expand and shrink in a controlled environment. By combining these materials with materials that do not undergo shape transformation to produce an anisotropic structure, it can transform their shape into programmed 3D structures upon external stimuli. These materials are called shape morphing (or shape changing) materials.
연성 구동체 | Soft Actuators
부피변형이 가능한 활성층(active layer)과 부피변형이 일어나지 않는 지지층(supporting layer)로 구성된 이중층 구조체 연구는 연성로봇(soft robot) 제작을 위한 구동소재 개발에 핵심적인 분야입니다.
본 연구실에서는 다양한 외부자극 감응 소재를 활용한 이중층 구조체를 제작하여 스마트구동체(smart actuator) 연구를 수행하고 있습니다.
주름구조 소재 | Wrinkled Surface
이중층 구조체를 제작할 때 지지층을 단단한 소재로 구성하면 활성층 표면에 복잡한 3차원 주름구조가 형성됩니다. 이는 자연계에서 관찰되는 주름의 자연모사구조체로 표면적이나 표면 젖음 특성 등이 제어되므로 기능성 표면소재 개발에 유용합니다.
본 연구실에서는 하이드로젤의 구조변형 특성 및 중합 구배제어기술을 활용하여 미세표면주름을 제작하는 연구를 수행하고 있습니다.
유연 에너지 소재 | Flexible Energy Materials
최근 웨어러블-, 플렉서블 전자기기 등에 대한 수요가 늘어나면서 기존 강성소재(rigid materials)기반의 전통적 소자가 아닌 유연소재(flexible materials)기반 소자개발에 대한 연구수요가 높아지고 있습니다. 고분자를 비롯한 연성 소재는 높은 탄성과 유연성, 굽힙성, 자가치유성, 점착성 등 다양한 물성을 갖으므로, 이를 활용한 유연소재 및 에너지소자의 핵심 소재로 인정받고 있습니다.
Recently, as the demand for wearable and flexible electronic devices increases, the development of a new platform for flexible devices is required. Soft matter which have various properties such as high elasticity, flexibility, stretchability, self-healing properties, and adhesiveness, are known as a key materials for the development of next-generation devices.
유연 슈퍼캐패시터 | Flexible Supercapcitors
유연 전자소자를 구성하는 데에는 기계적 충격에 손상되지 않고 반복적인 변형에도 안정적인 유연 에너지 저장장치의 개발이 요구됩니다. 최근 유연 고분자소재를 활용하여 전고체 이차전치 등의 연구가 활발한 것도 이와 같은 맥락입니다.
본 연구실에서는 하이드로젤의 빠른 젤화 특성 및 유연성을 활용한 슈퍼캐패시터 연구를 통해 유연 에너지 저장장치 관련 연구를 수행하고 있습니다.