산업 발전과 더불어 각종 장비들은 기존에 비해 현저히 가혹한 조건에서 운전되고 있다. 그러한 이유로 고유속, 고회전 등에 기인한 침식 및 캐비테이션 손상이 정적 환경과 비교할 수 없을 정도로 내구성이 저하되어 큰 손상 사고로 이어지는 사례가 다발하고 있다. 아울러 해양환경은 가혹한 부식 조건이므로 동적 손상과 복합적으로 작용하여 그 장비수명은 현저히 단축되고 있는 실정이다. 이를 극복하기 위한 다양한 표면처리 기술이 필요하다고 할 수 있다.

뿌리산업은 주조, 금형, 소성가공, 용접접합, 표면처리, 열처리등 소재를 부품으로 부품을 완제품으로 만드는 6대공정기술을 말하며 자동차, 기계, 전자, 반도체, 의료기기등 주력산업과 신산업 창출에 중요한 역할을 담당하나 3D업종인식, 저부가가치산업, 인력난문제가 있어 이를 해결하는 새로운 방향제시가 필요하므로 이에 대한 뿌리산업의 R&D방향에 대한 기획을 추진함.

본 연구에서는 고문헌에 기록된 도금 재료와 도금법 등을 확인하고 이를 기초자료로 활용하여 매실산을 사용한 금(Au)-수은(Hg) 아말감기법으로 고대 도금(鍍金)기술을 되살리고, 이를 토대로 경주 월지에서 출토된 금동삼존판불을 복원하였다. 먼저, 전통 도금법을 되살리기 위해서, "오주서종박물고변", "확지신편", 조선시대 각종 의궤 등에 공통적으로 기록되어 있는 매실에 주목하고, 매실을 3~4개월 발효 숙성 후 착즙한 뒤 그것을 농축하여 만든 매실산을 도금 실험에 적용하였다. 금아말감 도금을 위하여 월지 출토 금동삼존판불의 바탕소지금속인 청동삼존판불을 구리와 주석 89:11(Cu:6kg, Su:750g)로 합금하여 주물사 주조법으로 복원하였으며, 동일한 합금비로 제작된 $2.3cm{\times}3.5cm$(가로${\times}$세로)의 시편에 사전 실험을 실시하였다. 현대적 산처리 방식에 사용되는 질산과 전통방식으로 사용되는 매실산으로 시편에 산처리 한 후 각각 비교해 보고, 금분과 금박, 상온과 가온에 따른 아말감상태를 비교하는 실험을 진행하였는데, 실험에 사용된 매실산 70%는 pH가 1.94로, 오늘날 산처리에 사용하고 있는 질산 20%와는 차이가 있지만, 청동 시편 실험을 통해 매실산에 20분 정도 담근 뒤 금아말감을 도포 후 24시간 지나 가열($380{\sim}400^{\circ}C$) 했을 때 금도금이 잘 되어, 현대적 방법인 질산처리로 도금을 한 시편과 큰 차이가 없는 것으로 관찰되었다. 사전 실험을 통한 결과를 적용한 월지 출토 금동삼존판불 복원은 청동삼존판불 표면처리, 금-수은 합금 및 도금하기, 도금 후 표면처리의 순서로 진행되었는데, 금과 소지금속의 밀착력을 높이기 위해 표면을 숯을 이용해 탈지한 후 물로 씻어내고 매실산을 도포하여 20분 동안 두어 부식 및 세척을 시행하였다. 금도금을 위한 금-수은아말감은 가온할 때 수은이 증발하는 양을 고려하여 금1 : 수은10 비율로 합금하여 완성하였으며, 금아말감 도포 후 약 24시간 지난 다음, $380{\sim}400^{\circ}C$에 가열하여 수은을 기화시켜 도금작업을 완성하였다. 금아말감도금은 평균적으로 6~7차례 시행하여야 완벽히 도금되지만, 본 연구에서는 단 4차례의 도금만으로 금아말감도금을 완성시켰는데, 이것은 금아말감을 바탕소지인 청동에 도포한 후 24시간 동안 금아말감과 청동과의 반응 시간을 두게한 것이 큰 역할을 한 것으로 보이며, 이는 청동시편을 이용한 실험과 과학적 분석을 통하여 입증하였다. SEM으로 표면을 관찰한 결과 아말감 도포시간이 즉시인 경우 도금이 거의 되지 않은 것을 확인할 수 있었고 36시간이 넘어갈 경우 금 도금층이 불균일하게 관찰되었으므로 도금시간은 12시간~24시간 이내가 적절함을 확인할 수 있었다. EDS로 성분을 분석한 결과 산처리 시간이 20분인 시료의 경우 5 wt% 내외로 수은의 비율이 다른 시료에 비해 낮은 것을 확인할 수 있었다. 실험 및 분석결과 산처리 시간이 20분이고 아말감 도포시간이 24시간일 때 도금이 잘 이루어지므로 이 결과를 토대로 금동삼존판불을 복원하였다. 이번 연구를 통해 도금법에 표면을 세척하고 부식시키기 위해 사용한 물질이 매실산임을 찾아내어 확인할 수 있었는데, 이러한 점 에서 이 연구의 가장 큰 의미는 전통 소재와 기술을 복원한 것으로, 앞으로 매실산을 이용한 금 도금기술은 관련 학계에도 큰 기여를 할 것으로 기대된다.

다양한 소재(금속, 세라믹, 고분자 소재 등)들이 3차원 형상기반 적층제조법에 적용되고 있는데, 금속 소재를 이용하여 3D 프린팅 법으로 치과용 수복물을 제조하는 연구가 많이 보고되고 있다. 하지만, 티타늄 또는 티타늄 합금 분말을 이용하여 3D 프린팅 법으로 제작한 치과용 보철물에 관한연구 보고는 많지 않다. Kanazawa 등 (2014)은 Ti-6Al-4V 합금분말을 이용하여 SLM법으로 총의치 용 framework를 제작하여 주조법으로 제작한 것과 비교 평가하였고, Mangano 등(2013)은 Ti-6Al-4V 합금분말로 지름이 작은 일체형 (1-piece narrow-diameter) 임플란트를 SLS법으로 제작하여 16명의 환자에게 식립한 다음, 2년간 관찰하였고, Mangano 등 (2014)은 cone-beam computed tomography (CBCT) data를 3D이미지로 변환시켜 DLMS법으로 치근 형상의 임플란트를 제작하여 15명의 환자에게 식립한 다음, 1년간 관찰하였다. 또한 서울대학교 및 연세대학교 치과생체재료과학교실 (2016)에서는 3D 프린팅 법으로 제작한 티타늄 시편과 기계 가공한 티타늄 시편의 물성을 비교하였다. 그러나 티타늄 합금 분말을 이용하여 3D 프린팅 법으로 제작한 치과용 보철물을 실제 임상에 적용하는 단계에서 기존 기계가공 방식으로 제작한 티타늄 보철물과 3D 프린팅 법으로 제작한 티타늄 보철물의 물성과 표면특성을 다양하게 비교 평가하는 것이 필요하여 본 연구에서는 3D 프린팅 법으로 제작한 티타늄 시편과 기계 가공한 티타늄 시편의 물성특성과 표면특성을 비교하여 조사하였다.

의료기기는 사용목적과 사용 시 인체에 미치는 잠재적 위해성의 정도에 따라 4개의 등급으로 분류하며, 두 가지 이상의 등급에 해당되는 제품의 경우에는 가장 높은 등급으로 분류하게 된다. 의료기기 품목허가를 위해서는 기술문서를 작성하여야 하며, 이를 위해서는 기술문서 심사를 신청하는 절차를 이해하여야 한다. 의료기기 기술문서란 의료기기의 성능과 안전성 등 품질에 관한 자료로서 해당 품목의 원자재, 구조, 사용목적, 사용방법, 작용원리, 사용 시 주의사항, 시험규격 등이 포함되는 문서를 말하며, '의료기기 허가 신청서'와 '첨부자료(임상시험자료 포함)'로 구성되어 있다. 의료기기 품목허가 시 제출되는 기술문서를 통하여 해당 의료기기의 안전성 및 성능이 충분히 입증되어야 하며, 인체 삽입되는 표면처리 임플란트를 포함한 인체 접촉 의료기기의 안전성의 경우 '의료기기의 생물학적 안전에 관한 공통 기준규격'에 따라 평가 후 제조 수입품목 허가를 진행해야 한다. 또한 성능의 경우는 해당 규격 또는 자사의 기준 및 시험방법에 따른 성능에 관한 자료, 물리 화학적 특성에 관한 자료를 통하여 평가되어야 하며, 기허가 인증된 제품에 한 번도 사용되지 않은 원재료 또는 적용부위 및 적용방법이 달라 안전성 및 유효성 확인이 필요한 경우 임상시험에 관한 자료가 요구될 수 있다. 본 발표에서는 이러한 인체 삽입용 표면처리 임플란트의 전반적인 인허가 절차에 대해서 안내하고자 한다.

In this study, new titanium alloys were prepared by adding elements such as tantalum (Ta), zirconium (Zr) and the like to complement the biological, chemical and mechanical properties of titanium alloys. The Ti-40Ta-xZr ternary alloy was formed on the basis of Ti-40Ta alloy with the contents of Zr in the contents of 0, 3, 7 and 15 wt. %. Plasma electrolytic oxidation (PEO), which combines high-voltage sparks and electrochemical oxidation, is a novel method to form ceramic coatings on light metals such as Ti and its alloys. These oxide film produced by the electrochemical surface treatment is a thick and uniform porous form. It is also composed of hydroxyapatite and calcium phosphate-based phases, so it has the characteristics of bone inorganic, non-toxic and very high bioactivity and biocompatibility. Ti-40Ta-xZr alloys were homogenized in an Ar atmosphere at $1050^{\circ}C$ for 1 hour and then quenched in ice water. The electrochemical oxide film was applied by using a power supply of 280 V for 3 minutes in 0.15 M calcium acetate monohydrate ($Ca(CH_3COO)_2{\cdot}H_2O$) and 0.02 M calcium glycerophosphate ($C_3H_7CaO_6P$) electrolyte. A small amount of 0.0075M zinc acetate and magnesium acetate were added to the electrolyte to enhance the bioactivity. The mechanical properties of the coated surface of Ti-40Ta-xZr alloys were evaluated by Vickers hardness, roughness test, and elastic modulus using nano-indentation, and the surface wettability was evaluated by measuring the contact angle of the coated surface. In addition, cell activation and differentiation were examined by cell culture of HEK 293 (Human embryonic kidney 293) cell proliferation. Surface properties of the alloys were analyzed by scanning electron microscopy(FE-SEM), EDS, and X-ray diffraction analysis (XRD).

One of the challenges in tissue engineering is the design of optimal biomedical scaffolds, which can be governed by topographical surface characteristics, such as size, shape, and direction. Of these properties, we focus on the effects of nano - to micro - sized hierarchical surface. To fabricate the hierarchical surface structure on poly(${\varepsilon}$-caprolactone) (PCL) film, we employed a nano/micro-casting technique (NCT) and modified plasma process. The micro size topography of PCL film was controlled by sizes of the micro structures on lotus leaf. Also, the nano-size topography and hydrophilicity of PCL film were controlled by modified plasma process. After the plasma treatment, the hydrophobic property of the PCL film was significantly changed into hydrophilic property, and the nano-sized structure was well developed, as increasing the plasma exposure time and applied power. The surface properties of the modified PCL film were investigated in terms of initial cell morphology, attachment, and proliferation using osteoblast-like-cells (MG63). In particular, initial cell attachment, proliferation and osteogenic differentiation in the hierarchical structure were enhanced dramatically compared to those of the smooth surface.

Electron beam melting (EBM) is one of powder based additive manufacturing technology used to produce parts for high geometrical complexity and directly with three-dimensional computer aided design (CAD) model. It is kind of the most promising methods with additive manufacturing for a wide range of medical applications, such as orthopedic, dental implant, and etc. This research has been investigated the microstructure and mechanical properties of as fabricated and hot iso-static pressing (HIP) processed specimens, which are made by an Arcam A1 EBM system. The Ti-6Al-4V titanium alloy powder was used as a material for the 3 dimensional printing specimens. Mechanical properties were conducted with EBM manufacturing and computer numerical control (CNC) machining specimens, respectively. Surface morphological analysis was conducted by scanning electron microscopy (SEM) for their surface, dissected plan, and fractured surface after tensile test. The mechanical properties were included tensile stress-strain and nano-indentation test as a analysis level between nano and macro. As following highlighted results, the stress-strain curves on elastic region were almost similar between as fabricated and HIP processed while the ductile (plastic deformed region) properties were higher with HIP than that of as fabricated processed.

알루미늄은 취약한 내식성을 보완하기 위하여 나노다공성의 산화물 피막을 형성하는 양극산화 처리를 주로 활용한다. 이러한 나노다공성 산화물 피막에 소수성 처리와 불용성의 윤활유를 침지하면 표면에 접촉하는 물을 비롯한 다른 유체들의 젖음성을 크게 감소시킬 수 있으며, 이로 인하여 부식성 물질이 다공성 구조물로 침입하는 것을 억제할 수 있다. 따라서 양극산화 피막에 윤활유 침지를 이용하여 알루미늄의 부식에 대한 저항성을 크게 향상시킬 수 있으며, 추가적으로 외부의 물리적인 손상에 대한 치유 능력을 얻을 수 있다. 이러한 성능뿐만 아니라 침지된 윤활유의 내구성은 나노다공성 산화피막의 물리적 형상에 따라 차이가 날 수 있다. 본 연구에서는 나노다공성의 양극산화 피막의 기공 구조를 다양하게 변화시켜 그 형상에 따라서 윤활유를 침지 후 알루미늄 소재의 내식성 및 자기 치유 특성의 차이에 대하여 알아보았다. 기공의 형상은 한쪽 끝이 막혀있는 기둥형, 후처리를 통한 확장된 기둥형 및 침상형의 기공 구조를 제조하였고, 전압제어를 통한 병목 형상의 기공 구조를 구현하여 그 특성 차이를 비교하였다. 기공들이 서로 고립된 형태를 가질수록 윤활유가 안정적으로 산화물에 침지될 수 있으며, 기공의 공간이 클수록 더 많이 윤활유를 포함하여 우수한 자기 치유 특성을 보여주었다. 병목 형상의 가공 구조는 내부의 충분한 크기의 기공 공간과 표면에 작은 기공을 가지고 있기 때문에 우수한 내구성과 자기 치유 특성을 보여준다.

수전해(electrochemical water splitting)는 연료전지의 가역적 역반응을 이용하여 물로부터 수소와 산소를 발생시키는 기술이다. 산소는 음극에서 발생하는데, 이 때 음극 표면은 고농도의 산소 음이온 및 라디칼에 장시간 노출된다. 때문에 기계적, 화학적 내구성이 우수한 전극재를 사용할 필요가 있다. 불용성 전극 (dimensionally stable anode, DSA)은 이러한 기술적 요구사항을 잘 만족하는 상용화 된 전극이다. 티타늄이나 티타늄 합금 표면에 촉매를 미량 반복 살포하여 산화물 형태의 매우 견고한 표면을 형성함으로서 내구성을 확보한다. 그러나, 보통 DSA 제조 기법의 특징에 따라 다공성 표면 구조를 사용하지는 않기 때문에 생산 과정이 복잡하고 비용이 많이 발생하는 문제를 여전히 나타내고 있다. 본 연구는 상기 문제를 개선하기 위한 수전해용 음극 제조 기술에 관한 연구이다. 티타늄과 티타늄 합금은 동일한 양극산화 기술 적용이 가능하다는 점을 이용하여 티타늄 기판으로부터 다공성 구조를 형성함으로써 바인더의 사용을 배제하였다. 단일공정양극산화기법 (single-step anodization)을 이용하여 $IrO_2$와 $RuO_2$를 도핑함으로써 TiO2에 촉매능을 부여하였다. 제조된 나노튜브들의 구조적 특징을 HR-TEM (High-resolution transmission electron microscope)과 FE-SEM (Field-emission scanning electron microscope)으로 분석하고 SAED (selective area electron diffraction) 패턴을 분석하여 전극재의 결정성을 확인하였다. 알칼라인 분위기에서 일으킨 산소발생반응 (oxygen evolution reaction, OER)의 LSV (linear sweep voltammetry) 결과를 XPS (X-ray photoelectron microscoscopy) 결과와 연관지어 촉매 표면 구조와 과전압의 관계를 해석하였다. LSV 결과로부터 Tafel 분석을 연달아 수행함으로써 전극의 속도결정단계를 정의하였다. 최종적으로 사이클 테스트 통하여 DSA로써의 성능을 평가하였다.

스마트 도금공장을 구축하기 위해서는 도금액 내부의 화학 물질 농도 변화를 측정할 수 있는 화학 센서 기술이 필수적으로 요구된다. 와트욕은 대표적인 고속 니켈 도금액 중 하나로 기본적으로 황산니켈, 염화니켈, 보릭산의 염과 함께 케리어(type-1 광택제), 광택제(type 2-광택제), 응력 제어제 등의 유기 첨가제로 구성되어 있다. 이러한 유기 첨가제는 전차된 니켈층의 두께 균일도, 조도, 미세 구조, 내부 응력 등 다양한 특성을 제어하며, 정밀한 농도 관리가 필수적으로 요구되나, 분석 기술의 부재로 인하여 지금까지도 대부분의 액관리는 할셀법이나 작업자의 경험에 의존하고 있다. Cyclic voltammetry stripping(CVS) 방법은 전기화학 분석 과정에서 나타나는 첨가제의 가속, 감속 특성 등과 여기에 수반되는 stripping peak의 변화를 이용하여 개별 첨가제의 농도를 측정하는 방법이며, 지금까지 인쇄회로기판의 비아필 공정, 전해 동박 제조, 반도체 배선 등 구리도금 산업 전반에 걸쳐 첨가제 관리에 효과적으로 적용되고 있다. 그러나 수소 발생으로 인한 stripping 효율 문제로 인하여 니켈, 주석, 아연 등 표준 환원 전위가 높은 금속 도금액 내부 첨가제 농도 측정은 아직 어려운 상황이다. 본 연구에서는 이 문제를 극복하기 위해 염소를 과량 첨가한 구리 도금액을 CVS 분석의 base 용액으로 이용하여 니켈 도금액 내부 여러 광택제 (polyetylene glycol(PEG) 계열, thiourea 계열, 2-butyne-1,4-diol 등) 농도를 측정하는 법을 제시하였다. 제시된 방법은 CVS 분석 과정에서 구리-염소 사이의 상호 작용으로 인해 생성되는 3가지 stripping peak의 상대적인 크기 변화가 첨가제 농도에 따라 영향을 받는다는 사실에 기반하였다. 본 연구에서는 여기에 관한 원인에 대해 고찰하였으며, 제시된 방법을 통해 광택제 계열 첨가제 농도 측정을 선택적으로 할 수 있다는 것을 증명하였다.

레이저를 통한 플라스틱 일체형 회로형성 기술은 레이저 직접 성형 (Laser Direct Structuring, LDS) 기술과 도금기술을 이용하여 기판 표면에 전도성 회로 패턴을 형성하고 소자를 집적하여 부품을 제작하는 기술이다. 종래에는 PCB 기반의 평면기판을 기반으로 하여 제작된 소자와 부품이 전자제품의 주를 이루었으나, 최근 소자의 집적화와 제품 디자인의 유연화(flexible)로 굽힘(bendable) 형태의 스마트 시계와 같은 웨어러블(wearable) 전자 제품이 출시되었으며, 레이저를 통한 플라스틱 일체형 회로형성 기술은 미래 사회의 주를 이룰 웨어러블 형태의 제품의 상용화를 가능하게 할 뿐만 아니라 회로 집적이 가능하여 제품 혁신을 주도할 기술로 주목 받고 있다. 본 연구에서는 LDS 부품의 미세 회로 구현을 위한 공정 기술 개발에 있어서 고생산성 무전해 동도금액 및 부품 실장을 위한 표면처리 기술 개발에 대한 결과를 보고한다. 미세 회로 패터닝 기술의 상용화를 위해서는 도금액의 안정성뿐만 아니라 고속 공정기술이 필요하다, 현재 국내 무전해 동 도금의 석출 속도는 시간 당 $4{\sim}5{\mu}m$ 내외이기 때문에, 생산성을 향상시키기 위해서는 시간 당 $10{\mu}m$ 정도의 고속 무전해 동 도금 공정 개발 필요하다.

물리적 증착법에 의해 제조되는 초고경도 박막은 나노다층과 나노복합 구조가 대표적이며, 본 연구에서는 음극 아크 증착법으로 TiAlN과 AlTiiN 층 조합을 이용하여 나노다층구조를 포함하는 다층막 시편을 제작하였다. 초격자 두께 주기 12.1 ~ 15.6 nm에서 35 ~ 55 GPa의 경도값을 가졌으며, 절삭공구 코팅분야에 적용할 예정이다.

4차 산업 혁명의 영향으로 인공지능, 로봇이 활발히 이용됨에 따라, 산업은 software 면에서 지능화 및 무인자동화로 빠른 변화를 일으키고 있다. 이에 따라 사용되는 hardware는 고신뢰성 및 고성능화를 필요로 하게 되고, 이들의 내구성 및 장수명화를 요구하고 있다. 하지만 장시간 사용 안정성, 사용 기계 부품의 내구성 향상은 사용부품의 소재, 사용 조건등의 변화를 요구하게 되고, 이들은 학문적 의미에서의 트라이볼로지적 특성 향상이 필연적으로 뒷받침되어야 한다. 본 발표에서는 트라이볼로지적 특성 향상을 위한 표면코팅처리 기술로, 자장여과아크방식을 활용하여 solid carbon을 이용한 무수소 DLC 증착 기술에 대하여 발표하고, 그 응용으로 자동차 부품 및 절삭공구 등에 적용한 사례를 소개하고자 한다.

TiMoN 코팅층은 우수한 내마모 특성과 낮은 마찰계수를 보여 많은 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 음극아크 증착으로 질소 가스 유량, 아크 전류, 기판 전압 등 공정 변수를 제어하여 TiMoN 코팅층을 스테인리스와 초경 기판 위에 제조하고 색상, 미세구조, 경도 등 물리적 특성을 평가하였다. TiMo 타겟은 Mo가 약 8 at.% 함유되어 있으며 직경은 80 mm이었다. 색차계를 이용하여 TiMoN 코팅층의 색상을 분석한 결과, 질소 유량이 증가할수록 $a^*$와 $b^*$ 값이 증가하는 경향을 확인하였다. 질소 유량 90 sccm으로 제조한 TiMoN 코팅층은 TiN 코팅층과 유사한 색상을 보였다. TiMoN 코팅층의 조성을 에너지분산형 분광기(energy dispersive spectroscopy)로 분석한 결과, 타겟과 유사한 조성을 보였다. TiMoN 코팅층의 단면을 주사전자현미경으로 관찰한 결과, 주상정 형성이 확인되었으며 코팅층 표면에는 음극 아크 공정 시 발생하는 거대입자가 발견되었다. 질소 유량 50 sccm으로 제조한 TiMoN 코팅층은 약 3000 Hv의 경도 값을 보였다. X-선 분광기로 TiMoN 코팅층의 결정성을 분석한 결과, TiN과 유사한 합금상이 형성된 것을 확인할 수 있었다. TiMoN 코팅층은 TiN과 유사한 색상을 보였으며 경도는 TiN보다 높은 값을 보여 절삭공구, 금속 가공용 부품 등 고경도 코팅층으로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

최근 플라즈마 의학이 발달하면서 제트, 펜, 니들, 토치 등의 다양한 형태의 플라즈마 발생기가 개발되었으며 내부의 가스라인으로 가스의 종류, 유속, 조성 등을 조절하여 생물학적 효과를 극대화 할 수 있고 안정적으로 플라즈마 방전상태를 유지할 수 있으나 처리 면적이 좁아 실제 생물학적 시스템 (세포, 조직, 그리고 박테리아) 적용에 있어 한계점이 존재한다. 이러한 한계점을 극복하기 위해서 유전체격벽방전 (Dielectric barrier discharge, DBD) 방식을 이용한 플렉서블 활성종 발생기를 제작하고 생물학적 시스템에 적용하기 위한 방전 특성 평가를 진행하였으며, 간단한 in vitro 모델인 한천 젤을 이용하여 플라즈마 처리에 따른 전달물질의 침투거리를 확인하였다. 플라즈마 방전 시 생성되는 수산화기 [OH], 과산화수소 [$H_2O_2$], 초산소음이온 [$O_2{^-}$], 오존 [$O_3$], 그리고 산화질소 [$NO_x$]와 같은 산소 및 질소 활성종 (Reactive oxygen and nitrogen species, RONS)은 세포벽 또는 세포막의 주요 구성성분인 다당류와 인지질의 과산화 반응을 통해 구조를 변화시키고 생물학적 시스템의 표면의 pH를 낮춘다. 이러한 RONS의 작용은 살균, 소독 뿐만 아니라 약물의 침투를 돕는다. 일반적으로 한천 겔은 농도에 따라 생체 내 뇌 조직과 물리적 특성이 유사하고, 미생물학 기질, 방사선학 연구를 위한 조직모델로 사용되기 때문에 본 연구에서는 3%와 5% 농도의 한천 젤을 사용하여 침투거리를 확인하였다. 한천 젤은 $2.5{\times}2.5{\times}2.5cm^3$의 크기로 준비되었고 대조군으로 염료가 포함된 에멀젼을 0.01 g 도포하고, 실온에서 30분간 보존 후 단면을 잘라 현미경으로 침투거리를 확인하였으며, 실험군으로 플라즈마 전처리 후 에멀젼을 도포한 시표와 에멀젼 도포 후 플라즈마 처리한 시료에 대해 에멀젼 침투거리의 변화를 확인하였다. 본 연구의 플렉서블 활성종 발생기는 인체에 부착하여 사용되기 때문에 화상, 홍반을 유발을 방지하기위해 $40^{\circ}C$의 온도에서 실험을 진행하였고 이때에 플라즈마 방전조건은 $0.065W/cm^2$ 수준의 전력을 소모하는 1.7 kV의 전압, 16 kHz의 주파수로 10분간 처리하였다. 그 결과 3%의 한천 젤의 경우 침투거리 0.779 mm에서 0.826 mm, 0.942 mm까지 침투거리가 증가하였고 5%의 한천 젤의 경우 0.859 mm, 0.949 mm로 증가하였다. 이러한 침투거리 증가는 젤 표면의 다당류를 구성하고 있는 단량체가 플라즈마 처리시 화확적 구조가 끊어져 결론적으로 약물 침투가 증가된 것으로 판단된다.

강원도 혹한지역에 설치된 ACSR cable(Aluminium Conductor Steel Reinforced, 강심 알루미늄 연선)에 겔러핑(Galloping), 슬릿점핑(Sleet jumping) 등 빙설해로 인한 단전 및 단락 사고가 발생하여 전력망 운영에 심각한 문제를 초래하고 있다. 특히, 빙설해로 인한 정전사고는 전기 품질의 저하 뿐만 아니라, 국지적으로 발생하여 광범위하게 영향을 미치기 때문에 이에 대한 대응 및 예방기술이 요구되고 있다. 본 연구에서는 ACSR cable의 원 소재인 알루미늄 합금(Al 6061)을 대상으로 낮은 표면에너지를 갖는 결빙방지 코팅소재로 표면처리하여 결빙방지 성능을 향상하고자 하였다. 코팅소재와 얼음과의 접합특성은 결빙접합 특성 시험기를 사용하여 정량적으로 측정하였으며 시험기의 신뢰성 확보를 위해 FEM Modeling을 수행하였다. 결빙특성 지표인 ARF(Adhesion reduction factor)를 적용하여 소재별 결빙방지 효과를 비교 평가하였다. 코팅소재는 현재 해외 국내에서 상용화되고 있는 소수성, 초소수성 소재를 선정하였으며, 결빙접합강도와 매우 밀접하게 연관되어 있는 표면 에너지, 표면 거칠기와의 상관관계를 분석함으로써 결빙방지 코팅소재의 적합성을 평가하였다. 본 연구에서 개발한 상온 경화형 실리콘 러버 코팅소재는 원 소재 Al 대비 약 8~9배 낮은 탁월한 방빙성(Anti-icing) 효과를 나타내었으며, 내구성 또한 상용소재 대비 우수한 특성을 나타내었다.

안정적이고 효율적인 전력 공급을 위해 번화가 대로변 주변에 다수의 지상 변압기 및 개폐기가 설치되고 있으며, 이로 인해 불법 부착물로 인한 도시의 미관 훼손, 변압기 및 개폐기의 오염 등의 문제가 발생하고 있다. 따라서 각 산업체 및 연구 기관에서는 부착 방지용 코팅 도료 및 시트에 대해 다양한 연구개발을 진행하고 있으며, 현장에 적용되고 있는 사례도 있다. 하지만 현재 현장에 적용된 대부분의 제품들은 약 1년 정도의 시간이 지나면 고유의 기능을 상실하며, 도료 및 시트와 기판 사이의 박리가 일어나 우수한 성능을 보이지 않아, 결과적으로 도시에 더욱더 악영향을 주고 있다. 이러한 원인으로는 도료 및 시트의 성능 평가를 위한 다양한 규격들이 존재하지만, 테이프류 탈착 시 영향을 주는 인자(Factor)들이 명확하게 설정되어 있지 않고, 이에 대해 면밀하게 분석한 자료가 없으며, 정량적이고 객관적인 시험 방법이 고려되지 않고 있기 때문에 좋은 제품을 선별하기 어려운 상황이다. 따라서 여러 가지 제품들의 비교평가 및 기술 개발에 활용할 수 있는 가이드라인을 제시하기 위해 일반적으로 사용되고 있는 면테이프(Duct tape)를 이용하여 기판(Substrate)에 대해 다양한 인자를 기준으로 탈착 특성을 측정 및 평가하였다. 현재 지상 배전함 및 개폐기는 분체도장(Powder coating)으로 구성되어져 있으며, 그 모재는 탄소강(Carbon steel)으로 이루어져 있고, 소수의 경우 스테인리스(Stainless steel)를 사용하기 있기 때문에 분체도장(Powder coating), 탄소강(Carbon steel), 스테인리스(Stainless steel)를 기판으로 선정하여 탈착 특성을 평가했다. 탈착 특성에 관여하는 요인으로는 탈착 각도(Peeling angle), 탈착 속도(Peeling speed), 표면 조도(Surface roughness) 등이 있고, 상대 습도(Relative humidity)의 경우 탈착 특성에 영향을 거의 주지 않는 것을 확인했다. 탈착 시 각도가 클수록, 속도가 빠를수록, 조도가 작을수록 부착력(Peel resistance, N/cm)과 탈착 에너지(Energy, J)가 커지며, 탈착 특성에 영향을 주는 인자를 바탕으로 95% 신뢰도 구간을 적용한 탈착특성 모델링을 제시하였다. 이 모델링을 이용하여 실제 현장에서 발생할 수 있는 다양한 각도($90^{\circ}$, $180^{\circ}$)와 속도 범위(100 ~ 1500mm/min)에서의 탈착 특성을 추정하는 것으로, 좋은 성능 및 내구성을 가진 제품을 효과적으로 선별한다.

칼라도장강판은 금속 제품의 제품화 공정 중에 도장 공정을 생략함으로 경제적이며, 제조공정 중 발생할 수 있는 VOCs(Volatile Organic Compounds)의 배출 염려가 없어 건축 및 가전 산업에 다용되고 있다. 칼라도장강판은 용융아연도금강판(GI), 전기아연도금강판(EGI), 용융알루미늄아연합금도금강판 등이 기재로 적용되고 있으며, 최근 마그네슘 성분이 첨가되는 고내식 도금강판 개발과 함께 고내식 도금강판을 이용한 칼라도장강판의 개발 및 수요 발굴을 위한 연구가 활발하게 진행 중에 있다. 칼라강판의 구성은 일반적으로 도막 밀착성 확보를 위한 화성처리층, 기재와 도막간의 밀착성과 내식성 개선을 위한 하도층(primer layer), 가공성, 내오염성, 의장성 등의 기능성 부여를 위한 상도층(top layer)의 구조로 도장되어 있다. 도료는 가공성, 내오염성, 경도 등의 기능성이 우수한 폴리에스테르 수지계가 가장 폭넓게 사용되고 경화제로는 멜라민 화합물과 이소시아네이트 화합물이 널리 사용되고 있다. 칼라도장 강판은 1970년대 이후 본격적으로 보급되어 사용되기 시작하였으며, 화성처리층은 밀착성과 내식성이 우수한 크로메이트처리가 널리 사용되고, 하도층은 방청성이 우수한 크로메이트계 방청 안료를 함유시킨 도료가 일반적이다. 그러나, 전기전자 제품에 적용되는 칼라도장강판은 2006년에 RoHS 규제의 시행과 더불어 6가 크롬 사용 제한의 영향으로 크롬프리 화성처리가 일반화되어 적용되고 있으며, 그 동안 6가 크롬 제안이 유보적이었던 건축용 칼라도장강판 또한 크롬프리 화성처리층 및 크로메이트계 방청 안료의 하도층 적용을 회피하고 있는 추세이다. 이에 따라, 고내식 합금도금강판을 기재로 사용하고 기존의 화성처리층과 하도층에 크롬프리 수지를 적용하는 연구개발이 활발하게 진행 중에 있다. 본 연구에서는 마그네슘이 첨가된 고내식 합금도금강판으로 Al-Mg-S i강판과 용융 Zn-Al-Mg 합금도금강판에 기존의 상용화 공정에서 사용되는 크롬계 및 크로프리 화성처리 적용 칼라도장강판에 대한 내식성 등 칼라도장강판의 특성에 대해 발표한다.

홍합, 따개비 등의 접착성 해양생물은 선박의 하부나 발전소 해수 공급용 튜브에 부착하여 운영 효율을 저하 시키고, 냉각기기 고장을 유발하는 파울링(Fouling) 문제를 야기시킨다. 일반적으로 이러한 문제에 대응하기 위해서 초접착성 해양생물이 주로 부착하는 부위에 $Cu_2O$, ZnO 등을 포함한 유기화합물로 표면처리를 하여 부착방지를 하고 있지만, 이 소재들을 장시간 사용 시 해양 오염 및 부식을 가속화하는 문제를 초례하기 때문에 최근에는 사용을 금지하고 있다. 이러한 유해성 소재 문제를 해결하고자 친환경적이고 부작용이 없는 초접착성 해양생물 부착방지 소재를 개발하고자 하였다. 본 연구에서는 낮은 표면장력을 갖는 PDMS(Polydimethylsiloxane) 소재를 기반으로 소수성 oil을 침투시킨 I-PDMS(Oil-Polydimethylsiloxane) 표면처리법을 고안하였고, 이 방법을 활용하여 초접착성 해양생물에 대한 부착방지 성능을 향상시키고자 하였다. 기존의 개발품들 보다 성능이 향상된 I-PDMS 제조하고자, Nano-indentation을 이용한 기계적 특성 평가, X컷 및 cross-cut을 이용한 부착력 평가, 실제 바다환경에서 해양생물의 부착력 시험, 바다 환경을 모사한 수조에서의 I-PDMS와 비교군 기판에서의 홍합 거동, 홍합과 기판의 접착강도 시험, 해양 미생물 평가를 실시하였으며, 이를 통해서 I-PDMS 성능 및 내구성을 입증하고자 하였다.

메모리 소자의 수요가 데스크톱 컴퓨터의 정체와 모바일 기기의 폭발적인 증가로 NAND flash 메모리의 고집적화로 이어져서 3차원 집적 기술의 고도화가 중요한 요소가 되고 있다. 1 mm 정도의 얇은 웨이퍼 상에 만들어지는 메모리 소자는 실제 두께는 몇 마이크로미터 되지 않는다. 수직방향으로 여러 장의 웨이퍼를 연결하면 폭 방향으로 이미 거의 한계에 도달해있는 크기 축소(shrinking) 기술에 의지 하지 않고서도 메모리 소자의 용량을 증대 시킬 수 있다. CPU, AP등의 논리 연산 소자의 경우에는 발열 문제로 3D stacking 기술의 구현이 쉽지 않지만 메모리 소자의 경우에는 저 전력화를 통해서 실용화가 시작되었다. 스마트폰, 휴대용 보조 저장 매체(USB memory, SSD)등에 수 십 GB의 용량이 보편적인 현재, FEOL, BEOL 기술을 모두 가지고 있는 국내의 반도체 소자 업체들은 자연스럽게 TSV 기술과 이에 필요한 장비의 개발에 관심을 가지게 되었다. 특히 이 중 TSV용 스퍼터링 장치는 transistor의 main contact 공정에 전 세계 시장의 90% 이상을 점유하고 있는 글로벌 업체의 경우에도 완전히 만족스러운 장비를 공급하지는 못하고 있는 상태여서 연구 개발의 적절한 시기이다. 기본 개념은 일반적인 마그네트론 스퍼터링이 중성 입자를 타겟 표면에서 발생시키는데 이를 다시 추가적인 전력 공급으로 전자 - 중성 충돌로 인한 이온화 과정을 추가하고 여기서 발생된 타겟 이온들을 웨이퍼의 표면에 최대한 수직 방향으로 입사시키려는 노력이 핵심이다. 본 발표에서는 고전력 이온화 스퍼터링 시스템의 자기장 해석, 냉각 효율 해석, 멀티 모듈 회전 자석 음극에 대한 동역학적 분석 결과를 발표한다. 그림1에는 이중 회전 모듈에 대한 다물체 동역학 해석을 Adams s/w package로 해석하기 위하여 작성한 모델이고 그림2는 180도 회전한 서브 모듈의 위상이 음극 냉각에 미치는 효과를 CFD-ACE+로 유동 해석한 결과를 나타내고 있다.

단일벽 탄소나노튜브 (Single-walled carbon nanotubes, SWNTs)는 우수한 물리적 화학적 특성을 갖고 있어 나노전자소자, 투명전도막, 에너지소자, 센서 등 다양한 분야로의 응용이 기대되고 있다. 열화학기상증착(Thermal chemical vapor deposition, TCVD)법은 SWNTs의 합성 공정이 간단하고 공정변수의 제어가 용이하다는 장점이 있어 SWNT 합성 연구에 가장 널리 사용되어 왔다. 일반적으로 금속 촉매의 박막이 증착된 합성 기판은 온도가 가장 높고 비교적 균일성이 보장되는 TCVD 반응기의 중심부에 위치시키고 공정변수를 변화해가며 연구를 진행해 왔다. 본 실험실에서는 수평형 반응기 전역에 합성 기판을 설치하여 SWNTs를 합성한 결과, 반응기의 중심보다 뒤의 영역에서 SWNTs의 합성 수율이 상당히 증가하는 것을 초기실험을 통해 확인하였다. 본 연구에서는 SWNTs 합성 시 가스 유량과 합성 온도를 변화시켰을 때 기판 위치에 따른 SWNTs의 수율 및 물성변화를 구체적으로 조사하였다. 합성가스와 촉매로는 메탄가스와 철 박막을 사용하였으며, 합성 수율의 변화는 고분해능 주사전자현미경을 이용하여 관찰하였다. 그리고 합성된 SWNTs의 형태 및 결정성은 라만분광법과 원자간힘현미경을 이용하여 평가하였다. 결과적으로, 진행하였던 모든 합성 조건에서 반응기 중심보다 뒤의 영역에서 더 고수율의 SWNTs가 합성되었으며, 최적 합성 조건의 SWNTs 면밀도는 99% 이상이었다. 본 연구의 결과는 CVD 공정을 이용하는 다양한 저차원 나노 소재의 합성에도 적용될 수 있을 것으로 사료되며, 추후 이에 대한 연구가 필요하다.

습도는 대기중에 분포되어있는 물 분자의 양으로 사람이 살아가는데 있어 막대한 영향을 주는 환경적 요소중 하나이다. 산업적 가스의 순도에 막대한 영향을 끼치기도 하고, 반도체 산업에서 불량률과도 밀접한 관련이 있다. 또한, 식품학이나 기상학, 농사와도 밀접한 관련이 있어서 습도를 측정하는 것은 중요시 되고 있다. 이를 위해서 많은 물질들이 사용되고, 연구되었다. 산화 구리, 산화 아연, 산화 납 등의 산화금속 물질들이나 전도성 고분자, 실리콘 기반의 물질들이 주로 사용되고 있는데, 그 중 산화 금속이 쉬운 합성 방법과 낮은 단가, 명확한 작동 원리로 인해 널리 사용되고 있다. 산화 아연의 경우 넓은 direct band gap energy와 우수한 내화학성으로 인해 주로 사용되는데 그 중 1차원 물질인 nanowire의 경우 비등성 구조와 높은 비표면적을 갖는 특성으로 인해 산화 아연의 nanowire 구조가 많이 사용된다. 본 연구에서는 열처리 공정을 이용하여 산화아연의 nanowire 구조를 합성하였고, 합성된 nanowire는 양쪽의 미세전극을 직접적으로 연결하여 간편한 방식으로 소형 소자를 만들 수 있다는 장점이 있다. 열처리 공정 이전에 전기도금 방식을 이용하여 아연층을 증착 하였다. 전기도금 조건은 0.1 M의 염화 아연과 1 M의 염화 칼륨으로 구성된 용액에 -1.1 V를 인가하였다. 합성된 아연층은 열처리 공정에 의해 산화아연의 nanowire 구조체로 변환되고, SEM (scanning electron microscope)를 통해 표면 형상을 관찰 하였고, XRD (X-ray diffraction)을 통해 미세구조를 확인하였다. -1 V부터 1 V 범위의 전압을 흘려주어 형성된 소자의 전기적 특성을 확인하였고, 1 V를 인가하였을 때, 습도 변화에 따른 센서 소자의 저항변화를 통해 습도 센서로서의 특성을 확인 하였다.

산업의 발달 및 인구 증가에 따라 발생되는 폐수의 종류는 다양해지고 있으며, 폐수의 처리를 위해서는 주로 생물학적 처리를 먼저 검토하게 된다. 하지만 최근 폐수의 성분은 생물학적으로 처리하기 어려운 난분해성 요인(고농도의 염분, 독성 유기용매, 중금속 등)이 존재 할 뿐 아니라, 생물학적 처리 후 존재하는 잔류 유기물은 환경부에서 제시하는 방류수 기준을 만족시키기에 어려움이 있다. 이러한 난분해성 요인을 제거하기 위해서 전기 화학적 처리의 필요성이 대두되고 있으며, 다양한 고도산화기술들이 제시되고 있다. 그 중 처리시간의 단축으로 인한 처리비용 절감과 산화제 발생에 따른 높은 처리 효율로 인해 전기화학적 폐수산화처리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는 실정이다. 본 연구에서는 기존에 사용되어 지고 있는 전기화학적 폐수산화처리를 위한 불용성 전극을 BDD 전극으로 대체하여 다양한 폐수에 전기분해 처리 적용 가능성을 검토하고자 기존 BDD 전극의 기판 모재로 이용되던 Si, Nb 대신에 Ti 기판 위에 BDD 형성시켜 전극을 제작하였고, 폐수의 전기분해 적용 가능성을 확인하기 위하여 축산폐수, 해양폐수, 질산염폐수 등 실제 폐수를 채수하여 폐수 내 유기물의 전기분해 처리 효율을 분석하였다. 이에 Ti 모재 기판에 증착된 BDD 전극을 이용하여 폐수 내 유기물의 전기분해 처리효율을 분석 한 결과, 축산폐수의 경우 처리시간 150분에 95% 이상 처리효율을 나타냈으며, 해양폐수의 경우 처리시간 60분에 98% 이상의 유기물 제거 효결과가 나타남에 따라 축산폐수와 선박 평형수, 양식장폐수 등 다양한 폐수에 적용이 가능할 것으로 판단되며, 기존에 적용되어 지고 있는 고도산화처리 기술을 BDD 전극을 이용한 전기화학적 처리로 대체 할 수 있을 것으로 기대할 수 있다.

Only approximately 30% of fossil fuel energy is used; therefore, it is desirable to utilize the huge amounts of waste energy. Thermoelectric (TE) materials that convert heat into electrical power are a promising energy technology. The TE materials can be formed either as thin films or as bulk semiconductors. Generally, thin-film TE materials have low energy conversion rates due to their thinness compared to that in bulk. However, an advantage of a thin-film TE material is that the efficiency can be smartly engineered by controlling the nanostructure and composition. Especially nanostructured TE thin films are useful for mitigating heating problems in highly integrated microelectronic devices by accurately controlling the temperature. Hence, there is a rising interest in thin-film TE devices. These devices have been extensively investigated. It is demonstrated that transparent amorphous oxide semiconductors (TAOS) can be excellent thermoelectric (TE) materials, since their thermal conductivity (${\kappa}$) through a randomly disordered structure is quite low, while their electrical conductivity and carrier mobility (${\mu}$) are high, compared to crystalline semiconductors through the first-principles calculations and the various measurements for the amorphous In-Zn-O (a-IZO) thin film. The calculated phonon dispersion in a-IZO shows non-linear phonon instability, which can prevent the transport of phonon. The a-IZO was measured to have poor ${\kappa}$ and high electrical conductivity compared to crystalline $In_2O_3:Sn$ (c-ITO). These properties show that the TAOS can be an excellent thin-film transparent TE material. It is suggested that the TAOS can be employed to mitigate the heating problem in the transparent display devices.

Thermoelectric materials can convert directly waste heat to electricity and vice versa. The improvement of the thermoelectric efficiency strongly depends on the dimensionless figure of merit, $ZT=S^2{\sigma}T/{\kappa}$, where S is the Seebeck coefficient, ${\sigma}$ is the electrical conductivity, T is the absolute temperature, and ${\kappa}$ is the thermal conductivity. The thermal conductivity consists of the electronic contribution (${\kappa}_e$) and phonon contribution (${\kappa}_{ph}$). It is very challenge to increase the power factor, $S^2{\sigma}$ and to reduce the thermal conductivity simultaneously because the power factor and electronic thermal conductivity are coupled. One strategy is to decrease the phonon thermal conductivity. The phonon thermal conductivity can be decreased by controlling the grain size and structural defects such as dislocations and twinning. In order to achieve enhancements in thermoelectric efficiency, microstructures that can form numerous interfaces have been investigated intensively for controlling the transport of charge carriers and heat carrying phonons. In this presentation, we report the heterogeneous microstructure of $Mg_2Si_{0.6}Sn_{0.4}$ thermoelectric materials and investigation of its influence on thermoelectric properties.

To optimize the deposition parameters of diamond films, the temperature, pressure, and distance between the filament and the susceptor need to be considered. However, it is difficult to precisely measure and predict the filament and susceptor temperature in relation to the applied power in the hot filament chemical vapor deposition (HFCVD) system. In this study the temperature distribution inside the system was numerically calculated for the applied powers of 12, 14, 16 and 18 kW. The applied power needed to achieve the appropriate temperature at a constant pressure and other conditions was deduced, and applied to actual experimental depositions. The numerical simulation was conducted using the commercial computational fluent dynamics software, ANSYS-FLUENT. To account for radiative heat-transfer in the HFCVD reactor, the discrete ordinate (DO) model was used. The temperatures of the filament surface and the susceptor at different power levels were predicted to be 2512 ~ 2802 K, and 1076 ~ 1198 K, respectively. Based on the numerical calculations, experiments were performed. The simulated temperatures for the filament surface were in good agreement with experimental temperatures measured using a 2-color pyrometer. The results showed that the highest deposition rate and the lowest deposition of non-diamond was obtained at a power of 16 kW.

Recently, amorphous oxides such as InGaZnO (IGZO) and InZnO (IZO) as a channel layer of an oxide TFT have been attracted by advantages such as high mobility, good uniformity, and high transparency. In order to apply such an amorphous oxide TFTs to a display, the stability in various environments must be ensured. In the InGaZnO which has been studied in the past, Ga elements act as a suppressor of oxygen vacancy and result in a decreased mobility at the same time. Previous studies have been showed that the InZnO, which does not contain Ga, can achieve high mobility, but has relatively poor stability under various instability environments. In this study, the TFTs using $IZO/Al_2O_3$ double layer structure were studied. The introduction of an $Al_2O_3$ interlayer between source/drain and channel causes superior electrical characteristics and electrical stability as well as reduced contact resistance with optimally perfect ohmic contact. For the IZO and $Al_2O_3$ bilayer structures, the IZO 30nm IZO channels were prepared at $Ar:O_2=30:1$ by sputtering and the $Al_2O_3$ interlayer were depostied with various thickness by ALD at $150^{\circ}C$. The optimal sample exhibits considerably good TFT performance with $V_{th}$ of -3.3V and field effect mobility of $19.25cm^2/Vs$, and reduced $V_{th}$ shift under positive bias stress stability, compared to conventional IZO TFT. The enhanced TFT performances are closely related to the nice ohmic contact properties coming from the defect passivation of the IZO surface inducing charge traps, and we will provide the detail mechanism and model via electrical analysis and transmission line method.

Transparent conductive oxides (TCOs) have attracted attention due to their high electrical conductivity and optical transparency in the visible region. Consequently, TCOs have been widely used as electrode materials in various electronic devices such as flat panel displays and solar cells. Previous studies on TCOs focused on their electrical and optical performances; there have been numerous attempts to improve these properties, such as chemical doping and crystallinity enhancement. Recently, due to rapidly increasing demand for flexible electronics, the academic interest in the mechanical stability of materials has come to the fore as a major issue. In particular, long-term stability under bending is a crucial requirement for flexible electrodes; however, research on this feature is still in the nascent stage. Hydrogen-incorporated amorphous In-Sn-O (a-ITO) thin films were fabricated by introducing hydrogen gas during deposition. The hydrogen concentration in the film was determined by secondary ion mass spectrometry and was found to vary from $4.7{\times}10^{20}$ to $8.1{\times}10^{20}cm^{-3}$ with increasing $H_2$ flow rate. The mechanical stability of the a-ITO thin films dramatically improved because of hydrogen incorporation, without any observable degradation in their electrical or optical properties. With increasing hydrogen concentration, the compressive residual stress gradually decreased and the subgap absorption at around 3.1 eV was suppressed. Considering that the residual stress and subgap absorption mainly originated from defects, hydrogen may be a promising candidate for defect passivation in flexible electronics.

Zinc-oxide (ZnO), II-VI semiconductor with a wide and direct band gap (Eg: 3.2~3.4 eV), is one of the most potential candidates to substitute for ITO due to its excellent chemical, thermal stability, specific electrical and optoelectronic property. However, the electrical resistivity of un-doped ZnO is not low enough for the practical applications. Therefore, a number of doped ZnO films have been extensively studied for improving the electrical conductivities. In this study, Ti-doped ZnO films were successfully prepared by atomic layer deposition (ALD) techniques. ALD technique was adopted to careful control of Ti doping concentration in ZnO films and to show its feasible application for 3D nanostructured TCO layers. Here, the structural, optical and electrical properties of the Ti-doped ZnO depending on the Ti doping concentration were systematically presented. Also, we presented 3D nanostructured Ti-doped ZnO layer by combining ALD and nanotemplate processes.

듀플렉스 스테인리스강은 페라이트와 오스테나이트 상이 공존하는 특징을 갖는다. 그러한 구조에 의해서 페라이트와 오스테나이트상의 장점을 동시에 갖는 특성이 있다. 높은 강도와, 우수한 내식성, 응력 부식 균열 그리고 낮은 니켈의 함량 때문에 안정적인 가격을 갖는 장점을 갖기 때문에 운송, 기름과 가스, 해양플랜트, 건축 그리고 높은 강도와 우수한 내식성이 필요한 분야에서 수요가 증가할 것으로 사료된다. 이러한 듀플렉스 스테인리스강의 형성에서 페라이트와 오스테나이트상의 균형과 내식성을 개선하기 위해 질소가 첨가된다[1,2]. 본 연구는 저니켈 듀플렉스 스테인리스강(STS 329 FLD)의 공식 형성 과정에서 질소의 함량이 공식 형성과 내식특성에 미치는 영향을 동전위분극, XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy) 그리고 GDOES(Glow Discharge Optical Emission Spectrometry)를 이용하여 규명하였다. GDOES를 이용하여 깊이별 원소 분포를 정량적으로 비교한 결과, 부동태막에서 질소는 기저에 비하여 증가하였고, 질소의 함량이 증가함에 따라 wt.% 또한 증가하였다. 이러한 부동태막의 깊이별 원소 분포특성이 내식특성과 공식의 크기에 미치는 영향을 동전위분극을 이용하였다. 질소의 함량이 증가하였을 경우, 부식전위는 증가하였으며, 부식전류는 감소하였다. 또한 부동태전류가 감소한 것을 확인할 수 있었다. 이러한 차이의 원인을 확인하기 위하여 XPS를 이용하여 질소의 화학적 상태를 확인하였다. 질소는 암모니아의 형태로 존재하는 것으로 확인되었다. 암모니아 상태로 부동태막에 존재함에 따라 공식이 형성될 때, 암모늄 화함물을 형성하여 공식 내부의 산성도를 낮춤으로써 공식의 형성이 억제된 것으로 사료된다. 또한 공식 이후의 표면을 관찰 할 경우 질소의 함량이 증가함에 따라 표면에서 공식이 거의 관찰되지 않았다.

Pt is still considered as one of the most active electrocatalysts for ORR in alkaline fuel cells. However, the high cost and scarcity of Pt hamper the widespread commercialization of fuel cells. As a strong candidate for the replacement of Pt catalyst, silver (Ag) has been extensively studied due to its high activity, abundance, and low cost. Ag is more stable than Pt in the pH range of 8~14 as the equilibrium potential of Ag/Ag+ being ${\approx}200mV$ higher than that of Pt/PtO. However, Ag is the overall catalytic activity of Ag for oxygen reduction reaction(ORR) is still not comparable to Pt catalyst since the surface Ag atoms are approximately 10 times less active than Pt atoms. Therefore, further enhancement in the ORR activity of Ag catalysts is necessary to be competitive with current cutting-edge Pt-based catalysts. We demonstrate the architectural design of Ag catalysts, synthesized using plasma discharge in liquid phase, for enhanced ORR kinetics in alkaline media. An attractive feature of this work is that the plasma status controlled via electric-field could form the Ag nanowires or dendrites without any chemical agents. The plasma reactor was made of a Teflon vessel with an inner diameter of 80 mm and a height of 80 mm, where a pair of tungsten(W) electrodes with a diameter of 2 mm was placed horizontally. The stock solutions were made by dissolving the 5-mM AgNO3 in DI water. For the synthesis of Agnanowires, the electricfield of 3.6kVcm-1 in a 200-ml AgNO3 aqueous solution was applied across the electrodes using a bipolar pulsed power supply(Kurita, Seisakusyo Co. Ltd). The repetition rate and pulse width were fixed at 30kHz and 2.0 us, respectively. The plasma discharge was carried out for a fixed reaction time of 60 min. In case of Ag nanodendrites, the electric field of 32kVcm-1 in a 200-ml AgNO3 aqueous solution was applied and other conditions were identical to the plasma discharge in water in terms of electrode configuration, repetition rate and discharge time. Using SEM and STEM, morphology of Ag nanowires and dendrites were investigated. With 3.6 kV/cm, Ag nanowire was obtained, while Ag dendrite was constructed with 32 kV/cm. The average diameter and legth of Ag nanowireses were 50 nm and 3.5 um, and thoes values of Ag dendrites were 40 nm and 3.0 um. As a results of XPS analysis, the surface defects in the Ag nanowires facilitated O2 incorporation into the surface region via the interaction between the oxygen and the electron cloud of the adjacent Ag atoms. The catalytic activity of Ag for oxygen reduction reaction(ORR) showed that the catalytic ORR activity of Ag nanowires are much better than Ag nanodendrites, and electron transfer number of Ag nanowires is similar to that of Pt (${\approx}4$).

본 연구는 플라즈마 전해 산화 (PEO) 및 RF (Radio Frequency) 스퍼터링을 이용한 2 단계 접근법에 의해 처리 된 MgO / Ni-Cr의 고내식성 이중층 코팅을 제조하기 위해 수행되었다. 이를 위해 $100mA/cm^2$ 교류 조건에서 180 s PEO를 한 후 150W 에서 900s RF 스퍼터링을 수행 하였다. 코팅의 형태는 주사전자현미경(SEM)을 사용하여 관찰되었으며 코팅의 상조성은 X-선 회절(XRD) 및 X-선 광전자 분광법(XPS)을 사용하여 분석하였다. SEM 이미지는 스퍼터링 된 Ni-Cr이 크랙의 대부분과 미세한 미세 공극을 덮어 코팅 결함이 감소함을 보여 주었다. 따라서, 코팅 된 샘플의 거칠기 값은 스퍼터링 공정 후에 감소되었다. 단면 이미지로부터, 스퍼터링된 코팅층은 낮은 두께 때문에 거의 검출되지 않았다. EDS, XRD 및 XPS를 사용한 조성 분석은 금속 상태의 형태로 Ni 및 Cr 존재를 나타내었고 XPS에서 NiCr2O4 부동태 피막이 검출되었다. MgO / Ni-Cr 이중층 코팅의 내부식성은 MgO / Ni-Cr 이중층을 가진 샘플의 금속 원소와 비교하여 우수한 부식 특성을 나타내는 전위 역학적 분극 시험 및 전기 화학적 임피던스 분광법으로 평가 하였다.

갈바륨 도금강판은 알루미늄의 우수한 차폐 특성과 내열성, 열 반사성을 가지며 아연의 희생방식 특성을 겸비하여 동일 부착량의 용융 아연도금 및 알루미늄 도금강판에 비해 우수한 내식성을 나타낸다고 알려져 있다. 또한 이것은 표면이 미려하고 경제성이 높아 건자재 용도로 현재까지도 세계적으로 널리 이용되고 있다. 여기서 지칭하는 바륨 도금강판(galvalume steel)은 아연과 알루미늄 도금강판의 장점을 접목하기 위해 55 Al-43.4 Zn-1.6 Si (wt.%)로 구성되어 개발된 3원계 성분의 합금도금강판이다. 한편, 최근에는 강재의 내식성을 향상시키기 위한 다양한 연구 결과에 의해 Zn-Al-Mg의 3원계 합금도금강판도 개발되어 사용되고 있다. 이것은 기존의 아연도금 강판 보다 10배 정도의 우수한 내식성을 나타내는 것으로 보고되고 있다. 특히, 이것은 도금된 평판부의 내식성은 물론 절단된 도금 단면부의 내식성도 매우 우수하다고 알려져 있다. 그러나 상기한 갈바륨 도금강판의 경우에는 도금된 표면부에 비해 단면부의 내식성이 상대적으로 취약한 것으로 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 갈바륨 도금강판의 내식성을 종합적으로 향상시키기 위하여 이 갈바륨 도금강판 상에 PVD 스퍼터링법에 의해 Mg 코팅막의 제작을 시도하였다. 여기서 Mg 코팅막은 후처리 된 갈바륨 도금강판 상에 Ar 공정압력 2 및 20 mTorr 조건 중 1.5 및 $3{\mu}m$ 두께로 제작하였다. 또한 제작한 코팅막에 대해서는 모폴로지 관찰(SEM) 및 결정구조 분석(XRD)을 하였고, 분극측정, 염수분무 시험(SST) 및 복합부식 시험(CCT)에 의해 표면 및 단면부의 내식성평가를 수행하였다. 또한 여기서는 염수분무 및 복합부식 시험 후의 시험편도 채취 하여 표면 및 단면부위에 대한 원소조성 분석(EPMA)과 결정구조 분석(XRD)을 실시하였다. 이상의 실험 결과에 의하면, 본 실험에서 제작한 Mg 코팅막은 그 두께가 두꺼울수록 표면 Mg 결정립의 크기가 증가하였고, 그 부식속도가 증가하는 경향을 나타내었다. 또한 여기서는 공정압력이 높은 조건에서 제작한 막일수록 Mg(002)면 피크 강도가 감소하고 Mg(101)면 피크의 배향성이 증가하였다. 그때 그 막의 내식성은 향상되는 경향을 나타내었다. 그리고 종합적으로 염수분무 및 복합부식 시험 결과에 의하면 Mg이 코팅된 갈바륨 도금강판은 기존 갈바륨 도금강판 보다 내식성이 현저히 향상되었다. 특히, 단면부 내식성의 경우에는 기존 대비 5배 이상 향상되는 경향을 나타내었다. 여기서 단면부 내식특성 분석을 위한 EPMA 원소조성 분석 결과에 의거하면, 부식 초기에는 마그네슘의 부식생성물에 의해 단면부가 치밀하게 보호되고 있음을 확인할 수 있었다. 그 이후에는 부식이 지속적으로 진행됨에 따라 갈바륨 도금층에서 용출된 알루미늄 및 아연 성분이 마그네슘과 함께 치밀한 부식생성물을 형성하여 단면부를 차폐함에 따라 단면부의 내식성이 크게 향상된 것으로 생각된다. 이러한 부식생성물의 결정구조 분석 결과에 따르면, 염수분무와 복합부식 시험에서는 공통적으로 MgO, $Mg(OH)_2$ 이외에도 Simonkolleite상 등이 형성되었다. 또한 건-습 반복 부식시험인 복합부식시험 후에는 $Mg_5(CO_3)_4(OH)_24H_2O$(Hydromagnesite)상 등이 형성됨을 확인할 수 있었다. 즉, 본 실험에서 후처리된 갈바륨 도금강판 상에 제작한 마그네슘 코팅막의 경우에는 상기와 같은 다양한 부식반응에 의해 표면 및 단면부에 형성된 Mg계 부식생성물과 $Zn_5(OH)_8Cl_2H_2O$(Simonkolleite)상에 의해서 표면은 물론 단면부 내식성이 크게 향상된 것으로 사료된다.

The 5xxx series aluminum alloys are recently used in not only marine system but also automotive area because of a low density material, good mechanical properties and better resistance to corrosion. However, Aluminum alloys are less resistant than the purest aluminum such as 1xxx aluminum alloy. Electrochemical anodization technique has attracted in the area of surface treatment because of a simple procedure, a low-cost efficiency than other techniques such as lithography and a large volume of productivity, and so on. Here, The relationship between the corrosion behavior and the thickness of aluminum anodic oxide have been studied. Prior to anodization, The 5052 aluminum sheets ($30{\times}20{\times}1mm$) were degreased by ultra-sonication in acetone and ethanol for 10 minutes and eletropolished in a mixture of perchloric acid and ethanol (1:4, volume ratio) under an applied potential of 20V for 60 seconds to obtain a regular surface. During anodization process, Aluminum alloy was used as a working electrode and a platinum was used as a counter electrode. The two electrodes were separated at a distance of 5cm. The applied voltage of anodization is conducted at 40V in a 0.3M oxalic acid solution at $0^{\circ}C$ with appropriate magnetic stirring. The surface morphology and the thickness of AAO films was observed with a Scanning Electron Microscopy (SEM). The corrosion behavior of all samples was evaluated by an open-circuit potential and potentio-dynamic polarization test in 3.5wt% NaCl solution. Thus, The corrosion resistance of 5052 aluminum alloy is improved by the formation of an anodized oxide film as function of increase anodization time which artificially develops on the metal surface. The detailed electrochemical behavior of aluminum 5052 alloy will be discussed in view of the surface structures modified by anodization conditions such as applied voltages, concentration of electrolyte, and temperature of electrolyte.

Nanoporous or nanotubular metal oxide can be fabricated by anodization of metal substrate in fluoride contained electrolytes. The approach allows various transition metals such as Zr, Hf, Nb, Ta to form highly ordered oxide nanostructures. These oxide nanostructures have various advantages such as high surface area, fast electron transport rate and slow recombination in semiconductive materials. Recently, vanadium oxide nanostructures have been drawn attentions due to their superior electronic, catalytic and ion insertion properties. However, anodization of vanadium metal to form oxide layers is relatively difficult due to ease formation of highly soluble complex in water contained electrolyte during anodization. Yang et al. reported $[TiF_6]^{2-}$ or $[BF_4]^-$ in electrolyte helps to formation of stable oxide layer [1, 2]. However, the reported approaches are very sensitive in other parameters. In this presentation, we deal with the other important key parameters to form ordered anodic vanadium oxide such as pH, temperatures and applied potential.

현재 상용화된 Graphite 음극활물질의 경우 낮은 부피당, 무게당 용량을 가지며 이는 다양한 분야에 활용하는데 제약이 있다. $SiO_2$는 Si에 비해서는 낮은 용량이지만 metal oxide 계열 중 가장 높은 이론용량을 가지고 있으며, 리튬 이온과 반응 시 큰 부피팽창을 하며, 절연체로 전기전도도가 낮아 리튬이 차전지의 음극재로 상용화가 어려운 단점이 있다. 본 연구에서는 TEOS를 이용하여 탄소와 $SiO_2$를 동시에 $TiO_2$ microcone 구조에 코팅하여 3가지 물질의 복합체를 형성하여 용량을 증대시키고 구조적 안전성을 향상시키는 방법을 소개 한다. 음극재의 특성은 고분해능 주사전자현미경 (HR-SEM), 고분해능 엑스선 회절분석기 (XRD), 를 통해 조사하였으며, 순환전류법 (CV), 충 방전 싸이클 분석을 통해 리튬이차전지의 작동원리와 보다 향상된 성능을 규명하였다.

A dynamic fatigue characteristic of dental implant system has been evaluated with applying single axial compressive shear loading based on the ISO 14801 standard. For the advanced dynamic fatigue test, multi-directional force and motion needed to be accompanied for more information of mechanical properties as based on mastication in oral environment. In this study, we have prepared loading and motion protocol for the multi-directional fatigue test of dental implant system with single (Apical/Occlusal; AO), and additional mastication motion (Lingual/Facial; LF, Mesial/Distal; MD). As following the prepared protocol (with modification of ISO 14801), fatigue test was conducted to verify the worst case results for the development of highly stabilized dental implant system. Mechanical testing was performed using an universal testing machine (MTS Bionix 858, MN, USA) for static compression and single directional loading fatigue, while the multi-directional loading was performed with joint simulator (ADL-Force 5, MA, USA) under load control. Basically, all mechanical test was performed according to the ISO 14801:2016 standard. Static compression test was performed to identify the maximum fracture force with loading speed of 1.0 mm/min. A dynamic fatigue test was performed with 40 % value of maximum fracture force and 5 Hz loading frequency. A single directional fatigue test was performed with only apical/occlusal (AO) force application, while multi directional fatigue tests were applied $2^{\circ}$ of facial/lingual (FL) or mesial/distal (MD) movement. Fatigue failure cycles were entirely different between applying single-directional loading and multi-directional loading. As a comparison of these loading factor, the failure cycle was around 5 times lower than single-directional loading while applied multi-directional loading. Also, the displacement change with accumulated multi-directional fatigue cycles was higher than that of single directional cycles.

조직재생공학은 조직이나 장기를 재생하고 유지하는 데 초점을 맞춘 종합 분야이다. 세포담체는 세포가 조직이나 장기로 발달 할 수 있도록 결정적인 역할을 한다. 따라서 공극률, 기공 크기, 기공 상호 연결성, 표면 거칠기, 기계적 강도 및 기하학과 같은 기본 요구 사항들은 중요한 특성으로 간주된다. Particle leaching, phase separation, solvent casting, gas foaming, selective laser sintering, fused deposition 및 3D dispensing (printing)과 같은 다양한 Rapid Prototyping 방법이 세포담체 제조에 사용되었다. 또한, 다양한 천연 및 합성 고분자가 세포담체를 제조하는데 사용되어왔다. 본 연구에서는 기존의 3D 프린팅 방법과 플라즈마 에칭 공정을 이용하여 나노 에칭 된 나선형 가닥으로 구성된 3 차원 세포담체를 제작 하였다. 제작 된 세포담체의 물리적 및 생물학적 성질을 비교 연구하기 위해, 본 연구에서는 매끄러운 가닥을 대조물로 사용하였다. 나노 에칭된 표면은 초기 세포 부착, 증식 및 골 형성 분화와 같은 세포 활동에 영향을 미쳤다.

Ti-6Al-4V alloys have been widely used as orthopedic materials because of their excellent corrosion resistance and mechanical properties. However, it does not bind directly to the bone, so it requires a surface modification. This problem can be solved by nanotube and micropore formation. Plasma electrolytic oxidation (PEO) treatment for micropore, which combines high-voltage spark and electrochemical oxidation, is a new way of forming a ceramic coating on light metals such as titanium and its alloys. This method has excellent reproducibility and can easily control the shape and size of the Ti alloy. In this study, formation of bioactive surface by PEO-treatment after $2^{nd}$ ATO technique of Ti-6Al-4V alloy was invesgated by various instrument. Nanotube oxide surface structure was formed on the surface by anodic oxidation treatment in 0.8 wt.% NaF and 1M $H_3PO_4$ electrolytes. After nanotube formation, nanotube layer was removed by ultrasonic cleaning. PEO-treatment was carried out at 280V for 3 minutes in the electrolytic solution containing the bioactive substance (Mg, Zn, Mn, Sr, and Si). The surface of Ti-6Al-4V alloy was observed by field emission scanning electron microscopy (FE-SEM, S-4800 Hitachi, Japan). An energy dispersive X-ray spectrometer (EDS, Inca program, Oxford, UK) was used to analyze the spectra of physiologically active Si, Mn, Mg, Zn, and Sr ions. The PEO film formed on the Ti-6Al-4V alloy surface was characterized using an X-ray diffractometer (TF-XRD, X'pert Philips, Netherlands). It is confirmed that bioactive ions play an essential role in the normal bone growth and metabolism of the human skeletal tissues.

Commercially pure titanium (CP-Ti) and Ti-6Al-4V alloys have been widely used in implant materials such as dental and orthopedic implants due to their corrosion resistance, biocompatibility, and good mechanical properties. However, surface modification of titanium and titanium alloys is necessary to improve osseointegration between implant surface and bone. Especially, when titanium oxide nanotubes are formed on the surface of titanium alloy, cell adhesion is greatly improved. In addition, plasma electrolytic oxide (PEO) coatings have a good safety for osseointegration and can easily and quickly form coatings of uniform thickness with various pore sizes. Recently, the effects of bone element such as magnesium, zinc, strontium, silicon, and manganese for bone regeneration are researching in dental implant field. The purpose of this study was researched on the surface morphology of PEO-treated Ti-6Al-4V alloy after anodic titanium oxide treatmentusing various instruments. Ti-6Al-4V ELI disks were used as specimens for nanotube formation and PEO-treatment. The solution for the nanotube formation experiment was 1 M $H_3PO_4$ + 0.8 wt. % NaF electrolyte was used. The applied potential was 30V for 1 hours. The PEO treatment was performed after removing the nanotubes by ultrasonics for 10 minutes. The PEO treatment after removal of the nanotubes was carried out in the $Ca(CH_3)_2{\cdot}H_2O+(CH_3COO)_2Mg{\cdot}4H_2O+Mn(CH_3COO)_2{\cdot}4H_2O+Zn(CH_3CO_2)_2Zn{\cdot}2H_2O+Sr(CH_2COO)_2{\cdot}0.5H_2O+C_3H_7CaO_6P$ and $Na_2SiO_3{\cdot}9H_2O$ electrolytes. And the PEO-treatment time and potential were 3 minutes at 280V. The morphology changes of the coatings on Ti-6Al-4V alloy surface were observed using FE-SEM, EDS, XRD, AFM, and scratch tester. The morphology of PEO-treated surface in 5 ion coating solution after nanotube removal showed formation or nano-sized mesh and micro-sized pores.

LCD 디스플레이 크기는 점차 대형화를 이루면서, 현재 LCD 디스플레이 크기는 3,000*3,320mm 크기까지 증가하여 개발이 활발이 이루어지고 있다. 디스플레이의 크기가 증가함에 따라 제조 장비의 크기도 증가되어야 하므로, LCD 디스플레이 CVD 공정에 사용되는 4,200*3,300mm 크기의 대형 Aluminium Vacuum Chamber 에 피막두께 $15{\mu}m$ 이상을 구현함과 동시에 두께 균일도가 우수하며 염수분무시험으로 168시간 이상의 내식성 확보가 가능한 양극산화조건 개발을 위하여 양극산화 피막의 각종 특성 평가를 실시하였다. 양극산화 피막 두께 측정은 와전류(Eddy Current)의 원리를 이용한 비파괴식 두께 측정법(ISO 2360, ASTM D 7091)을 적용하였으며, 염수분무시험 방법은 (KS D 9502)을 적용하였으며, HCl bubble stream 시험 방법은 HCl 5% 농도를 투명 아크릴 튜브에 채운후 bubble stream 을 종점으로 하여 평가를 실시하였으며, 열충격을 이용한 도금밀착성(KS D 0254), 도장접착력(ASTM D 3359) 등을 이용하여 전해조건 및 전해액 농도에 따른 피막 특성 비교평가를 실시하여 최적의 대형 Aluminium Vacuum Chamber 양극산화 전해 조건을 개발하여 4,200*3,300mm 크기의 대형 Aluminium Vacuum Chamber 제조를 목적으로 하였다.

Panel level packaging (PLP) 공정은 차세대 반도체 패키징 기술로써 wafer level packaging 대비 net die 면적이 넓어 생산 단가 절감에 유리하다. PLP 공정에 적용되는 구리 재배선 층 (RDL, redistribution layer)은 두께 불균일도에 의해 전기 저항의 유동이 민감하게 변화하기 때문에 RDL의 두께를 균일하게 형성하는 것은 신뢰성 측면에서 매우 중요하다. 구리 RDL은 주로 도금 공정을 통해 형성되며, 균일한 도금막 형성을 위해 도금조에 평탄제를 첨가하여 도금 속도를 균일하게 한다. 도금막에 대한 흡착은 주로 평탄제의 imine 작용기에 포함된 질소 원자가 관여하며, imine 작용기의 4차화에 의한 평탄제의 흡착 정도를 제어하여 평탄제 성능을 개선할 수 있다. 본 연구에서는 도금 평탄제에 포함된 imine 작용기의 질소 원자를 4차화하여 구리 RDL의 도금 두께 불균일도를 제어하고자 하였다. 유기첨가제와 4차화 반응을 위해 알킬화제로써 dimethyl sulfate의 비율을 조절하여 각각 0, 50, 100 %로 4차화 반응을 진행하였다. 평탄제의 4차화 여부를 확인하기 위해 gel permeation chromatography (GPC) 분석을 실시하였다. 도금은 20 ~ 200 um의 다양한 배선 폭을 갖는 구리 RDL 미세패턴에서 진행하였으며, 4차화 평탄제를 첨가하여 광학 현미경과 공초점 레이저 현미경을 통해 도금막 표면과 두께에 대한 분석을 실시하였다. GPC 분석을 통해 4차화 반응 후 알킬화제에 의해 나타나는 GPC peak이 감소한 것을 확인하였다. 광학 현미경 및 공초점 레이저 현미경 분석 결과, 4차화된 질소 원자가 존재하지 않는 평탄제의 경우, 도금 시 도금막의 두께가 불균일하였으며 단면 분석 시 dome 형태가 관찰되었다. 또한 100 % 4차화를 실시한 평탄제를 첨가하여 도금 한 경우 마찬가지로 두께가 불균일한 dish 형태의 도금막이 형성되었다. 반면, 50 % 4차화를 적용한 평탄제를 첨가한 경우, 도금막 단면의 형태는 평평한 모습을 보였으며 매우 양호한 균일도를 가지는 것으로 확인되었다. 이로 인해 imine 작용기를 포함한 평탄제의 4차화 반응을 통해 구리 RDL의 단면 형상 및 불균일도가 제어되는 것을 확인하였으며, 4차화된 imine 작용기의 비율을 조절하여 높은 균일도를 갖는 구리 RDL 도금이 가능한 것으로 판단되었다.

전기 아연도금은 철강의 내식성을 향상시키기 위한 희생양극으로 사용되어 왔다. 이러한 아연 도금층의 내식성은 그 아연에 의하여 부식으로부터 보호받는 철강 소재의 수명과 직결됨에 따라 아연 도금층의 성능 특히 부식저항성을 높이는 연구는 소재 수명 뿐만이라 성능의 유지하는데 있어서 매우 중요하다. 본 연구에서는 전기 아연 도금층에 표면에너지가 낮은 물질인 테플론을 얇게 코팅함으로써 발수성 표면을 구현하였다. 발수성 표면은 물에 대한 젖음성이 매우 낮기 때문에 부식 저항성이 높은 것으로 알려져 있는데, 이는 표면의 거칠기를 제어함으로써 그 효과를 극대화 할 수 있다. 본 연구에서는 특히 전기 아연 도금의 후처리로 알려진 인산염 처리를 이용하여 전기 아연 도금층의 표면형상 구조를 제어하였다. 그리고 그 표면에 테플론을 코팅함으로써 초발수 성질을 구현하였고, 이를 통해 아연 도금층의 내식성 향상에 대하여 분석하였다. 그 결과, 인산염처리에 의하여 표면형상의 구조가 거칠어질수록 테플론 코팅 후 접촉각과 물방울의 이동성은 증가하였다. 이는 표면형상에 의해서 공기층이 물방울 아래에 고립되어 있다는 것을 의미하고, 이러한 공기층으로 인하여 아연 도금층의 내식성은 크게 증가하였다.

마그네슘은 나트륨, 알루미늄과 함께 지구상에서 가장 풍부한 금속 중 하나로서 밀도가 약 $1.74g/cm^3$으로서 구조용 금속재료 중 가장 가볍고 우수한 비강도를 지니고 있으며, 우수한 열전도도, 전기전도도, 전자파 차폐능을 지닌다. 최근 마그네슘 및 그 합금은 항공기, 자동차, 전자제품, 기계류 및 생활용품 등에 쓰이고 있으며, 사용량 및 적용범위가 매년 급격히 증가되고 있는 추세이다. 그러나 마그네슘합금은 매우 낮은 표준 환원전위와 치밀하지 못한 표면 산화막으로 인하여 부식에 대한 저항성이 매우 취약하다는 한계를 가지고 있다. 따라서 마그네슘합금의 표면처리 가운데 부식에 대한 저항성을 보완할 수 있는 방법은 활발한 마그네슘합금의 응용에 필수적이다. 이러한 마그네슘합금의 내식성을 향상시키고자 전기화학적 플라즈마 전해 산화처리 (Plasma Electrolytic Oxidation)를 하게 되는데, 아노다이징, 화성피막처리 등 과 같은 기존의 산업적 표면처리 방안으로는 불가능한 수준의 표면경도를 확보할 수 있을 뿐만 아니라 두꺼운 산화피막 형성을 통해 이들 합금이 가진 기본적 취약점인 내식성 문제를 보완할 수 있는 장점이 있지만, 다공성 산화피막 형성만으로 기대할 수 있는 내식성 향상 효과가 매우 크지는 못하다. 따라서 다공성의 양극산화피막의 단점, 즉 다공성 물질로 부식성 물질의 이동을 허용할 수 있는 공간을 가지는 구조를 개선시킬 수 있는 추가적인 처리를 필요로 한다. 본 연구에서는 발수성 표면처리를 이용하여 다공성 구조물의 표면이 물에 대한 저항성을 가지도록 함으로써 초발수성 표면을 구현하고자 하였다. 이러한 방법은 기존의 후처리 방법인 봉공처리로는 얻을 수 없었던 다공성 구조물로의 부식성 물질의 침투를 억제할 수 있었으며, 상당한 수준의 내식성 향상 효과를 보여주었다. 또한 물에 대한 반발성은 표면에 물의 이동성을 높이는 효과를 보여주며 이로 인하여 자기세척 효과도 보여주었다.

실리콘 관통전극 (Through Silicon Via, TSV)는 메모리 칩을 적층하여 고밀도의 집적회로를 구현하는 기술로, 기존의 와이어 본딩 (Wire bonding) 기술보다 낮은 소비전력과 빠른 속도가 특징인 3차원 집적기술 중 하나이다. TSV는 일반적으로 도금 공정을 통하여 충전되는데, 고종횡비의 TSV에 결함 없이 구리를 충전하기 위해서 3종의 유기첨가제(억제제, 가속제, 평탄제)가 도금액에 첨가되어야 한다. 이러한 첨가제 중 결함 발생유무에 가장 큰 영향을 주는 첨가제는 평탄제이기 때문에, 본 연구에서는 이미다졸(imidazole) 계열, 이민(imine) 계열, 디아조늄(diazonium) 계열 및 피롤리돈(pyrrolidone) 계열과 같은 평탄제(leveler)의 작용기에 따라 TSV 충전 성능을 조사하였다. TSV 충전 시 관능기의 거동을 규명하기 위해 QCM (quartz crystal microbalance) 및 EQCM (electrochemical QCM)을 사용하여 흡착 정도를 측정하였다. 실험 결과, 디아조늄 계열의 평탄제는 TSV를 결함 없이 충전하였지만 다른 작용기를 갖는 평탄제는 TSV 내 결함이 발생하였다. QCM 분석에서 디아조늄 계열의 평탄제는 낮은 흡착률을 보이지만 EQCM 분석에서는 높은 흡착률을 나타내었다. 즉, 디아조늄 계열의 평탄제는 전기 도금 동안 전류밀도가 집중되는 TSV의 상부 모서리에서 국부적인 흡착을 선호하며 이로 인하여 무결함 충전이 달성된다고 추론할 수 있다.

Bi-Te계 열전소자는 상온에서의 열전 효율이 우수하기 때문에 항공, 컴퓨터 등의 열전발전 또는 열전냉각 모듈에 널리 사용된다. 이 열전소자를 활용한 열전모듈은 다수의 n형 및 p형 열전소자가 세라믹 위에 형성된 Cu 전극에 전기적으로 직렬이 되도록 서로 솔더링 접합이 되어 있는 구조를 가지고 있다. 이처럼 직렬 연결된 방식에서는 높은 접합강도를 필요로 한다. 열전모듈 제작 시 Bi-Te 계 소자를 바로 Cu 기판에 접합시키면 솔더에 들어있는 Sn과 기판의 Cu가 접합하는 과정에서 소재 내로 확산하여 접합강도를 저하시킨다. 이러한 열전모듈의 접합강도 저하를 막기 위해 무전해 Ni-W-P 도금층을 확산 방지층으로 적용하였다. 본 연구에서는 Ni-W-P 도금이 Bi-Te 계 열전 모듈의 접합강도에 미치는 영향을 조사하였다. 본 연구에서는 Bi-Te계 열전소자에 양호한 밀착성을 가지는 Ni-W-P 도금층을 형성시키기 위해서 알루미나 분말을 이용한 sand-blasting 방법을 사용하여 Bi-Te 소재 표면에 분사하는 방법으로 표면을 거칠게 하였다. 그 후 무전해 Ni-W-P 도금을 $85^{\circ}C$에서 20분간 실시하여 약 4um의 Ni-W-P 도금층을 형성시켰다. 열전 모듈은 Sn-Ag-Cu 솔더를 사용하여 제작하였으며 접합강도는 Bonding tester를 사용하여 측정하였다. 제작한 열전 모듈의 단면 및 파단면 관찰을 통하여 접합강도가 변하는 요인을 조사하였다. 제작한 열전 모듈의 단면을 FE-EPMA로 관찰한 결과 Ni-W-P 도금층이 Bi-Te 소자와 Sn과 Cu사이의 확산을 방지하는 확산방지층 역할을 하는 것을 관찰할 수 있었다. 또한 열처리 전 열전모듈과 200도, 150시간 열처리 후 접합강도를 각각 측정해 본 결과, 열처리 후의 접합강도가 상승하는 것을 확인 할 수 있었다. 따라서 Bi-Te계 열전모듈 제작에 무전해 Ni-W-P 도금층을 형성시키므로 인해 확산방지층의 생성과 접합강도의 상승에 도움을 주었다.

광전소자용 투명전극으로 적용하기 위한 초박형 Al 박막에 대해서 기초연구를 수행하였다. 증착 전 챔버(chamber) 내 기저압력은 $3{\times}10^{-7}Torr$이하로 유지하였으며 Ar 불활성 기체의 유입을 통해 작업압력을 $1{\times}10^{-2}Torr$로 상승시켜 증착을 실시하였다. DC 마그네트론 스퍼터링법을 이용하여 유리기판상에 Al 박막의 증착을 실시하였으며, 박막의 두께가 3-12 nm인 Al 박막을 각각 형성하였다. 두께가 7 nm 일 때 면저항은 $135{\Omega}/{\square}$로 측정되었고 7 nm 이상인 두께의 박막은 두께가 증가할 때 면저항이 점진적으로 감소되는 경향을 확인할 수 있었다. 두께가 10 nm인 박막의 측정된 면저항은 $13.1{\Omega}/{\square}$로 두께 7 nm인 박막과 비교하였을 때 약 10배의 차이를 확인할 수 있었다. 두께 6 nm 이하인 박막은 면저항 측정이 불가능하였는데 이는 SEM 분석 결과, 연속박막을 이루지 못 하였기 때문이라고 결론을 내릴 수 있었으며, 두께 12 nm인 박막까지 완전한 연속박막이 형성되지 않았다. 각각의 박막에서 입자의 크기는 선 교차법(line intercept method)을 이용하여 시편당 평균 120개의 입자에 대한 평균값을 측정하였으며, 이론적으로 예상할 수 있는 바와 같이 두께가 증가할수록 입자크기도 비례하여 증가하게 되는 것을 확인할 수 있었다. 가시광선 파장영역 내 투과도의 경우, 3 nm 두께에서 평균 80% 이상의 투과도가 측정된 데 반하여, 4-5 nm 두께에서 평균 60%로 급격하게 감소되기 시작하며 그 이후, 두께 증가에 따라 투과도가 점진적으로 감소되는 경향을 확인할 수 있었다. 또한 Al 박막은 시간의 경과에 따른 표면의 산화가 진행되어 기존에 측정된 면저항보다 10-60%의 면저항이 증가하였는데 이는 두께가 얇을수록 더 산화의 영향을 많이 받기 때문에 나타난 결과로 보인다. 추후 산화방지막 및 빛반사방지막 층을 초박형 Al박막과 함께 Oxide/Metal/Oxide 구조로 형성하여 위와 같은 현상들을 해결하고 박막물성의 증진을 통해 투명전극에 적용을 목표로 한다.

최근 의료, 보건, 헬스케어 분야에 대한 관심이 증가함에 따라 질병의 조기 진단 연구가 각광 받고 있다. 특히 표면증강 라만 산란 (Surface Enhancement Raman scattering)은 고분자 검출을 위해 가장 유용한 물리 화학적 기법으로 SERS를 활용한 특정물질 검출 기술 개발에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다. 나노구조의 국부적 표면 플라즈몬의 공명조건 (Surface Plasmon Resonance, SPR)으로 유도된 전자기장은 우수한 SERS 신호를 나타낸다. 따라서 표면 플라즈몬 공명 효과는 귀금속 나노입자의 종류, 크기 및 형태, 기판의 형상 및 구조 등에 의해서 달라지게 되므로 이들을 조절하여 보다 민감한 SERS 신호를 얻을 수 있다. 본 연구에서는 고감도 SERS-Active 기판을 제작하기 위해 SERS 기판 표면의 나노구조를 최적화 하였다. SERS 기판 표면을 제어하기 위해 공정파워, 공정압력, 기판의 온도 등의 증착공정 변수에 변화를 주어 표면의 나노구조를 형성하였다. 이를 분석하기 위해 SEM 분석을 통해 피라미드형 실리콘 기판 표면의 Au 나노구조 금속 박막을 확인하였고, XRD를 이용하여 결정성 및 결정크기를 확인하였다. Rhodamine 6G를 이용한 라만 분석을 통해 SERS 신호의 강도를 알 수 있었다. 금속 나노구조의 형태, 온도 제어를 통해 SERS 신호강도가 우수한 나노구조 기판을 제조 할 수 있었다.

볼트, 너트 등의 파스너는 건축 재료나 기계부품을 고정하는 데 사용하는 기계요소로, 건축, 철도, 조선 등 전 산업분야에 걸쳐 사용되고 있다. 그 중 스테인리스 소재의 볼트, 너트는 뛰어난 내식성과 저렴한 가격으로 널리 사용되고 있는데, 소재의 특성 및 작업현장의 상황, 온도의 변화 등의 원인에 의해 고착현상(galling)이 발생한다. 고착현상이란 성분 혹은 표면경도가 비슷한 금속의 나사산을 조이는 과정에서 발생하는 압력의 증가 및 마찰력에 의해 냉간 용접(cold welding)이 일어나는 것으로 나사산의 표면이 눌어붙게 된다. 이러한 고착현상은 스테인리스 소재에서 많이 발생하는데, 한번 발생한 후에는 비파괴 해소가 불가능한 상태가 되어 경제적 손실을 야기한다. 이러한 고착현상의 해소를 위해 본 연구에서는 주석과 알루미늄을 사용한 새로운 열 확산 코팅 기술을 개발하고 이를 304 스테인리스강에 적용하여 열처리 온도에 따른 특성변화를 확인하였다. 열 확산 코팅을 위해 팩 세멘테이션 방법을 이용하여 아르곤 분위기 하에서 열처리 하였고, 온도는 $200{\sim}250^{\circ}C$에서 코팅을 수행하였다. 이에 따른 코팅 전과 후의 표면 및 단면 분석을 통해 성공적으로 코팅층이 형성됨을 확인하였고, 온도가 증가함에 따라 코팅성분의 양이 증가하는 현상을 보임을 알 수 있었다. 또한, 고착방지성능을 확인하기 위하여 ASTM G196-08 시험을 통해 코팅조건에 따른 고착현상을 분석하였으며, 그 결과 기존에 코팅되지 않은 304 스테인리스강보다 고착현상이 개선됨을 확인하였다. 따라서 304 스테인리스강 소재의 볼트, 너트 제품에 주석-알루미늄 코팅층을 적용시키면 기존의 고착현상을 개선하고 서비스 품질을 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.

다이아몬드 상 탄소(diamond-like carbon, DLC)는 상당량의 $sp^3$ 결합을 가지는 비정질 탄소(a-C) 또는 수소화 비정질 탄소(a-C:H)로 이루어진 준안정 형태의 탄소이다. DLC는 전기 저항과 굴절률이 높고 화학적으로 다른 물질과 반응하지 않으며, 마찰계수가 낮고 경도가 높아 자기 디스크, 광학 소자 등의 다양한 분야에서 적용되고 있다[1,2]. 또한 다이아몬드에 비해 상온에서 성장이 가능할 정도로 합성온도가 낮아 적용 기판의 제한이 거의 없고, 증착 방법과 조건에 따라 탄소 결합의 다양성과 비정질성이 변화하기 때문에 넓은 범위의 특성을 얻을 수 있는 장점이 있다. 지금까지 DLC 박막의 광학적 특성, 특히 굴절률, 광학적인 에너지 밴드 갭, 자외선과 적외선 투과성에 대해서는 많은 연구가 진행되었으나 가시광선의 투과성에 대한 연구는 제한적이며[4], 가시광선 투과도 개선에 대한 연구는 전무하다. 본 연구에서는 ITO 기판 위에 DLC를 합성하고 기계적 특성과 가시광선 영역 투과도를 조사하였다. RF-PECVD(radio frequency plasma enhanced chemical vapor deposition) 방법에 의해서 $C_2H_2+Ar$ 혼합 가스 비율과 $C_2H_2+N_2$ 혼합 가스 비율을 변화시켜 ITO 기판 위에 DLC 박막을 합성하였다. 공정 압력과 rf-power, 증착시간, 기판온도는 0.2 torr, 40 W, 5 분, $50^{\circ}C$로 고정하고, 공정 가스는 $C_2H_2+Ar$과 $C_2H_2+N_2$가 200 sccm이 되도록 비율을 변화하였다. $C_2H_2:Ar$과 $C_2H_2:N_2$의 비율은 180 : 20, 160 : 40, 140 : 60, 120 : 80, 100 : 100이 되도록 가스의 유량을 조절하였다. 투과도는 가시광선(380 ~ 780 nm) 범위에서 측정하였고 두께와 표면조도는 AFM으로 측정하였다. 투과도는 $C_2H_2+Ar$의 Ar 가스 비율이 증가할수록 증가해 140 : 60일 때 최댓값을 나타낸 후 다시 감소하였다. $C_2H_2+N_2$ 투과도는 $N_2$ 가스 비율이 증가할수록 감소하는 경향을 나타내었다. 표면 거칠기는 $C_2H_2+Ar$ 혼합 가스를 사용한 경우의 Ar의 가스 비율이 증가할수록 증가하였다. 그러나 $C_2H_2+N_2$ 혼합 가스를 사용한 경우에는 $N_2$ 가스의 혼합 비율이 증가할수록 감소하였다.

DLC(Diamond Like Carbon) 박막은 높은 열전도도, 큰 전기저항, 높은 강도 등의 다이아몬드와 유사한 특성을 가지고 있으면서 저온 저압에서도 합성이 가능하고, 합성 조건에 따라 물리 화학적 특성도 넓게 조절 할 수 있으며 상대적으로 넓은 면적에서 균일하고 평활한 박막의 합성이 가능하여 산업적 응용 면에서도 경쟁력을 갖추고 있다[1]. 이러한 DLC 박막을 합성함에 있어서 RF-PECVD(Radio Frequency Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 방법은 PECVD 방법 중 가장 보편적으로 사용되고 또 캐패시터 타입의 RF-PECVD 방법은 균일한 대면적 증착과 대량생산이 가능하다[1,2]. 본 연구에서는 우수한 특성을 갖는 DLC 박막의 증착 조건을 찾기 위해 캐패시터 타입의 RF-PECVD를 사용하여 공정 가스의 유량과 RF Power를 변화하여 박막을 증착하고, 증착된 박막의 특성을 연구하였다. DLC 박막은 ITO(Indium Tin Oxide) 유리 기판 위에 $100^{\circ}C$에서 5 min 동안 아세틸렌($C_2H_2$) 가스를 사용하여 가스 유량과 RF Power를 변화하여 증착하였다. 증착된 DLC 박막의 특성은 투과도, 평탄도, 두께를 측정하여 비교하였다. 가시광선 영역(380-780 nm)에서 투과도를 측정한 결과 ITO 유리 기판을 기준으로 한 DLC 박막의 투과도는 가시광선 영역 평균 94.8~98.8% 사이의 값으로 매우 높은 투과율을 나타내었다. 투과도는 가스 유량이 증가함에 따라 증가하는 경향을 나타내었고, RF Power의 변화에는 특정한 변화를 나타내지 않았다. 박막의 평탄도($R_a$, $R_{rms}$)와 두께는 AFM(Atomic Force Microscope)을 사용하여 측정하였다. 평탄도 $R_{rms}$는 0.8~3.3 nm, $R_a$는 0.6~2.5 nm 사이를 나타내었고 RF Power와 가스 유량의 변화에 따른 경향성을 나타내지는 않았다. 두께는 RF Power 25 W에서 55 W로 증가함에 따라 증가하는 경향을 나타내었으나 70W에서는 가스의 유량에 따라 상이한 결과를 나타내었다.

스마트 폰이나 내비게이션, 태블릿 PC, TV 등 디스플레이 소자가 휴대 가능해지고 고급화되면서 빛 반사로 인한 눈부심, 시인성 저하 등에 대한 문제가 제기되고 있다. 디스플레이의 반사방지를 위해 방현성(anti-glare) 및 반사방지(anti-reflection) 특성의 코팅이나 기능성 필름에 대한 연구 개발이 이루어지고 있다. 특히 반사방지 기능 부여를 위해 나방눈(moth-eye) 구조를 모방하여 표면 나노 구조 형상화에 대한 연구가 활발히 진행되고 있지만, 나노 임프린팅 및 리소그라피 공정을 통한 패턴 공정은 마스크나 몰드를 필요하고 대면적 제작에 어려움이 있다. 본 연구에서는 폭 300 mm급 롤투롤 이온빔 표면처리를 통해 나노 구조 몰드 필름을 제작하였고, 이형용 수지를 이용한 표면 구조 전사를 통해 모스 아이 구조와 같은 나노 구조 패턴이 전사되는 것을 확인하였다. 나노 구조가 전사된 필름에 대한 투과도 관찰 결과, 전체 투과도 91% 이상으로 투과도가 약 3% 향상되고 반사도는 저하되는 결과를 확인하였다. 롤투롤 장비를 이용하여 대면적 필름 제작이 가능한 것을 확인하였고, 나노패턴의 구조 형성 및 반사방지 기능에 대한 신뢰성 검토를 통해서 양산화 가능할 것이라 전망된다.

디스플레이는 다수의 가로 전극과 세로 전극으로 구성되고, 전극에 신호를 주어 동작하도록 하는 원리이다. 이 디스플레이에는 전기가 통하고 투명한 전극이 필수적으로 사용되고 있고, 대표적인 투명 전극으로 ITO (Indium Tin Oxide)가 있다. ITO 박막은 $In_2O_3$에 Sn을 첨가하여 $Sn^{4+}$ 이온이 $In^{3+}$ 이온을 치환하고 이 과정에서 잉여 전자가 전기전도에 기여하는 구조이다. ITO 박막은 표면 처리 방법에 따라 표면 상태가 크게 변화한다. 플라즈마를 이용한 표면 처리는 환경오염이 적으며 강도, 탄성률 등과 같은 재료의 기계적 특성을 변화시키지 않으면서 표면 특성만을 변화시킬 수 있는 방법으로 알려져 있다[1]. UV (Ultraviolet)를 조사한 표면처리는 ITO 표면의 탄소를 제거하고, 표면 쌍극자를 형성하며, 표면의 조성을 변화시킬 수 있으며, 페르미 에너지 준위를 이동시킬 수 있어 ITO의 일함수를 증가시킬 수 있다[2]. ITO에 대한 다양한 연구가 수행되었음에도 불구하고 보다 다양한 관점에서의 연구가 지속될 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 다양한 조건으로 표면 처리한 ITO 표면의 일함수, 면저항, 표면 형상, 평탄도, 접촉각 등에 대해 알아보고자 한다. 세정한 ITO, 세정 후 UV 처리한 ITO (UV 처리 시간 2분, 4분 6분, 8분), 세정 후 $N_2$, $O_2$, Ar의 공정 가스를 사용하여 Plasma 처리한 ITO로 표면 처리 조건을 변화하였다. 표면 처리한 ITO의 특성은 Kelvin Probe를 이용한 일함수, 물방울 형상의 각도를 측정한 접촉각, AFM (Atomic Force Microscope)을 이용한 평탄도, 가시광선 (380~780 nm) 파장에 대한 투과도와 면저항을 측정하였다. 접촉각은 세정한 ITO의 경우 $45.5^{\circ}$에서 세정 후 UV를 조사한 ITO의 경우 UV 8분 조사 시 $27.86^{\circ}$로 감소하였고, $N_2$, $O_2$, Ar 가스를 사용하여 Plasma 처리한 ITO는 모두 $10^{\circ}$ 미만을 나타내었다. 플라즈마 처리에 의하여 접촉각이 현저하게 개선되었다. ITO의 면저항은 표면 처리 조건에 따라 $9.620{\sim}9.903{\Omega}/{\square}$로 그 차이가 매우 적어 표면처리에 의하여 면저항의 변화는 없는 것으로 판단된다. 가시광선 영역에서의 투과도는 공정 조건에 따라 87.59 ~ 89.39%로 그 차이가 적어 표면처리에 의한 변화를 나타내지는 않은 것으로 판단된다. 표면 처리 조건에 따른 평탄도 $R_{rms}$는 세정한 ITO의 경우 4.501 nm로부터 UV 2, 4, 6, 8분 처리한 경우 2.797, 2.659, 2.538, 2.584 nm로 평탄도가 개선되었다. $N_2$, $O_2$, Ar 가스를 사용하여 플라즈마 처리한 ITO의 경우 평탄도 $R_{rms}$는 2.49, 4.715, 4.176 nm로 사용한 가스의 종류에 따라 다른 경향을 나타내었다. 표면 처리 조건에 따른 평탄도 Ra는 세정한 ITO의 경우 3.521 nm로부터 UV 2, 4, 6, 8분 처리한 경우 1.858, 1.967, 1.896, 1.942 nm를, $N_2$, $O_2$, Ar 가스를 사용하여 플라즈마 처리한 ITO의 경우는 1.744, 3.206, 3.251 nm로 평탄도 $R_{rms}$와 유사한 경향을 나타내었다.

스마트폰 및 카메라 케이스 등에 널리 적용되고 있는 알루미늄은 내식성, 내마모성과 같은 물리적, 화학적 성질이 우수하지 못하여 이를 향상시키기 위해 양극산화법이 산업적으로 널리 이용되고 있다. 알루미늄에 양극산화법을 적용하면 강도, 내마모성 및 내식성이 향상될 뿐만 아니라 알루미늄 표면에 규칙적으로 배열된 30nm~100nm 크기의 pore에 염료를 흡착시켜 다양한 색상의 외관을 가지는 양극산화피막을 형성시킬 수 있다. Pore간의 간격은 수십 nm~수백 nm 정도이며, pore의 크기와 간격 및 깊이는 양극산화조건(양극산화 전압, 전해액의 종류와 농도 및 온도)에 의해 크게 변화한다. 본 연구에서는 CTSA를 통한 AA5052합금의 양극산화 착색처리와 내식성의 개선 여부를 조사하였다. 알루미늄은 Al5052에는 Mg 외에, 소량의 Si을 포함하고 있다. 이 Si는 알루미늄 표면에 석출물 형태로 존재한다. 이 Si 석출물은 양극산화 시 기지상의 알루미늄 표면의 pore 형성을 방해하는 원인이다. 이러한 Si 석출물의 존재가 균일한 pore 형성을 방해하게 되고, 불균일한 포어를 가지는 표면은 착색처리 시 색상의 편차를 크게하는 원인이 되어 불량률을 높인다. 이러한 요인을 개선하기 위해 CTSA의 처리조건을 최적화 하였다. Al5052 합금을 이용하여 에칭, 디스머트, CTSA처리를 실시하였다. $55^{\circ}C$ 100g/L NaOH 용액에서 에칭을, $25^{\circ}C$ 10 vol.% $HNO_3$ 용액에서 디스머트를 실시한 다음, CTSA의 조건을 다르게 하고 SEM을 통해 Si 석출물의 감소율을 비교하였다. CTSA조건으로는 시간(60s, 180s, 300s), 농도(10%, 20%, 30%, 40%) 및 온도($25^{\circ}C$, $40^{\circ}C$, $50^{\circ}C$, $60^{\circ}C$)를 변화시켰으며, CTSA 처리 전과 후의 시편의 위치를 동일하게 하여 비교하였다. 결과 적정 시간, 농도, 온도 조건하에 pore를 불균일하게 하는 Si 석출물들이 제거되는 것을 확인할 수 있었다. CTSA 처리는 온도가 높을수록, 시간이 길수록, 농도가 적당히 진할수록 석출물이 잘 제거되는 것을 확인하였다. 또한 CTSA처리가 알루미늄의 내식성에 미치는 영향을 확인하기 위해서 침적시험에 의한 무게감소율 및 전기화학측정을 실시하였다.

무인자동차 및 전기자동차 등 전장부품 및 메인보드에서의 오염 방지와 전자파에 의한 신호 간섭 현상에 따른 기기의 오작동을 방지하고자 MWCNT의 clustering 및 tangling현상을 활용하여 self cleaning 기능을 갖는 super hydrophobic 표면과 high aspect ratio에 의한 percolation 현상을 활용하여 전자파 차폐를 위한 낮은 표면저항을 만족하는 복합 재료로 구성된 코팅에 관하여 연구하였다. 이를 위해 isopropyl alcohol(IPA)을 용매로 산처리 한 MWCNT와 무기바인더, 불소계 실란을 첨가하여 초음파 분산을 함으로써 코팅액을 제조하였다. 이를 full cone nozzle type, 흡상식 스프레이 조건으로 알루미늄 시편위에 스프레이 코팅 후 열경화 하여 접촉각측정기로 측정 결과 $160^{\circ}$이상의 초발수 표면과 Low Resistivity Meter로 표면저항을 측정한 결과 $10^3{\Omega}/cm^2$ 이하의 낮은 코팅막을 구현하였으며 내구성 실험을 위한 항온항습 장비로 $80^{\circ}C$의 내열테스트 및 80%와 $80^{\circ}C$조건하에서의 내습테스트 결과 표면에 이상 없음을 확인하였고 열전도율 측정을 위해 밀도 측정 결과 $2.68g/cm^3$, 비열 측정 결과 $0.85J/g^{\circ}C$가 열확산율 측정결과 $88.64mm^2/s$가 측정 되었으며 밀도, 비열, 열확산율을 곱한 값인 $201.9W/m{\cdot}K$의 열전도를 갖는 코팅막을 구현하였다.

강재의 방식법 중 도장은 부식을 억제하는데 효과적이고 편리한 방법으로 선박 및 해양 강 구조물의 방식법으로 사용되고 있다. 한편, 강 구조물의 효율적인 유지관리를 위해서는 방식 도장의 도막 열화도를 평가하고 잔존 수명을 예측하여 최적 시기에 보수도장 혹은 재도장하는 것이 필요하다. 일반적으로 선박 및 해양구조물에 적용되는 도막의 방식 성능 평가 방법으로 해수 침지 시험, 염수 분무 시험, 옥외 폭로 시험 등이 있다. 그러나 이러한 시험들은 그 시험 방법에 따라서 정량적인 평가에 한계가 있음은 물론 장기간 소요되는 등 곤란한 문제점이 있다. 그러므로 선박 및 해양구조물을 비롯하여 교량, 각종 강 구조물의 도장 방식에 사용되는 방식용 도료의 성능을 단기간에 적절하게 평가할 수 있는 가속시험법이 제시되며 연구-사용되고 있다. 그 중 도막 방식 성능을 보다 효율적, 비파괴적, 정량적으로 평가할 수 있는 임피던스 분광법(EIS)과 같은 전기화학적 방법은 상대적으로 시험 기간을 크게 단축시킬 수 있고, 대상 방식 도장의 미세한 성능 차이도 분별 가능하다는 장점이 있다[1]. 따라서 본 연구에서는 선박 및 해양구조물 등 가혹한 부식환경에서 강력한 내구성을 가질 수 있도록 다양한 종류의 표면처리 도장 시편을 제작하여 자외선 조사-염수분무-침지환경 등의 열악한 환경조건 하에서 부식-열화 촉진 시험을 실시하였다. 그리고 그 촉진 열화 과정에서 도막의 외관 상태를 관찰 분석함은 물론 전기화학적 임피던스 분광법을 병행 측정하며 그 표면막의 부식 및 도막 열화도를 비교-종합 평가하였다.본 연구에 사용된 시편은 Al 및 Zn 도금 강판에 에폭시, 에폭시-실리콘 우레탄, 에폭시-우레탄 도장 시편으로 Scribe, No Scribe 및 비교재 Al 및 Zn 도금 시편으로 분류하여 각각 실험을 진행하였다. 즉, 도막 열화 시험은 복합 노화 시험법으로 UV 조사 36 시간(ASTM G53), 염수분무 32 시간(ISO 7253), 수분 응축 10 시간을 1 Cycle로 100 Cycle(7800 시간) 동안 실험을 진행하였다. 이때 도막 열화도 평가는 전기화학적 임피던스 분광법을 이용하여 각 실험 조건별로 주파수에 따른 임피던스(Z) 값을 평가하였다. 즉, 상온 $25^{\circ}C$의 3.5% NaCl 100 ml 수용액에 작동 전극(Working Electrode)과 구리 도선을 통해 연결하였고, 노출 면적은 $1cm^2$로 일정하게 유지 하였으며, 상대 전극(Counter Electrode)은 탄소봉, 기준 전극(Reference Electrode)으로 포화카로멜전극(Saturated Calomel Electrode)을 사용하여 측정하였다. No Scribe 시편의 경우에는 Al 기판 에폭시-실리콘 우레탄 도장 시편이 우수한 도막 저항성을 나타내었으며, 에폭시-우레탄 도장시편은 23사이클 이후의 저항값이 가장 낮게 나타났다. Zn 기판의 경우는 에폭시, 에폭시-실리콘 우레탄, 에폭시-우레탄 도장 시편 모두 저항 값이 유사하였으며, Al 및 Zn 도금 시편은 도장 처리된 시편에 비해 훨씬 낮은 저항 값을 보였다. 또한 Scribe 시편의 경우에는 Al 기판 에폭시-실리콘 우레탄 도장 시편에서 높은 초기 저항 값을 보였으며, 23 사이클 후의 저항 값은 세 종류의 도막에서 약 1~0.1 Gohm 으로 나타났다. 그리고 Zn 기판 에폭시-실리콘 우레탄 도장 시편에서 가장 낮은 도막 저항 값이 나타났다. 이상의 실험을 통해서 본 연구 내용은 실내촉진시험으로 선박 및 해양 강 구조물에 사용되는 다양한 종류의 도막의 열화도를 평가하는 기초 설계 지침으로 응용될 수 있을 것으로 사료된다. 한편, 도막은 노출 환경에 따라 방식 성능이 다르므로 실제 도막의 사용환경을 고려하여 도장 사양별 적용 부위에 따른 적정 가속 실험 방법을 선정할 필요가 있다고 사료된다.

금속재료 중 알루미늄(Al)은 일반적으로 많이 사용되는 철강재에 비해 그 비중이 약 $1/3(2.7g/cm^3)$인 경량이고 열전도율이 약 3배($196kcal/^{\circ}C$, $20^{\circ}C$)로 높은 특성 등을 갖고 있다. 또한 대량생산에 의한 경제성을 가지기 때문에 건축 구조재, 전기 및 가전 등 다양한 산업 분야에서 널리 사용되고 있다. 특히, 위와 같은 특성으로 인해 열교환기의 종류에서 응축기(Condenser) 및 증발기(Evaporator)는 알루미늄(Al)을 널리 사용하고 있다. 하지만 단일 응축기 부품에도 이종 알루미늄 소재가 사용됨에 따라 갈바닉 부식이 발생할 수 있다는 단점이 있다. 따라서 본 연구에서는 현재 상용되고 있는 열교환기 중 응축기에서의 이종 알루미늄 재료로 인해 나타나는 갈바닉 부식 특성을 관찰-분석-연구 하였다. 본 연구에 사용된 알루미늄 재료는 현재 응축기 재료 중에서 각각 Tube와 Fin으로 널리 상용되고 있는 Al 1100과 Al 3003을 사용하였다. 표면 모폴로지는 SEM을 통해 관찰하였고 EDS를 통해 조성원소를 분석하였다. 또한 내식성 평가를 위해 5% NaCl 환경에서의 SST(Salt spray test, 염수분무시험) 시험과 3% NaCl 용액 내 자연침지 시험 및 탈기된 3% NaCl 용액 내 전기화학적 동전위 양극 분극 시험을 진행하였으며 더불어 갈바닉 부식 시험에 따른 혼합 전위 측정 및 외관 관찰을 하였다. 각 재료는 실험에 대해 동일한 표면적을 노출시켜 시험하였다. 5% NaCl 환경에서의 염수분무 시험 결과 Fin(Al 3003)의 경우에는 Tube(Al 1100) 보다 빠른 부식거동을 보이며 국부적인 공식부식(Pitting corrosion)이 촉진되었다. Tube(Al 1100)의 경우에는 치밀한 Al2O3 형성과 부식에 따른 Al(OH)3를 생성함에 따라 Fin(Al 3003)에 비해 느린 부식거동을 보였다. 3% NaCl 용액 내 자연 침지 및 전위 측정 결과 초기 전위는 Fin(Al 3003, 약 -0.85V/SCE)이 Tube(Al 1100, 약 -1.05V/SCE)에 비해 더 높은 값을 가지며 약 72시간 이후 Tube(Al 1100) 시편이 더 안정적인 전위 값을 나타냈다. 이는 안정적인 Al(OH)3 피막 형성에 기인한 것으로 사료된다. 탈기된 3% NaCl 용액 내 전기화학적 동전위 양극 분극 시험 결과 Fin(Al 3003) 시편에서 더 귀한 부식 전위 값을 나타냈지만 부식 전류는 더 낮은 값을 나타냈다. 상기 시험 결과를 바탕으로 Fin-Tube 간 장기간 접촉 시에는 갈바닉 부식이 발생할 수 있을 것으로 사료된다. 갈바닉 부식 시험 결과 초기 혼합 전위는 약 -1.05 V/SCE를 나타냈으며 약 288시간 경과 후 약 -0.85 V/SCE 값을 나타냈다. 이는 자연 전위 측정 및 동전위 양극 분극 시험에서의 부식 전위 값에서 알 수 있듯이 더 비한 전위인 Tube(Al 1100) 시편이 Fin(Al 3003) 시편에 대해 희생양극적(Sacrificial anode)인 역할을 한 것을 확인할 수 있었다. 또한 갈바닉 부식 전위 측정 간 외관 관찰에서도 Tube(Al 1100) 시편은 빠르게 흑변 하는 것을 확인할 수 있었으며 Fin(Al 3003) 시편은 침지 300시간 이후에도 초기와 유사한 표면 상태 및 광택을 유지하였다. 이상의 SST 시험, 자연 침지 시험, 전기화학적 양극 분극 시험 및 갈바닉 부식 시험 결과를 바탕으로 단일 부품 내 이종 알루미늄 소재 간 접촉 및 그에 따른 갈바닉 부식 발생을 확인할 수 있었다. 따라서 동종 성분이라고 할지라도 단일 부품 제작 시에는 그 사용 환경에 따라 이종 금속 재료의 사용에 대한 재고가 필요할 것으로 사료된다.

본 연구는 무전해 니켈 도금 공정에서 고연성을 요구하는 Flexible 기판상에 많이 사용되어지고 있는 무전해 니켈 도금액 평가에 관한 것이다. 무전해 도금을 이용하여 도금된 표면은 다양한 패키징 분야에서의 높은 밀도를 가지는 초소형 소자 등의 실장 표면이나 접합 계면으로 사용되고 있는 등 부품 소재 산업에서의 중요성이 점차 증가되고 있다. 고연성 무전해 Ni-P 도금개발을 통하여 얻고자하는 기술적 과제는 도금층에 높은 연성을 제공하고 안정성이 향상된 무전해 니켈 도금액을 제공하는 것이다.

Quantitative measurement of chloride ion concentration has an important role in various fields of electrochemistry, medical science, biology, metallurgy, architecture, etc. Among them, its importance of architecture is ever-growing due to unexpected degradations of building structure. These situations are caused by corrosion of reinforced concrete (RC) structure of buildings. And chloride ions are the most powerful factors of RC structure corrosion. Therefore, precise inspection of chloride ion concentration must be required to increase the accuracy of durability monitoring. Multi-walled Carbon nanotubes (MWCNTs) have high chemical resistivity, large surface area and superior electrical property. Thus, it is suitable for the channels of electrical signals made by the sensor. Silver nanoparticles were added to giving the sensing property. CuBTC, one of the metal organic frameworks (MOFs), was employed as a material to improve the sensing property because of its hydrophilicity and high surface area to volume ratio. In this study, sensing element was synthesized by various chemical reaction procedures. At first, MWCNTs were functionalized with a mixture of sulfuric acid and nitric acid because of enhancement of solubility in solution and surface activation. And functionalized MWCNTs, silver nanoparticles, and CuBTC were synthesized on PTFE membrane, one by one. Electroless deposition process was performed to deposit the silver nanoparticles. CuBTC was produced by room temperature synthesis. Surface morphology and composition analysis were characterized by scanning electron microscope (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), respectively. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was also performed to confirm the existence of sensing materials. The electrical properties of sensor were measured by semiconductor analyzer. The chloride ion sensing characteristics were confirmed with the variation of the resistance at 1 V.

Electronic industry had required the finer size and the higher performance of the device. Therefore, 3-D die stacking technology such as TSV (through silicon via) and micro-bump had been used. Moreover, by the development of the 3-D die stacking technology, 3-D structure such as chip to chip (c2c) and chip to wafer (c2w) had become practicable. These technologies led to the appearance of HBM (high bandwidth memory). HBM was type of the memory, which is composed of several stacked layers of the memory chips. Each memory chips were connected by TSV and micro-bump. Thus, HBM had lower RC delay and higher performance of data processing than the conventional memory. Moreover, due to the development of the IT industry such as, AI (artificial intelligence), IOT (internet of things), and VR (virtual reality), the lower pitch size and the higher density were required to micro-electronics. Particularly, to obtain the fine pitch, some of the method such as copper pillar, nickel diffusion barrier, and tin-silver or tin-silver-copper based bump had been utillized. TCB (thermal compression bonding) and reflow process (thermal aging) were conventional method to bond between tin-silver or tin-silver-copper caps in the temperature range of 200 to 300 degrees. However, because of tin overflow which caused by higher operating temperature than melting point of Tin ($232^{\circ}C$), there would be the danger of bump bridge failure in fine-pitch bonding. Furthermore, regulating the phase of IMC (intermetallic compound) which was located between nickel diffusion barrier and bump, had a lot of problems. For example, an excess of kirkendall void which provides site of brittle fracture occurs at IMC layer after reflow process. The essential solution to reduce the difficulty of bump bonding process is copper to copper direct bonding below $300^{\circ}C$. In this study, in order to improve the problem of bump bonding process, copper to copper direct bonding was performed below $300^{\circ}C$. The driving force of bonding was the self-annealing properties of electrodeposited Cu with high defect density. The self-annealing property originated in high defect density and non-equilibrium grain boundaries at the triple junction. The electrodeposited Cu at high current density and low bath temperature was fabricated by electroplating on copper deposited silicon wafer. The copper-copper bonding experiments was conducted using thermal pressing machine. The condition of investigation such as thermal parameter and pressure parameter were varied to acquire proper bonded specimens. The bonded interface was characterized by SEM (scanning electron microscope) and OM (optical microscope). The density of grain boundary and defects were examined by TEM (transmission electron microscopy).

스테인리스강은 내식성과 내구성이 우수하여 파이프 및 일반 구조용 고온재료에 널리 사용된다. 그러나 선박 및 해양플랜트 등의 고부가가치 산업에 사용될 경우 내피로성, 내구성 및 내식성이 더욱 요구되고 있다. 특히 해수 환경 하에서 스테인리스강은 재료 표면의 부동태 피막 파괴로 공식 또는 틈부식에 의한 국부부식을 초래하여 해양환경용 재료로 사용하는데 제한적이다. 플라즈마 이온질화는 저온에서 열처리가 가능하며 재료의 변형이 없어 스테인리스강에 널리 적용되는 열화학적 표면처리 기술이다. 플라즈마 이온질화는 일반적으로 고온에서 실시하여 스테인리스강의 기계적 특성을 향상시키는 목적으로 주로 적용하였으나, 저온-플라즈마 이온질화 처리 시 질소의 확산계수 증가로 표면에 S-phase 생성에 기인하여 부식 저항성이 향상된다고 알려져 있다[1-2]. 그러나 해수 펌프, 밸브, 스트레이너(Strainer) 등의 해양 환경용 기자재로 널리 사용되고 있는 주조 스테인리스강에 대한 플라즈마 이온질화 적용과 그 연구는 미비하다. 따라서 본 연구에서는 주조용 스테인리스강에 대하여 플라즈마 이온질화 기술을 적용하여 공정온도에 따른 해수 내 전기화학적 부식 특성을 규명하였다. 플라즈마 이온질화 공정은 $25%N_2$와 $75%H_2$ 비율로 $350^{\circ}C{\sim}500^{\circ}C$의 공정온도에서 10시간 동안 실시하였다. X-선 회절분석을 통해 공정온도 변수에 따른 표면에 형성된 질화층의 상변화를 분석하였다. 또한 비커스 경도계를 이용하여 표면경도를 측정하여 기계적 특성 향상을 확인하였다. 전기화학적 부식 실험 후 표면 손상 형상 관찰, 무게 감소량 및 손상 깊이 계측을 통해 공정 온도와 부식 저항 특성을 규명하였다. 또한 타펠 분석을 통해 모재와 플라즈마 이온질화 온도 변수에 따른 부식 속도를 비교 분석하였다.

해양환경용 선박재료는 전기화학적인 부식을 발생시키는 염소이온($Cl^-$)이 다량 포함된 부식 환경에 장기간 노출되어 있어 부식에 대해 취약하다. 따라서 우수한 내식성 및 내침식성을 가진 재료를 선정하는 것은 매우 중요하다. 알루미늄 합금은 충분한 강도와 부동태 피막 형성으로 인해 내식성이 우수하여 해양환경용 선박 재료로서 널리 이용되고 있으며, 이에 따른 부식 특성에 관한 연구도 활발히 이뤄지고 있다. 그러나 선박에서는 부식에 의한 손상뿐만 아니라 전식에 의한 부식 손상도 발생할 수 있다. 특히 선미 부분은 프로펠러의 동합금과 알루미늄 합금의 이종금속 간 전위차에 의한 전식이 발생하여 선체의 다른 부위에 비해 부식이 더 심하게 진행될 수도 있다. 또한 전식은 해안 부두에 접안된 선박의 용접 시미주전류(stray current)에 의한 부식손상이 발생할 수 있으나 이에 대한 연구는 미미한 실정이다. 따라서 본 연구는 해양환경에서의 전식을 인위적으로 모사할 수 있는 부식 정전류 시험법을 이용하여 다양한 크기의 전식 손상을 유발시켰으며, 해양환경 하에서 선박재료로 주로 사용되는 알루미늄 합금인 Al5083-H321, Al5052-O, Al6061-T6에 대한 전식 특성을 비교, 분석하였다. 실험 방법으로 작동전극은 각 재료의 시험편을 $2cm{\times}2cm$ 으로 절단하여 sand paper # 2000 번까지 연마 후 아세톤과 증류수로 세척하고 건조하였으며, 제작된 시험편은 자체 제작한 홀더를 이용하여 $1cm^2$만 노출시킨 후 정전류 가속 실험을 실시하였다. 기준전극은 은/염화은(Ag/AgCl) 전극을, 대응전극은 백금(Pt) 전극을 사용하였다. 정전류 가속 조건은 $0.001mA/cm^2$, $0.1mA/cm^2$, $1mA/cm^2$, $5mA/cm^2$, $10mA/cm^2$의 전류 밀도를 천연해수에서 30분간 인가하였다. 각 재료에 대한 전식 특성은 실험 전후의 무게 감소량으로 전식의 저항 특성을 확인하였다. 그리고 3D 현미경으로 표면 손상 경향과 깊이를 측정하였으며, 주사전자현미경 (SEM)을 통해 표면 형상을 미시적으로 관찰하였다. 부식 정전류 시험 결과 모든 시편에서 $0.01mA/cm^2$에서 미세한 국부적인 부식이 일어났으며, 전류밀도가 증가할수록 표면 전반에 부식이 진행되고 성장하였다. 그리고 모든 인가 전류밀도의 조건에서 Al6061-T6가 5000계열(Al5083-H321, Al5052-O)보다 더 우수한 내식성을 나타났다.

무전해 니켈도금 용액의 성분은 Ni(II)염, 환원제, 적합한 금속 배위 리간드, 안정제 및 특정 특성 요구에 대한 첨가제를 포함한다. 일반적으로 도금 욕에는 미량의 안정제가 함유되어 있다. 만약 적절한 안정화 시스템이 없는 도금 욕에서 도금 공정 시 도금 시작 직후에 많은 양의 니켈 플레이크(Ni flake)가 생성되어 빠르게 도금 용액이 분해되어 더 이상 도금이 어렵게 된다. 그러나 무전해 도금 욕에서 안정제의 역할 및 도금 층에 미치는 영향에 대한 연구는 여전히 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 $Pb^{2+}$ 안정제 농도가 도금 층에 미치는 영향과 캐비테이션 침식 실험을 통해 그 내구성을 평가하고자 하였다. 무전해 니켈코팅을 위한 모재는 회주철(FC250)을 $19.5mm{\times}19.5mm{\times}5mm$의 크기로 가공하였다. 회주철의 인장강도는 $330N/mm^2$이며, 그 성분 조성(wt.%)은 3.23 C, 1.64 Si, 0.84 Mn, 0.016 P, 0.013 S 그리고 나머지는 Fe이다. 시험편은 SiC 페이퍼 #1200까지 연마하여 시험편의 표면 거칠기는 $1.6-2.1{\mu}m$ 범위 내로 제작하였다. 무전해 도금 전 시험편은 탈지를 위해 상온의 아세톤 용액에서 3분간 초음파 세척하고, $90^{\circ}C$의 알카리 수용액으로 5분간 세척하였다. 그리고 표면 활성화를 위한 산세척은 5% 황산용액에서 30초 동안 실시하였다. 도금조로 500mL 비커를 사용하였으며, 모든 시험편은 2시간 동안 무전해 니켈도금을 실시하였다. 그리고 니켈도금 층의 내식성과 내구성을 평가하기 위해 전기화학적 분극 실험을 통한 타펠분석과 ASTM G32 규정에 의거한 캐비테이션 침식 실험을 실시하였다. 그 결과 안정제 농도가 도금 속도와 도금 층의 성분 변화에 크게 영향을 미쳤으며, 그에 따라 도금 층의 내식성과 내구성이 크게 변화되었다.

무전해 니켈도금 층은 마모, 마찰, 스크래치, tribology 등에 대한 내구성뿐만 아니라 내식성도 우수하여 산업현장에서 널리 적용되고 있다. 일반적으로 무전해 니켈도금 층의 내구성은 경도 값과 직접적인 상관관계를 가지며, 그 값은 약 $400-500H_V$ 정도이다. 이러한 무전해 도금 층에 대하여 약 $400^{\circ}C$에서 1시간 정도 열처리를 실시하면 경도 값은 약 $800-1000H_V$ 정도로 현저히 증가되고 내구성 역시 크게 향상시킬 수 있다. 그러나 해양환경에서 발생되는 캐비테이션 침식 부식에 대한 무전해 니켈도금 층의 열처리에 관한 연구는 거의 전무한 상태이다. 따라서 본 연구에서는 회주철의 캐비테이션 침식 부식을 방지하기 위해 무전해 니켈도금 후 다양한 온도와 시간으로 열처리를 실시하여 도금 층의 캐비테이션 침식 부식 특성을 평가하고자 하였다. 무전해 니켈코팅을 위한 모재는 회주철(FC250)을 $19.5mm{\times}19.5mm{\times}5mm$의 크기로 가공하였다. 도금조로 500mL 비커를 사용하였으며, 모든 시험편은 2시간 동안 무전해 니켈도금을 실시하였다. 그리고 캐비테이션 실험은 ASTM G32 규정에 의거하여 천연해수 내 $30^{\circ}C$에서 $50{\mu}m$의 진폭으로 실시하였다. 그 결과 열처리 적용 시 EN 도금의 표면경도가 현저히 증가하여 캐비테이션 침식 부식 저항성이 상당히 개선되었다.

Cr-Mo 합금강은 고온 환경 하에서 높은 크리이프 강도와 우수한 내식성 때문에 발전설비, 석유 화학, 그리고 해양산업과 같은 여러 산업분야에서 널리 사용되고 있다. 특히, Cr-Mo 강의 내식성은 합금 내 Cr 함량에 크게 의존한다. 이는 고온에서 Cr과 O가 화학적 반응을 일으킴에 따라 보호성의 Cr 산화스케일을 형성하기 때문이다. 그러나 화석연료를 사용하는 발전설비의 경우, $SO_2$가 포함된 강한 부식성의 연소 가스가 배출되며, 이에 노출된 금속의 표면에서는 산화와 황화가 동시에 발생한다. 황화스케일은 산화스케일에 비해 매우 빠르게 성장하며, 그 특성이 매우 취약하기 때문에 황화 환경에서 금속의 내식성 및 기계적 물성치는 보다 크게 저하된다. 따라서 본 연구에서는 화력 발전소의 증기발생용 튜브 재료인 9Cr-1MoVNb 강을 선정하였으며, $SO_2$ 가스 환경 하에서의 부식 및 기계적 물성치 저하 특성을 평가하고자 하였다. 본 연구에서 사용된 9Cr-1MoVNb강의 화학 성분 조성은 0.1 C, 0.38 Si, 0.46 Mn, 0.25 Ni, 8.38 Cr, 0.93 Mo, 0.18 V, 0.09 Nb, 그리고 나머지는 Fe이다. 부식시험은 가공된 미소시험편과 인장시험편을 전기열처리로에 장입한 후, $650^{\circ}C$에서 $N_2+O_2+O_2+SO_2$ 조성의 가스를 분당 50 CC로 흘려주었다. 제작된 시험편에 대한 부식거동은 무게 증가량, optical microscope, scanning electron microsope, 그리고 energy dispersive x-ray spectrum을 통해 평가하였다. 그리고 기계적 물성치 평가를 위한 인장시험은 분당 2mm 변위제어를 통해 실시하였다. 그 결과, 9Cr-1MoVNb 강은 $SO_2$ 가스 환경 하에서 비 보호적인 Fe-풍부상의 산화 스케일층이 두껍게 형성됨에 따라 열악한 내식성을 나타냈다. 그에 따라 기계적 물성치는 저하되는 경향을 나타내었다.

여러 니켈합금 중 인코넬 600은 원전 가압경수로(PWR)의 튜브 재료로 널리 사용되는 재료이다. 스테인리스강과 비교하여 우수한 내식성과 기계적 특성으로 인해 화학설비, 발전설비, 그리고 해양설비 등과 같은 여러 산업분야에서도 널리 사용되고 있다. 그러나 가압경수로용 증기 발생기의 튜브 재료와 같은 특수 환경에서 예민화에 따른 입계부식 및 입계응력부식 등의 문제가 흔히 보고되고 있다. 이러한 내구성 문제는 설비 및 장비의 수명, 내구성 그리고 안정성 등의 치명적인 영향을 미친다. 따라서 용접, 열처리, 그리고 가공과정에서 발생하는 Inconel 600의 예민화 및 입계부식에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 100시간 이상 장시간 열화된 시편에 대한 예민화 연구는 전무한 실정이다. 본 연구에서는 장시간 열화된 Inconel 600의 예민화를 평가하기 위해 최대 1,000시간까지 열화를 실시하였으며, 이에 대한 평가방법으로 Double-Loop Electrochemical Potentiokinetic Reactivation(DL-EPR) 시험법을 적용하였다. 본 실험에서 사용된 인코넬 600의 화학성분(wt, %)은 0.01 C, 0.05 Si, 0.14 Mn, 15.3 Cr, 0.5 Cu, 0.015 S, 그리고 나머지는 Ni 이다. 예민화 평가를 위한 등온 열화는 전기열처리로를 이용하여, $550^{\circ}C$와 $650^{\circ}C$에서 최대 1000시간까지 실시하였다. 열화에 따른 미세조직 변화는 scanning electron microscope와 energy dispersive x-ray spectroscopy를 이용하여 실시하였다. DL-EPR 실험은 $25^{\circ}C$의 0.1M $H_2SO_4$ + 0.001M KSCN(potasium thiocyanate) 수용액 하에서 실시하였으며, 분극은 OCP로부터 600 mV(SSE vs.)까지 1.67mV/s 주사속도로 forward scan을 실시 후, 동일한 속도로 OCP까지 reverse scan을 실시하였다. Degree Of Sensitization(DOS)값은 anodic scan peak($I_a$) 값과 reverse scan peak($I_r$) 값의 비로 산출하였다. $$i.e.\;DOS=I_r/I_a{\times}100$$. 그 결과, 온도 변수에 따른 Inconel 600강의 예민화 거동은 서로 상이한 경향을 나타내었다. $550^{\circ}C$의 경우, 열화가 진행됨에 따라 DOS값은 급격하게 증가하는 경향을 나타냈다. 반면, $650^{\circ}C$에서는 일정시간 이후부터 Cr 확산 현상에 의한 탈 예민화 현상이 관찰되었다.

ASTM A387-Gr.91 강은 우수한 고온 강도, 크리이프 저항성 그리고 내산화성 등으로 인해 화력 및 바이오매스 발전 시설과 같은 고온 설비의 구조재료로 널리 사용되고 있다. 고온 환경에서 높은 강도는 탄화물과 탄질화물에 의한 석출강화가 주 요인으로 작용한다. 열처리 과정에서 Mo, Cr, Mn, 그리고 Fe는 구-오스테나이트 및 마르텐사이트 라스 입계에 $M_{23}C_6$ 탄화물로 석출되며, V, Nb, 및 N은 조직 내부에 미세한 MX 탄질화물로 석출된다. 따라서 합금의 고온 강도는 조직 내 석출물의 개수밀도와 크기에 크게 의존한다. 그러나 적용 환경의 특성 상 고온 노출에 따른 2차상 석출 및 조대화의 조직열화 현상이 발생하며, 이는 재료의 강도를 저하시킨다. 본 연구에서는 ASTM A387-Gr.91 강의 미세조직 열화에 따른 강도저하 및 파괴 양상을 고찰하는데 그 목적을 두었다. 본 연구에서 사용된 ASTM A387-Gr.91 강의 화학성분(wt, %)은 0.1 C, 0.38 Si, 0.46 Mn, 0.25 Ni, 8.38 Cr, 0.93 Mo, 0.18 V, 0.09 Nb, 그리고 나머지는 Fe 이다. 조직열화 및 기계적 강도저하 특성을 평가하기 위한 등온열화는 $650^{\circ}C$의 대기 환경에서 최대 1000시간동안 실시하였다. 열화된 시험편의 미세조직 및 탄화물에 대한 분석은 SEM과 EDS를 이용하여 실시하였다. 그리고 기계적 강도 평가는 인장실험과 비커스 경도시험을 통해 실시하였다. 또한 열화 시간에 따른 파단양상의 변화를 관찰하기 위해 인장시험편의 파단면을 SEM과 EDS를 이용하여 분석하였다. 그 결과, 열화에 따른 마르텐사이트 라스의 소실, 탄화물의 조대화, 그리고 2차상 석출의 조직 열화현상이 나타났다. 또한 기계적 강도는 조직 열화에 따라 저하되는 경향을 나타냈다.

알루미늄 합금은 내구성과 내식성이 우수한 경량 재료이다. 그 중 Al-Mg계 5083 Al 합금은 가공성 및 용접성이 우수하여 선체 재료로 널리 이용되고 있다. 이는 선체 중량의 경량화로 인해, 연료비 절감과 빠른 선속 등 다양한 이점을 지니기 때문이다. 그러나 선박의 고속화에 따라 선체에 가해지는 유체충격이 증가하고, 압력 저하에 기인하여 캐비테이션-침식 손상이 증가할 뿐만 아니라, 염소이온이 존재하는 해수환경에서는 침식과 부식의 시너지효과로 인하여 재료의 손상이 더욱 가속화된다. 이에 대한 다양한 방지책들이 제안되고 있으나, 강한 충격압을 동반한 캐비테이션 침식-부식 복합 손상 환경에서는 다소 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 알루미늄 5083에 대하여 캐비테이션 환경 하에서 일정 전위를 인가하며 침식-부식 손상이 최소화 되는 전위 구간을 규명하고자 하였다. 먼저, 분극 실험을 선행하여 재료의 전기화학적 거동을 파악 한 후 적용 전위구간을 선정하여, 해당 전위를 인가한 상태에서 캐비테이션 실험을 실시하였다. 전기화학적 분극실험과 캐비테이션-전기화학 복합 실험은 $25^{\circ}C$의 해수 하에서 실시하였으며, 시험편의 노출면적은 $3.24cm^2$으로 하였다. 분극 실험은 개로전위로부터 +3 V까지 2 mV/s의 분극속도로 전위를 인가하였고, 기준전극으로 Ag/AgCl, 대극으로 백금전극을 사용하였다. 캐비테이션-전기화학 복합 실험은 정전위를 인가한 상태에서 대향형 진동법으로 진동수 20 kHz, 진폭 $30{\mu}m$ 진동을 20분간 가하였으며, 혼팁과 시험편 사이의 거리는 1 mm로 일정하게 유지하였다. 실험 후 표면 손상의 정량적 분석을 위해 인가된 전위별 전류밀도를 비교하고, 무게감소량을 측정하였으며, 손상경향 파악을 위하여 3D광학현미경과 주사전자현미경(SEM)을 통해 표면을 분석하였다.

환경 친화형 전기자동차, 하이브리드 자동차, 전철 등에서는 고내압 및 소형으로 전력손실을 감소시킬 수 있는 파워 디바이스가 필수이다. 최근, 실리콘 카바이드(SiC, silcon carbide)는 기존 실리콘(Si)보다 스위칭 손실의 저감 및 고온환경에서의 동작 특성이 우수하여, 차세대 저 손실 전력반도체 재료로서 기대를 받고 있다. 용액 성장 법에서 고품질 SiC 결정을 만들 수 있다. 그러나 늦은 성장 속도 때문에 SiC의 양산을 어렵게 하고 있다. 현재까지 성장 속도 향상을 위한 Si용매에 Cr을 첨가하여 탄소 용해도를 높이는 방법이 사용되고 안정된 성장을 위한 Si-Cr용매에 Al를 첨가하는 등 다양한 금속을 첨가하는 방법이 이용되고 있다. 선행 연구에서는 다양한 용매인 탄소 용해도를 실측하고 특히 큰 탄소 용해도를 보인 것은 Co이었다. 본 연구에서는 $Si_{0.6}Cr_{0.4}$원료와 Co를 첨가한 $Si_{0.56}Cr_{0.4}Co_{0.04}$의 용매에 의한 SiC용액 성장을 실시하고 결정 성장 속도 및 표면 상태의 변화를 검토했다. on-axis 4H-SiC(000-1)을 사용한 Top-seeded solution growth(TSSG)법과 원자 비율로 $Si_{0.6}Cr_{0.4}$와 $Si_{0.56}Cr_{0.4}Co_{0.04}$의 용매를 이용하여 SiC 용액 성장을 실시했다. Ar가스에서 저항 가열로 내를 치환 후에 $1800^{\circ}C$까지 가열하고 종자화 후에 120분간 유지하고 결정 성장을 실시했다. 냉각 후에 성장의 표면에 남은 용매를 $HF+HNO_3$에서 제거했다. 광학 현미경을 이용하여 결정면과 두께를 관찰 측정했다. Co를 첨가한 $Si_{0.56}Cr_{0.4}Co_{0.04}$의 경우는 $Si_{0.6}Cr_{0.4}$의 경우보다 결정 성장 속도가 향상됐다. 또한 $Si_{0.6}Cr_{0.4}$보다 step-flow의 성장을 나타낸 결정의 표면이 전반적으로 관찰됐으며 안정된 결정성장을 나타냈다. 본 연구에서 실시한 연구 방법과 결과는 고품질 및 고속의 SiC 용액성장을 위한 매우 유용한 자료로 활용 될 수 있을 것으로 판단한다.

탄소 재료는 뛰어난 물성에서 다양한 재료로의 응용이 기대되고 있다. 특히, 이종 원소 함유 카본 재료는 전기적 특성과 촉매성의 발현 등 새로운 기능을 카본 재료에 부여할 수 있어서 연료 전지, 에너지 저장, 태양 전지 등에의 응용이 기대되고 있다. 최근, 용액 중의 저온 플라즈마인 솔루션 플라즈마(solution plasma process)를 이용하여 벤젠 용액 등에서 탄소 재료 합성에 성공하였다. 그러나 기존의 연구에서는 솔루션 플라즈마 프로세스를 이용하여 합성한 이종원소 카본은 전도성이 낮아 이종원소의 함유량을 낮추는 고온의 열처리가 필요했다. 따라서 본 연구에서는 우수한 물리적 전기적 특성을 갖는 그래핀(graphene)과 같은 이종 원소 카본 나노시트(heteroatom carbon nanosheets)의 합성 및 메커니즘(mechanism)에 대해 검토하였다. 다양한 이종원소를 포함한 유기용매 안에 바이폴라 펄스 전원에 의한 전압을 두 텅스텐 전극 간에 인가하고, 솔루션 플라즈마를 생성하여 이종원소 카본 재료를 합성했다. 플라즈마 생성은 텅스텐 봉을 전극으로 사용하고 전압을 2.0 kV, 펄스 주파수를 200 kHz, 펄스 폭을 $1.0{\mu}s$, 전극 간 거리를 1.5 mm에서 일정하게 유지하며 200 mL 유기용매 중에서 방전시키는 것으로 재료를 합성했다. 플라즈마 방전 후, 필터을 이용하여 흡인 여과한 뒤 $200^{\circ}C$에서 1 시간 동안 건조 시켰다. 건조 후의 이종원소 카본의 물리적 특성을 원소 분석, X선 회절 법(XRD), 저항률 측정, 투과형 전자 현미경(TEM) 및 라만 분광법, 전자 현미경(SEM), X-선광전자분광기(XPS)등을 이용하여 카본의 형상 및 특성을 분석하였다. 그 결과 다양한 이종원소를 포함한 유기용매 중 2-pyrrolidone을 사용했을 때, 이종 원소 카본 나노시트를 합성하는데 성공하였다. 또한, 이 연구방법을 통해서 솔루션 플라즈마 프로세스를 통한 카본 나노시트 합성의 메커니즘을 규명하였다.

철강재는 대량 생산이 가능하며 경제성이 뛰어나고 기계적 성질도 우수하므로 다양한 산업 분야에서 널리 사용되고 있다. 그러나 철강재는 부식 환경에 취약하기 때문에 그 용도에 따라 다양한 내식성을 부여하는 표면처리를 적용하고 있다. 일반적으로 이러한 철강 재료에 대한 내식성 표면처리로는 습식공정을 이용한 아연(Zn)도금 표면처리가 널리 적용되고 있다. 그러나 최근에는 이러한 습식공정으로 인해 발생하는 자원소모 및 환경적인 문제와 더불어 고내식성 표면처리 소재에 대한 수요가 증가함에 따라 이러한 단점을 극복할 수 있는 새로운 소재 및 기술 개발에 대한 관심이 증대되고 있다. 이러한 관점에서 기존의 습식표면처리 공정을 건식으로 대체 또는 병행하고, 현행 아연소재를 대체할 수 있는 코팅소재로써 알루미늄(Al) 이나 마그네슘(Mg)으로 대체하는 방법이 시도되고 있다. 본 연구에서는 강판의 내식성을 향상시키기 위한 방법으로 기존의 습식 표면처리 공정에서 용이하지 않은 마그네슘을 이용하여 건식 PVD 프로세스에 의해 코팅막의 제작을 시도하였다. 그리고 코팅막 제작 조건 중에서 공정압력이 코팅막의 결정배향성에 미치는 영향과 내식성과의 상관관계를 규명하고자 하였다. 즉, 여기서는 강판 및 용융알루미늄 도금강판 상에 스퍼터링법에 의해 Ar 가스에 의한 공정압력을 2, 10 및 50 mTorr로 조절하면서 마그네슘 코팅막을 $2{\mu}m$ 두께로 각각 제작하였다. 이때 제작한 막의 표면 모폴로지 관찰(SEM) 및 결정구조 분석(XRD) 결과에 의하면, 강판 및 용융알루미늄도금강판 상에 제작한 코팅막들은 공통적으로 공정압력이 증가할수록 그모폴로지의 결정립의 크기가 작고 치밀한 구조로 변하였다. 또한 그때 형성된 코팅막의 결정구조는 표면에너지가 상대적으로 높은 Mg(002)면 피크의 점유율이 감소하고 표면에너지가 낮은 Mg(101)면 피크의 점유율이 증가하는 경향을 나타내었다. 그리고 공정압력이 증가할수록 Mg 격자 간 면 간격(d-value)이 증가하는 경향을 나타내었다. 이상에서 제작한 마그네슘 코팅막의 결정성장 과정은 본 진공 플라즈마 PVD 공정중 증착가 더불어 흡착역할을 하는 Ar의 움직임에 따라 설명 가능하였다[1,2]. 코팅막의 양극분극(Polarization)측정 결과에 의하면, 공정압력이 높은 조건에서 제작한 막일수록 부동태 특성이 우수하여 내식성이 향상되는 경향을 나타내었다. 특히, 공정압력이 상대적으로 높은 50 mTorr 조건에서 제작된 코팅막이 표면 마그네슘 결정의 크기가 조밀하고 결정구조는 Mg(002)면과 Mg(101)면의 상대강도 비가 유사하여 내식성 가장 우수하였다.

부식은 재료와 사용 환경과의 상호작용에 의한 결과로서 일반적으로 두께의 감소와 균열의 발생 및 파손 등의 문제로 나타난다. 특히 사용환경 중에서 해수 분위기는 금속의 부식에 가장 유리한 조건이다. 따라서 해양환경 중 항만이나 조선 및 해양 산업 등에 많이 이용되는 강 구조물은 이에 대응하기 위하여 도장방식이나 음극방식을 사용하고 있다. 여기서 음극방식은 피방식체를 일정전위로 음극 분극하는 원리로써 외부전원을 인가하거나 비전위의 금속을 전기적으로 연결하여 방식하는 방법이다[1]. 한편, 해수 중에서 이와 같은 원리로 음극방식 할 경우에는 피방식체인 강재표면에 부분적으로 칼슘 또는 마그네슘 화합물 등의 생성물이 부착하는 현상을 볼 수 있게 된다. 이와 같이 수산화마그네슘($Mg(OH)_2$)및 탄산칼슘($CaCO_3$)을 주성분으로 하여 석출되는 석회질 피막(calcareous deposits)은 피방식체에 유입되는 음극방식 전류밀도를 감소시켜 주거나 물리적 장벽의 역할을 함으로써 외부의 산소와 물 등 부식환경으로부터 소지금속을 보호한다[2]. 그러나 석회질 피막은 소지금속과의 결합력, 막의 균일한 분포, 내식성 및 제작시간의 단축 등 해결해야 할 과제가 있다. 또한 여러 가지 환경 조건 등의 영향을 받아 그 피막의 형성 정도도 가늠하기 어렵기 때문에 음극방식 설계 시 그 정도에 따른 영향을 고려-반영하기가 곤란하다. 따라서 본 연구에서는 석출속도, 밀착성 및 내식특성을 향상시키기 위해 전착프로세스를 통해 해수 중 기체를 용해시켜 석회질 피막을 제작하고 막의 결정구조 제어 및 특성을 분석-평가하였다. 본 연구에 사용된 강 기판(Steel Substrate)은 일반구조용강(KS D 3503, SS400)을 사용하였으며, 외부전원은 정류기(Rectifier, xantrex, XDL 35-5T)를 사용하여 3 및 $5A/m^2$의 조건으로 인가하였다. 양극의 경우에는 해수에 녹아있는 이온 이외에 다른 성분들이 환원되는 것을 방지하기 위해 불용성 양극인 탄소봉(Carbon Rod)을 사용하였다. 이때 석출속도, 밀착성 및 내식특성 향상을 위해 해수에 주입한 기체의 양은 0.5 NL/min였으며, 기판 근처에 고정하여 음극 부근에서의 반응을 유도하였다. 각 조건별로 제작된 막의 표면 모폴로지, 조성원소 및 결정구조 분석을 실시하였으며, 석회질 피막의 밀착성과 내식특성을 평가하기 위해 규격에 따른 테이핑 테스트(Taping Test, ISO 2409)와 3 % NaCl 용액에서 전기화학적 양극 분극 시험을 진행하여 제작된 막의 내구성과 내식성을 분석-평가하였다. 시간에 따른 전착막의 외관관찰 결과 전류밀도의 증가와 함께 상대적으로 많은 피막이 형성되었고, 용해시킨 기체에 의해 더 치밀하고 두터운 피막이 형성됨을 확인할 수 있었다. 성분 및 결정구조 분석 결과 $Mg(OH)_2$ 성분의 Brucite 및 $CaCO_3$ 성분의 Calcite 및 Aragonite 구조를 확인하였으며, 용해시킨 기체의 영향으로 $CaCO_3$ 성분의 Aragonite 구조가 상대적으로 많이 검출되었다. 밀착성 및 내식성 평가를 실시한 결과 해수 중 용해시킨 기체에 의해 제작한 시편의 경우 견고하고 화학적 친화력이 높은 Aragonite 결정이 표면을 치밀하게 덮어 전해질로부터 산소와 물의 침입을 차단하는 역할을 하여 기체를 용해시키지 않은 3 및 $5A/m^2$ 보다 비교적 우수한 밀착성 및 내식 특성을 보이는 것으로 사료된다.

Indium tim Oxide (ITO) 의 idium 공급 제한과 그 고유한 특성상 유연기판에 적용에는 한계가 있어 대체 물질 개발이 활발히 이뤄지는 가운데, 금속나노와이어는 그 중에서도 각광받는 물질 중 하나이다. 금속나노와이어 네트워크는 높은 전기 전도성, 투명성과 같은 많은 이점을 가지며 유연기판에 다양한 방법으로 손쉽게 제조할 수 있다. 이러한 장점에도 불구하고 금속나노와이어는 자체의 고유한 표면 거칠기 및 접착 문제 등으로 인해 그 한계를 가지며, 또한 polynivnylpyrolidone (PVP)의 코팅이 불가피하기 때문에 나노와이어 간의 높은 접촉저항 및 junction 문제는 해결과제로 남아있다. 본 연구에서는 이러한 금속나노와이어의 문제를 극복하기 위해 유도전류에 의해 와전류를 발생시켜 나노와이어 junction 부분에서 짧은 시간동안 국소적으로 용접시킬 수 있는 induction coil system을 구축하였다. 금속나노와이어 전극 기판의 투명도를 유지하며 기판과 나노와이어에 영향을 미치지 않고 electric field를 통해 nano-welding 하는 효과를 기대하였다. 그 결과, 실험에 사용한 은나노와이어와 구리나노와이어는 초기 투과도를 유지하면서 면저항을 각각 약 68 %, 50% 감소하는 효과를 보였다. 또한 표면 이미지 측정을 하여 표면 거칠기도 감소하였음을 확인하였으며, welding됨에 따라 내구성 향상에도 영향을 미쳤음을 bending test 와 adhesion test를 통해 그 특성이 향상되었음을 확인하였다. 본 연구에서 실시한 와전류를 이용한 나노용접 방법은 건식방법이며 열이 직접적으로 발생하지 않기 때문에 모든 종류의 금속 나노와이어에 적용될 것으로 기대하며, 짧은 시간과 저렴한 비용으로 넓은 영역에 적용 가능하다는 장점을 가져 다방면에 활용 가능할 것으로 기대한다.

1992년 '자원절약과 재활용 촉진에 관한 법률'이 제정되었고 폐기물 관련 규제가 강화됨에 2003년 생산자 책임 재활용 제도(EPR)를 도입하였다. 하지만 비데시트 내부에 부착된 열선의 누전방지를 위하여 은박지 및 비데 상하면을 강력본드로 접합시키고 있다. 이 점이 재활용에 많은 어려움으로 되어 일부는 재활용되거나 폐기되고 있는 실정이다. 이러한 유효자원이 폐기되고 있는 문제점을 해결하기 위한 방안으로서 열선과 플라스틱을 자동분리 할 수 있는 장치(지그)를 개발함으로써 효율적인 R&D 사업을 제시하고 문제점을 해결할 수 있다. 이에 가정이나 생활현장에서 폐기되고 있는 자원을 회수할 수 있는 기술을 제공하고자 한다. 본고에서는 필자가 현장에서 근무하면서 터득한 폐기되고 있는 생활 폐기물인 비데두껑을 이용한 환경개선과 소재활용을 목표로 열선과 플라스틱 수지를 효과적으로 분리시킬 수 있는 기술을 적용시킴으로써 수입 대체 소재 재활용 국산에 이바지 하고자 하였다.

반도체 소자나 디스플레이 패널 제조 공정에 가장 많이 사용되는 진공 펌프인 터보 분자 펌프는 오일을 사용하지 않고, 설치 방향이 자유로우며 넓은 작동 압력 영역을 가지고 있어서 고가임에도 불구하고 점점 더 사용 영역을 넓혀 가고 있다. 상하의 두 곳에 회전축을 지지하는 베어링이 필요한데, 기계식 금속 베어링을 채용하는 경우에는 반드시 윤활유를 공급해 주어야 하고, 고온, 부식성 또는 산화성 가스의 배기 시에는 퍼지 가스로 비활성인 질소나 알곤등을 이용하여 보호를 해주어야 한다. 반면, 자기 베어링을 채택한 모델은 윤활의 걱정에서 자유로울 수 있기 때문에 채용이 늘어나고 있다. 동일극의 반발력이나 반대극의 인상력을 이용한 구조를 갖게 되는데 갑작스러운 입구 쪽 압력의 증가 시에는 자석 끼리 부딪치는 일이 발생하고 이로 인해서 로터 모듈 전체에 큰 손상을 갖게 되므로 한 곳 정도에 비상용 터치 다운 베어링을 기계식으로 윤활제 없이 설치하기도 한다. 기본적으로 자기 베어링 방식은 로터 모듈의 부상과 제어를 위해서 3축 또는 5축 제어를 하게 되는데 여기에는 전자석의 전류를 미세하게 조정하여 피드백 하는 시스템을 활용하기 때문에 외부에서의 자기장이 일정값 이상 침투하게 되면 제어 회로의 기능에 문제를 일으키게 된다. 또한 축 방향에 수직인 자기장의 강도가 높아지면 고속으로 회전하는 금속 블레이드가 자속을 자르게 되므로 표면에 와전류가 발생하여 문제가 된다. 터보 분자 펌프는 회전자와 고정자 간격이 1 mm 이내로 작아서 약간의 진동이라도 발생하면 회전자와 고정자 간에 충돌이 일어나고 이는 곧 파손으로 이어진다. 그림 1에는 파손 원인 분석을 위한 회전자 모듈의 수치 해석용 모델의 일부를 나타내었고, 그림 2에는 실제로 외부 자기장에 의한 파손이 발생한 사례의 자기 베어링 모듈의 사진을 나타내었다. 본 발표에서는 외부 자기장의 형태에 따라 제어 자기장에 미치는 영향을 CFD-ACE+(ESI corp)를 활용하여 해석하였다.

Copper is a promising electronic material due to low cost and high electrical conductivity. However, the oxidation problem in an ambient condition makes a crucial issue in practical applications. In here, we developed a simple and cost-effective Cu patterning method on a flexible PET film by combining a solution processable Cu nanoparticle patterning and a low temperature post-processing using acetic acid treatment, laser sintering process and acid-assisted laser sintering process. Acid-assisted laser sintering processed Cu electrode showed superior characteristics in electrical, mechanical and chemical stability over other post-processing methods. Finally, the Cu electrode was applied to the flexible electronics applications such as flexible and transparent heaters and touch screen panels.

1. 배경 최근 IoT 기술이 발전함에 따라 각종 전자기기에 들어가는 센서들이 점점 늘어나고 있다. 특히 사용자 중심의 기기들은 기술이 발전함에 따라 집적화가 이루어지면서, 하나의 기기에서 온도, 습도, 조도 등의 다양한 정보를 처리하고 있다. 이에 따라 더 많은 기능을 사용하기 위해, 소모 전력 또한 점차 증가하고 있다. 그러나 부피는 한정되어 있어, 기존 배터리만으로는 증가하는 소모 전력을 모두 보완하기 어렵다. 또한 대표적인 사용자 중심 기기인 스마트폰에서는, 가장 많은 전력을 소모하는 부분이 점점 커지고 있다. 이에 대한 대책으로 버려지는 에너지를 수확하여 전기적인 에너지로 바꿔주는 에너지 하베스팅 기술이 각광을 받고 있다. 에너지 하베스팅 기술은 바람, 진동, 인체의 움직임 등의 기계적 에너지, 태양광, 실내등의 빛 에너지를 전기적인 에너지로 바꿔주는 기술을 말한다. 본 연구에서는 강유전체 고분자 내부에 양자점이 임베딩된 박막을 이용하여, 스마트폰에서 발생하는 빛 에너지와 손가락으로 디스플레이를 터치할 때 발생하는 기계적인 에너지를 모두 수확할 수 있는 새로운 소자를 제시하였다. 소자 내부에 있는 양자점은 빛 에너지를 산란 혹은 흡수하여 발광한 후, 고분자 내부의 전반사를 통해 양 옆에 있는 태양전지로 빛을 전달한다. 또한 컴포짓의 매트릭스를 이루고 있는 강유전체 폴리머인 P(VDF-TrFE)는 강유전 특성을 통해 마찰전기 에너지를 효율적으로 전기 에너지로 전환할 수 있다. 강유전체 특성에 의해 P(VDF-TrFE) 내부에 정렬된 Polarization은 퀀텀닷에 양자구속 스타크 효과(Quantum Confined Stark Effect)를 일으켜 더 긴 파장을 방출한다. 이렇게 바뀐 파장은 실리콘 태양전지에서 더 많이 흡수할 수 있는 영역으로 방출되어 태양전지 출력의 증가를 일으킨다. 마지막으로 실리콘 태양전지의 출력 증가를 보여줌으로써 이를 실험적으로 입증했다.

최근 웨어러블 디바이스에 연구가 집중되면서 투명하고 유연한 마이크로 히터의 필요성이 증가되고 있다. 그럼에도 불구하고, 기존의 사용되는 마이크로 히터들은 딱딱하고 불투명하다. 게다가, 기존의 금속성의 마이크로 히터들의 경우 저항이 너무 작아 웨어러블 디바이스에 사용되는 에너지 하베스터로 구동되기에 효율이 떨어지는 경향이 있다. 이 논문에서 우리는 CVD 방식으로 성장된 그래핀으로 열 발생 라인을 패시베이션 레이어로 h-BN을 이용하여 투명하고 유연한 마이크로 히터를 제작하였다. 제작한 마이크로 히터는 균일한 온도 분포와 200도까지의 온도 상승에 걸리는 시간이 4초 정도로 굉장히 좋은 성능을 보유하고 있다. 또한 소비 전력은 39mW 이하로 효율적이다. 또한 기존의 메탈릭 히터에 비해 저항이 굉장히 높기 때문에 웨어러블 에너지 하베스터로 작동하기 적합하다. 또한 미래의 휴대용/웨어러블 개인 전자기기와 무선 헬스케어 제품, 휴대용 환경 센서에도 적용될 것으로 기대한다.

Polydopamine은 수중 접착력, 친환경 접착제, nanoparticle absorption 등 다양한 특성으로 많이 연구되고 있는 소재이다. 본 연구에서는 dopamine을 이용하여 수중 금속을 흡착시키는 thin film을 제작하였다. 종래의 Polydopamine coating 방법으로 wet coating 이 사용되고 있다. 하지만 wet 방식의 경우 시간이 오래 걸릴 뿐만 아니라 in-line, roll to roll 방식을 적용하는 것이 어렵기 때문에 생산적이지 않다. 이에 본 연구에서는 Atmospheric Pressure Plasma(APP)를 이용 하여 Polydopamine-like film을 coating 하였다. APP의 경우 vacuum system, solution tank가 필요 없고 in-line, roll to roll 방식을 적용 할 수 있기 때문에 더 경제적이고 생산적인 공정이다. 또한 기존의 Plasma polymerization 방법은 Plasma energy가 높기 때문에 source의 분자구조가 바뀌거나 atom 단위로 분해된다. source의 분자구조가 바뀌는 "Atomic polymerization", Neiswender-Rosskamp Mechanism이 적용되면 wet 방식 coating한 film과는 다른 특성을 갖게 된다. 하지만 APP polymerization은 Plasma energy가 vacuum plasma 보다 매우 낮기 때문에 stile polymerization mechanism을 구현 하는데 적합 하다. stile polymerization mechanism은 Plasma 내부에서 polymer source를 분해 성장 시켜서 Polymer film 얻는 것이 아닌 source의 분자구조가 깨지지 않으면서 polymer growing 시키는 방법이다. dopamine source의 분자구조를 최대한 유지하려고 하는 이유는 metal absorption과 같은 특성이 dopamine chemical structure에 영향을 받기 때문이다. 많은 논문들에서 dopamine의 catechol group이 metal absorption, adhesion force에 영향을 주는 주요 인자라고 주장하고 있기 때문이다. 그래서 본 논문에서는 Dopamine source의 형태를 보존하면서 Polymerization 하는 방법으로 APP process를 사용 하여 낮은 전압에서 Polydopamine-like film을 제작 하였다. APP system 의 Plasma 방전부 에 Dopamine source를 유입하기 위하여 본 논문에서는 Piezo Spray 방식을 사용 하였다. Dopamine을 evaporator 하는 것이 어렵고 chemical composition이 유사한 monomer를 사용해서 Plasma Polymerization으로 Dopamine 분자 구조를 재현하는 것도 어렵다. 그래서 본 연구에서는 Dopamine을 water에 immerse 하고 Dopamine solution을 mist 상태로 만들어서 Plasma discharge area에 유입하였다. 이러한 방법으로 만들어진 film은 Polydopamine film은 아니지만 Polydopamine film과 유사한 Chemical composition, chemical structure, metal absorption을 갖는 것을 FT-IR, SEM, XPS을 이용 하여 확인 하였다. Dopamine source의 보존에 대하여 명확하게 확인하기 위하여 FT-IR을 측정 하였다. 전압에 따른 Benzene ring, hydroxyl group의 비율을 확인 하였다. 낮은 전압으로 coating 된 Polydopamine-like film 일수록 hydroxyl group peak($3400{\sim}3000cm^{-1}$)과 비교하여 Benzene ring peak($1600{\sim}1580cm^{-1}$ and $1510{\sim}500cm^{-1}$)이 흡수를 더 많이 하는 것을 확인 할 수 있다. 이것은 Benzene ring이 파괴되지 않고 보존되는 것을 보여준다. Dopamine에서 Benzene ring은 absorption main factor인 catechol에 있는 chemical structure이다. 즉 Benzene ring peak이 높을수록 Catechol이 잘 보존 되었다는 의미 이다. Catechol의 보존은 absorption main factor가 보존 된다는 의미 이다. 이러한 Polydopamine-like film으로 As, Cr, Mg, Cu 200ppm solution에 대한 filtration 능력을 확인 하였다. As, Cr, Cu, Mg 의 제거율이 각각 약25%, 35%, 45%, 65%인 것을 확인 하였다. 이 수치는 시중에 판매되는 제품들과 비교했을 때 300%~500% 향상된 수치 이다.

반도체 소자의 미새화에 따라 선폭이 10nm 이하로 줄어듦에 따라, 금속 배선의 저항이 급격하게 상승하고 있다. Cu는 낮은 저항과 높은 전도도를 가지고 있어 현재 배선물질로써 가장 많이 사용되고 있지만, 소자가 미세화됨에 따라 Cu를 미래의 배선물질로써 계속 사용하기에는 몇 가지 문제점이 제기되고 있다. Cu는 electron mean free path (EMFP)가 39 nm로 긴 특성을 가지기 때문에, 선폭이 줄어듦에 따라 surface 및 grain boundary scattering이 증가하여 저항이 급격하게 증가한다. 또한, technology node에 따른 소자의 operating temperature와 current density의 증가로 인해 Cu의 reliability가 감소하게 된다. 텅스텐은 EMFP가 19 nm로 짧은 특성을 가지고 있어, 소자의 크기가 줄어듦에 따라 Cu보다 낮은 저항 특성을 가질 수 있으며, 녹는점이 3695K로 1357K인 Cu보다 높으므로 배선물질로써 Cu를 대체할 가능성이 있다. 본 연구에서는 Inductively Coupled Plasma (ICP) assisted magnetron sputtering을 통해 매우 얇은 텅스텐 박막을 증착하여 저항을 낮추고자 하였다. 고밀도 플라즈마의 방전을 위해, internal-type coil antenna를 사용하였으며 텅스텐 박막의 증착을 위해 DC sputter system이 사용되었다. 높은 에너지를 가진 텅스텐 이온을 이용하여 낮은 온도에서 고품위 박막을 증착할 수 있었으며, dense한 구조의 박막 성장이 가능하였다. ICP assisted를 이용하여 증착했을 때와, 그렇지 않을 때를 비교하여 ICP 조건에 따라서 박막의 저항이 감소함을 확인할 수 있었을 뿐만 아니라 최대 약 65% 감소함을 확인할 수 있었다. XRD를 이용하여 ICP power를 인가했을 때, 높은 저항을 갖는 A-15 구조를 가진 ${\beta}$ peak의 감소와 낮은 저항을 갖는 BCC 구조를 가진 ${\alpha}$ peak의 증가를 상온과 673K에서 증착한 박막 모두에서 확인하였으며, 이를 통해 ICP power가 저항 감소에 영향을 미친다는 것을 확인하였다. 또한, 두 온도 조건에서 grain size를 계산하여 ICP power를 인가함에 따라 두 조건 모두 grain size가 증가하였음을 조사하였다. 또한, XPS 분석을 통해 ICP power를 인가하였을 때 박막의 저항에 많은 영향을 끼치는 O peak이 감소하는 것을 통해 ICP assisted의 효과를 확인하였다. 이를 통해, ICP assisted magnetron sputtering을 통해 텅스텐 박막을 증착함으로써 차세대 배선물질로써 텅스텐의 가능성을 확인할 수 있었다.

최근 차세대 디스플레이인 flexible 하고 transparent 한 디스플레이 개발이 진행 중 이며, 이러한 디스플레이가 개발 되기 위해 백 플레인으로 사용되는 Thin Film Transistor (TFT) 또한 차세대 디스플레이 못지 않게 연구가 진행 되고 있다. 기존의 무기물을 기반으로 하고 Rigid한 TFT는 현재 많은 곳에 적용이 되어 사람들이 사용 하고 있다. 하지만 이미 시장은 포화상태이며 차세대 디스플레이 컨셉인 flexible 하고 투명한 것과 맞지 않는다. 그래서 유연하며 투명한 특성을 가진 TFT에 대한 연구가 활발히 진행 되고 있으며 많은 성과를 이루었다. 이러한 소자를 이용하여 훗날 Electronic-skin(e-skin)이라 부르는 전자 피부를 활용하여 실시간 모니터링 할 수 있는 헬스 케어 분야 등에 활용 가치 또한 높다. 현재 유연하며 투명한 기판 및 물질 개발에 많은 연구 개발이 진행 되고 있다. 하지만 유연한 기판을 사용하여 TFT를 제작한 후 stress나 bending에 대한 내구성과 안정성, 신뢰성 등이 무기물을 기반으로 한 TFT에 비해 좋지 않은 실정이다. 따라서 유연하며 투명한 기판을 사용한 TFT에 대한 안정성, 신뢰성 등을 확보하여야 한다. 본 연구 에서는 유연한 기판을 사용하여 TFT를 제작 한 후, TFT특성과 안정성을 확보하는 것을 목표로 실험을 진행하였다. 우리는 Mo전극과 Parylene 기판을 사용하여 유연한 TFT소자를 탑 게이트 구조로 제작 하였고 Rigid한 Glass기판 위에 Floating Process를 진행하기 위해 PVA층을 코팅 후 그 위에 Parylene을 CVD로 증착 하고 IGZO를 Sputter를 사용해 증착했다. Parylene은 DI Water 70도에서 Floating 공정을 통해 Rigid 기판에서 탈착 시켰다. 유연한 기판 위에 TFT를 제작 후 bending에 대한 특성 변화 및 안정성에 대한 측정을 실시하였다. Bending에 대한 특성 변화는 우수한 결과가 나왔지만 안정성 측정 중 Negative Bias Stress(NBS) 상에서 비정상적인 On Current Drop 현상이 발생 되었다. Parylene과 Channel층 사이 interface roughness로 인해 charge trap이 되고 이로 인해 On Current Drop 이라는 현상으로 나타났다. 그래서 우리는 Parylene 기판과 Channel 층간의 surface roughness를 개선하기 위한 방법으로 UV Treatment를 사용하였고 시간을 다르게 하여 surface 개선을 진행했다. Treatment 시간을 증가 시킴에 따라 Surface roughness가 많이 좋아 졌으며, Surface를 개선하고자 비정상적인 On Current Drop 현상이 없어졌으며 위 실험으로 Polymer의 surface roughness에 따라 TFT에 대한 안정성에 대한 신뢰성이 확보 될 수 있는 것을 확인 하였다.

열전변환기술은 폐열을 전기로 변환하는 제벡효과를 이용한 기술이다. 열전변환효율은 재료의 성능에 따라 결정되며 성능지수 $ZT=S^2{\sigma}T/k$로 표현할 수 있다. 여기서 S는 제벡계수, ${\sigma}$는 전기전도도, k는 열전도도, T는 절대온도이다. GeTe계 열전재료는 $200{\sim}500^{\circ}C$에서 쓰이는 중온용 열전재료이다. 높은 성능지수를 가지기 위해서는 파워펙터($S2{\sigma}$)의 향상과 열전도도의 감소가 필요하다. GeTe계 화합물은 Ge의 공공 때문에 높은 캐리어 농도를 가지게 되고, 이로 인해 낮은 제벡계수 값과 높은 열전도도를 가지게 된다. 따라서 GeTe계 화합물의 성능 향상을 위해서는 캐리어농도 제어가 필수적이다. TEM을 통하여 GeTe를 관찰하면 밝고 어두운 콘트라스트들이 형성되어 있는 헤링본구조를 확인 할 수 있다. 콘트라스트를 보여주는 작은 평행사변형 하나는 헤링본구조의 가장 작은 단위인 도메인이며 이 도메인들이 특정한 방향으로 배열되어 콜로니를 형성하고 콜로니들이 특정한 방향으로 배열되어 헤링본구조를 이룬다. 헤링본의 폭과 길이를 제어 할 수 있다면 GeTe계 화합물의 열전특성 향상에 영향을 미칠 수 있을 것으로 예상된다. 따라서 본 연구에서는 GeTe계 화합물내에 도핑원소 첨가를 통한 캐리어 농도제어와 도핑원소 첨가에 따른 헤링본구조의 변화에 관하여 연구하였다.

최근 디스플레이 기술은 보다 가볍고, 얇고, 선명한 스마트 형태로 발전되고 있다. 특히 스마트산업의 성장으로 터치스크린패널(Touch Screen Panel, TSP)을 사용하는 기술이 다양해짐에 따라 더 높은 감도와 해상도를 달성하기 위한 핵심기술이 필요한 실정이다. TSP는 저항막 방식, 정전용량 방식, 적외선 방식, 초음파 방식 등 다양한 방식이 있다. 그 중 정전용량방식 터치 패널 (Capacitive type touch panel, CTTP)은 다른 유형에 비해 빠른 반응속도 및 멀티 터치 기능 등의 이점을 가지고 있기 때문에 연구의 초점이 되고 있다. 이를 실현하기 위해서 CTTP은 가시광영역의 높은 투과율과 낮은 비저항을 필요로 하기 때문에 박막의 초 슬림화 및 고 결정화도가 선행되어야만 한다. CTTP에 사용되는 투명전극 소재 중에서 40%의 비중을 차지하고 있는 ITO박막은 내구성과 시인성이 좋으나 생산 비용이 비싸다는 단점이 있다. 한편, 반응성 스퍼터링은 기존에 단일 소결체를 사용한 DC마그네트론 스퍼터링법보다 높은 증착률과 낮은 생산 비용으로 초박막을 만들 수 있다는 장점을 가진다. 본 실험에서는 In/Sn (2wt%) 금속 합금 타깃을 사용한 반응성 스퍼터링법을 이용하여 기판 온도 (RT 및 $140^{\circ}C$)에서 두께 30 nm의 In-Sn-O (ITO)박막을 증착하고, 대기 중 $140^{\circ}C$ 온도에서 시간에 따라 열처리한 후 박막의 물성을 관찰하였다. 증착 중 기판 가열을 하지 않은 ITO 박막의 경우, 열처리 시간이 증가함에 따라 비저항은 감소하였고, 홀 이동도는 현저하게 증가하였으며 캐리어 밀도에서는 별다른 차이가 없었다. 이를 통해 비저항의 감소는 캐리어 농도보다는 결정화를 통한 이동도의 증가와 관련 있다는 것을 확인할 수 있었다. 열처리 시간에 따른 박막의 핵 생성 및 결정 성장은 투과 전자 현미경(TEM)으로 명확하게 확인하였으며, 완전 결정화 된 박막의 grain size는 300~500 nm로 확인되었다. 기판온도 $140^{\circ}C$에서 증착한 박막의 경우, 후 열처리를 하지 않은 상태에서도 이미 결정화 된 것을 확인할 수 있었으며, 후 열처리 시에도 grain size에는 큰 변화가 없었다. 이는 증착 중에 박막의 결정화가 이미 완결된 것으로 판단된다. 또한, RT에서 증착한 박막의 경우에는 후 열처리 초기에는 산소공공등과 같은 결함들의 농도가 감소하여 투과율이 증가하였으나 완전한 결정화가 일어난 후에는 투과율이 약간 감소한 것을 확인할 수 있었다. 이는 결정화 시 박막의 표면 조도가 증가하였고 이로 인해 빛의 산란이 증가하여 투과율이 감소한 것으로 판단된다. 이러한 결과로 반응성 스퍼터링 공정으로 제조한 ITO 초박막은 후열처리에 의한 완전한 결정화를 이룰 수 있으며, 이를 통해 얻은 낮은 비저항과 높은 투과율은 고품질 TSP에 적용될 가능성을 가진다고 판단된다.

Hard coating application is effective way of cutting tool for hard-to-machine materials such as Inconel, Ti and composite materials focused on high-tech industries which are widely employed in aerospace, automobile and the medical device industry also Information Technology. In cutting tool for hard-to-machine materials, high hardness is one of necessary condition along with high temperature stability and wear resistance. In recent years, high-entropy alloys (HEAs) which consist of five or more principal elements having an equi-atomic percentage were reported by Yeh. The main features of novel HEAs reveal thermodynamically stable, high strength, corrosion resistance and wear resistance by four characteristic features called high entropy, sluggish diffusion, several-lattice distortion and cocktail effect. It can be possible to significantly extend the field of application such as cutting tool for difficult-to-machine materials in extreme conditions. Base on this understanding, surface coatings using HEAs more recently have been developed with considerable interest due to their useful properties such as high hardness and phase transformation stability of high temperature. In present study, the nanocomposite coating layers with high hardness on WC substrate are investigated using high entropy alloy target made a powder metallurgy. Among the many surface coating methods, reactive magnetron sputtering is considered to be a proper process because of homogeneity of microstructure, improvement of productivity and simplicity of independent control for several critical deposition parameters. The N2 is applied to reactive gas to make nitride system with transition metals which is much harder than only alloy systems. The acceleration voltage from 100W to 300W is controlled by direct current power with various deposition times. The coating layers are systemically investigated by structural identification (XRD), evaluation of microstructure (FE-SEM, TEM) and mechanical properties (Nano-indenter).

산업 발전으로 특수합금들이 발달함에 따라 가공할 수 있는 새로운 절삭공구소재들이 개발되어지고 있다. 또한 공구소재보다 코팅개발이 상대적으로 더욱 효과적이기 때문에 코팅 기술 개발이 활발히 진행되고 있다. 일본에서는 새로운 코팅층 물질 개발보다는 기존의 코팅물질을 조합하거나 개량하여 성능을 향상시키는 추세이다. TiAlSiN 박막은 스퍼터링과 음극 아크 소스를 이용한 hybrid 공정을 이용하여 코팅 후 특성을 평가하였다. Ti-50at.%Al의 조성을 갖는 TiAl 합금 타겟은 음극 아크 소스를 이용하여 코팅하였다. 공정 가스는 Ar과 N2의 혼합 가스를 사용하였으며 공정 압력은 $1.0{\times}10^{-2}Torr$이었다. 음극 아크 소스에 인가된 전류는 70 A이었다. TiAlSiN 박막의 Si 함량을 조절하기 위해서 Si은 스퍼터링으로 코팅하였으며 스퍼터링 소스에 인가되는 전력의 세기를 0.29 kW ~ 1.05 kW까지 변화시켰다. 코팅 공정에 사용된 Si 타겟의 순도는 4N이다. TiAlSiN 박막의 Si 함량은 스퍼터링 전력에 따라 3.4 ~ 14.4at%까지 변화하는 것을 확인하였다. TiAlSiN 코팅층의 경도는 초미소 경도계를 이용하여 측정하였으며, Si 함량이 증가하면 TiAlSiN 박막의 경도도 증가하는 것을 확인할 수 있다. TiAlSiN 박막의 Si 함량이 9.2at.%일 때 3000 Hv 이상의 경도를 보였다. TiAlSiN 코팅층의 Si 함량이 14.4at%로 높아지면 경도가 낮아지는 현상을 보였다. TiAlSiN 박막의 Si 함량이 증가하면 내산화성이 향상되는 현상을 확인할 수 있었다.

최근 절삭공구산업은 자동차, 항공기, IT, 선박, 에너지 등 첨단산업의 증가로 인해 CGI, CFRP, 내열합금 등 난삭재의 수요가 증가하고 있다. 난삭재는 고내열, 고경도, 초경량 같은 특성을 지니며 우수한 기계적 물성을 갖지만 가공의 어려움이 있어 산업에 적용하는데 한계가 있다. 이러한 한계를 극복하기 위해 개발된 가공기술 중 하드 코팅은 공구코팅비용 대비 공구의 표면경도와 수명을 효율적으로 향상시킬 수 있다고 알려져 있다. 대표적인 하드코팅으로는 AlN계, TiN계 코팅이 있다. 이러한 코팅의 경우 높은 기계적 물성과 우수한 내마모성으로 인해 절삭공구의 성능을 향상시킬 수 있기 때문에, 많은 연구가 진행되고 있으며 절삭공구산업에서 각광받고 있다. 기존 선행연구 결과에 따르면 질화물 코팅의 우수한 물성은 질화물(Nitride) 생성 및 질화 공정에 의한 코팅층의 고밀도화에 의해 나타난다고 알려져 있다. 그 중에서 AlCrN coating은 우수한 내마모성 및 향상된 고온경도를 갖고 있다. AlCrN based coating에 미량의 원소를 첨가하여 기존 AlCrN coating의 기계적 특성을 더욱 향상 시킨 coating은 일반적인 고성능 코팅 대비 공구수명이 길다고 알려져 있으며, 전반적으로 우수한 특성에 의해 전 세계적으로 습식 및 건식 기계 가공 용도로 사용되고 있다. 본 연구에서는 AlCrN based coating에 미량의 원소를 첨가한 coating의 우수한 기계적 특성의 원인을 규명하기 위해 텅스텐카바이드(WC) 기판 위에 아크 이온 플레이팅 장비를 이용하여 AlCrN based coating을 증착 시킨 sample을 분석하였다. 결정구조 및 상 분석을 위해 X선 회절분석(XRD)을 실시하였으며, 미세 구조를 분석하기 위해 전계방출형 주사전자현미경(FE-SEM), 투과 전자현미경(TEM) 분석을 실시하였다. 또한 코팅층의 화학적 성분 분석을 위해 EDX분석을 실시하였으며 기계적 특성 평가를 위해 나노압입시험(Nano-indentation test)을 진행하였다.

NiTi 형상 기억 합금은 형상기억 효과 (Shape memory effect) 또는 초탄성 효과 (superelasticity effect)를 나타낸다고 알려져 있다. 대표적으로 Ni:Ti 조성비가 1:1을 갖는 NiTi(니티놀) 합금은 형상기억 및 초탄성 효과가 우수하여 기계 가공 공정뿐만 아니라 우수한 내마모성을 요구하는 공구에 사용하기 적합하다. 하지만 NiTi 박막은 합금과 같은 Damping capacity를 가지고 있지만 비교적 낮은 물리적 특성을 가지고 있다. 본 연구에서는 NiTi 박막의 낮은 물리적 특성을 향상시키기 위하여 TiN과 NiTi의 2층형 박막을 제조하고 각 층의 두께 변화를 조절하여 특성 향상에 대한 기초연구를 진행했다. 타겟은 NiTi (Ni:Ti=48.2:51.8 at.%) 합금 타겟과 Ti 타겟을 사용하였고, 시편과 타겟 간의 거리는 약 10cm 이며, 시편은 기초분석을 위한 SUS304, 물리적 특성 평가를 위한 초경 을 사용하였다. 초경은 실제 공구에서 사용하고 있는 Co함량이 10% 함유된 시편은 선정했다. 시편 전처리는 알코올과 아세톤으로 세척을 실시한 후 진공챔버에 장착하고 ${\sim}10^{-5}Torr$ 까지 진공배기를 실시하였다. 기판 정청은 글로우 방전 방식으로 약 800 V 전압에서 30분간 실시했다. 공정 가스는 Ar와 $N_2$ 혼합가스를 사용하였으며, UBM(Un-Balanced Magnetron) 스퍼터링 소스를 이용하여 2층형 박막을 제조했다. TiN과 NiTi 층의 두께 비율을 0.5, 1 그리고 2 로 변화시켜 코팅했으며, 박막의 총 두께는 약 ${\sim}3{\mu}m$ 이다. 기초분석은 FE-SEM을 통해 두께와 박막 비율을 확인 및 XRD 분석을 통해 박막 정성분성을 실시했다. 2층형 박막의 물리적 특성은 Nanoindentation test, AFM 및 ball on disc를 이용하여 평가했으며, 그 결과 두께 비율 변화에 따라 물리적 특성 변화가 나타남을 확인했다.

증착(Vapor Deposition)이란 어떤 물질을 증기화 시켜 기판에 응축시키는 공정을 말하며 물리증착(Physical Vapor Deposition; PVD)과 화학증착(Chemical Vapor Deposition)으로 대별된다. 빗각 증착 (Oblique Angle Deposition; OAD) 기술은 입사 증기가 기판에 비스듬히 입사하도록 조절하여 코팅하는 물리증착 기술의 하나로 피막의 조직을 다양하게 제어할 수 있으며 따라서 피막의 특성 제어가 가능한 기술이다. 지금까지 빗각증착은 증기의 산란이 발생하지 않는 $10^{-5}$ 토르 이하의 고진공에서 이루어져 왔다. 본 연구에서는 플라즈마를 이용한 스퍼터링과 음극 아크 증착을 이용하여 질화티타늄(TiN; Titanium Nitride) 박막을 제조하고 그 특성을 평가하였다. TiN 박막은 내마모성 향상 및 장식용 코팅에 널리 이용되고 있다. 박막 제조시 특히 바이어스 전압을 박막 조직의 기울기를 제어하는 수단으로 이용하였고 빗각과 바이어스 전압을 이용하여 다층박막의 조직제어에 활용하였다. 박막의 미세구조와 방위, 경도를 SEM, XRD, Nano Indenter를 이용하여 측정하였고 반사율 및 박막의 조도는 Spectrophotometer와 조도 측정기를 이용하여 측정하였다. 기울어진 조직 및 V형태의 조직이 단층 및 다층의 피막에서 명확하게 관찰됨을 확인하였고 특히 마지막 층 제조시 바이어스 전압을 인가할 경우 탄성계수는 크게 변하지 않는 상황에서 경도가 증가함을 확인하였다.

반데그라프 발전기는 큰 전위차를 생성하고 입자를 가속시키기 위해 발명된 정전기 발생기이다. 현재 반데그라프 발전기는 사이클로톤의 개발 이후 입자 가속 목적으로 주로 사용되고 있지는 않지만 접촉 전하 생성, 전달, 및 축적을 가능하게 하는 전하 운반 시스템에 기반하여 간단한 구조로 직류를 발생시킬 수 있는 점은 주목할만하다. 특히, 최근 경량성, 고효율 발전 등의 장점으로 에너지 하베스팅 분야에서 많은 관심을 받고 있는 마찰전기 에너지 하베스팅 기술 분야에서는 최근, 높은 에너지 저장 효율을 위해 직류 발생이 가능한 마찰전기 에너지 발전 소자에 대한 연구들이 진행되고 있다. 그러나 전하 운반 시스템을 기반으로 한 마찰 전기 직류 발전기에 대한 연구는 거의 이루어 지지 않았으며, 보고된 몇 연구에서는 저 전류, 고 임피던스 및 저효율과 같은 반데그라프 발전기의 구조적 및 물질적 한계를 극복하지 못했다. 또한 마찰에 의해 발생하는 마모에 의한 출력 감소 또한 해결되지 못한 문제이다. 따라서 뛰어난 마찰전기 특성과 함께 우수한 내마모성을 가지는 폴리머에 기반하여 기존의 한계를 극복 한 전하 운반 시스템 기반 마찰 전기 직류 발전기를 제안한다.

천이금속 질화물 코팅은 우수한 기계적 특성들로 인해 공구 코팅으로 많이 사용 되어왔다. 그 중에서도 특히 Cr계 경질 코팅은 높은 경도와 낮은 표면조도, 우수한 마찰특성 등 뛰어난 기계적 특성을 나타내므로 공구 코팅으로의 적용 가능성이 크다. 그러나 최근 공구산업의 발전으로 인해 공구가 더욱 가혹한 환경에서 사용됨에 따라, 공구의 수명을 향상시키고 보호하기 위해 코팅의 높은 밀착력이 요구되고 있으며, 모재와 코팅 사이에 중간층을 합성함으로써 공구의 밀착력을 향상시키는 연구가 활발히 진행되고 있다. 이전 연구에서 모재/중간층/코팅간의 경도와 탄성계수 비율(H/E ratio)의 구배가 코팅의 밀착력에 큰 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 그러므로, WC 모재와 Cr계 코팅의 중간값의 H/E ratio를 갖는 중간층의 합성을 통해 코팅의 밀착력을 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구에서는, 코팅의 밀착력을 향상시키기 위해 다양한 중간층을 증착한 CrZrN, CrAlN 코팅을 비대칭 마그네트론 스퍼터링 장비를 이용하여 합성하였다. 모재로는 디스크 형상의 WC-6wt.%Co 시편을 사용하였고 Cr, Zr, Si, Al single 타겟을 이용하여 Cr, CrN, CrZrN, CrZrSiN 등의 중간층이 증착된 코팅을 합성했다. 코팅의 합금상, 경도 및 탄성계수, 미세조직 및 조성, 표면 조도을 확인하기 위해 X-ray diffractometer (XRD), Fischer scope, field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), atomic force microscopy를 사용하였고, 코팅의 밀착 특성을 분석하기 위해 scratch tester와 optical microscopy (OM)를 이용하였다. 코팅의 내열성을 확인하기 위해 코팅을 furnace에 넣어 공기중에서 500, 600, 700, 800, 900, $1,000^{\circ}C$로 30분 동안 annealing 한 후에 nano-indentation을 사용하여 경도를 측정하였다. CrZrN 및 CrAlN 코팅을 나노 인덴테이션으로 분석한 결과, 모든 코팅의 경도(33.4-35.8 GPa)와 탄성계수(384.1-391.4 GPa)는 중간층의 종류에 상관없이 비슷한 값을 보인 것으로 확인됐다. 그러나, 코팅의 마찰계수는 중간층의 종류에 따라 다른 값을 보였다. CrZrN 코팅의 경우 CrN 합금상 중간층을 갖을 때 가장 낮은 값을 보였으며, CrAlN 코팅의 경우 CrN/CrZrSiN 중간층을 증착하였을때 마찰계수는 0.34로 CrZrN 중간층을 증착하였을 때(0.41)에 비해 낮은 값을 보였다. 또한, 코팅의 마모율 및 마모폭도 비슷한 경향을 보인 것으로 보아, CrN/CrZrSiN 중간층을 합성한 CrAlN 코팅의 내마모성이 상대적으로 우수한 것으로 판단된다. 코팅의 밀착력의 경우도 마찰계수와 비슷한 경향을 보였다. 이것은 중간층의 H/E ratio가 코팅의 내마모성에 미치는 영향에 의한 결과로 사료된다. H/E ratio는 파단시의 최대 탄성 변형율로써, 모재/중간층/코팅의 H/E ratio 구배에 따라 코팅 내의 응력의 완화 정도가 변하게 된다. WC 모재 (H/E=0.040)와 CrAlN 코팅(H/E=0.089) 사이에서 CrN, CrZrSiN 중간층의 H/E ratio는 각각 0.076, 0.083으로 모재/중간층/코팅의 H/E ratio 구배가 점차 증가함을 확인 할 수 있었고, 일정 응력이 지속적으로 가해지면서 진행되는 마모시험중에 CrN과 CrZrSiN 중간층이 WC와 CrAlN 코팅 사이에서 코팅 내부의 응력구배를 완화시키는 역할을 함으로써 CrAlN 코팅의 내마모성이 향상된 것으로 판단된다. 모든 코팅을 열처리 후 경도 분석 결과, CrN/CrZrSiN 중간층을 증착한 CrAlN 코팅은 $1,000^{\circ}C$까지 약 28GPa의 높은 경도를 유지한 것으로 확인 되었고, 이는 CrZrSiN 중간층 내에 존재하는 SiNx 비정질상의 우수한 내산화성에 의한 결과로 판단된다.

듀얼 페이즈(DP) 강철과 같은 고강도강(HSS), TRIP강, TWIP강은 무게를 줄이고 자동차의 안전을 향상시키기 위해서 자동차 산업에서 광범위하게 쓰이고 있다. HSS강의 내부식성을 향상시키기 위해서, 향상된 박막 재료와 기존의 아연도금 공정을 대체하는 공정 방법이 필요하다. Zn-Mg 박막은 강의 부식 방지에 대한 강력한 후보이며, 물리적 기상 증착 공정(PVD)은 강의 Zn-Mg 박막의 증착을 위한 유망한 공정이다. 그러나 이전 연구에서 보고 된 바와 같이 Zn-Mg 박막은 Zn-Mg 박막의 높은 취성으로 인하여 Zn 박막에 비하여 접착력이 매우 불충분하였다. 따라서 본 연구에서는 Zn-Mg 박막의 첩착력을 향상시키기 위해 TRIP강 기판 위에 증발 증착법을 활용하여 Zn-Mg/Zn 이중층 박막을 합성하고 진공에서 열처리를 실시하여 박막의 깊이에 따른 Mg의 함량 변화를 유도하였다. Zn-Mg/Zn 박막 합성 시 EMH-PVD를 활용하여 증착하였으며, Zn 중간층을 모재와 Zn-Mg 층 사이에 증착하고 진공중에서 열처리를 실시하여 박막 내에서 Mg 함량의 기울기 변화가 박막의 밀착력에 주는 영향을 평가하였다. 증착된 박막은 FE-SEM을 통하여 미세조직과 박막의 두께를 분석하였고 line-EDS를 통하여 깊이에 따른 Zn와 Mg의 변화를 분석하였으며 XRD를 사용하여 합금상을 분석하였다. Lap shear test를 활용하여 박막의 밀착력을 정략적으로 분석하였다. FE-SEM 및 EDS 분석 결과 Zn-Mg/Zn 박막을 진공에서 열처리를 실시한 후 FE-SEM으로 분석한 결과 미세조직의 큰 차이는 보이지 않았으나, line-EDS 결과 Mg이 확산되는 것을 확인 할 수 있었다. XRD 분석 결과 확산한 Mg에 의해서 Zn상은 감소하고 $Mg_2Zn_{11}$, $MgZn_2$와 같은 합금상은 증가하는 것을 확인하였다. Lap shear test 결과 $200^{\circ}C$에서 열처리한 Zn-15wt.%Mg/Zn 박막의 경우 밀착력이 19 MPa로 열처리를 하지 않았을 경우(11 MPa)보다 향상되는 것을 확인하였다. 이러한 결과는 통하여 Zn-Mg 박막의 두께의 Mg의 함량 변화에 의해서 박막의 밀착력이 변화되는 것을 알 수 있다.

이 연구에서는 리튬이온전지용 음극 활물질의 리튬이온 저장 용량을 최적화시키기 위한 새로운 방법이 제안되었다. 그 방법은 솔루션 플라즈마 프로세스를 사용하여 원자 단위의 리튬을 탄소 기반 물질의 내부에 도핑 시키고, 열처리를 통해 그 내부를 재설계하는 것이다. 리튬이온전지용 음극 활물질로 리튬금속 자체를 사용하려는 시도는 있었으나, 이는 충전 및 방전 사이클이 반복됨에 따라 리튬이 수지상으로 석출되어 내부를 단락시키거나, 리튬금속 자체의 폭발성에 의한 취급상의 제약이 있었다. 한편, 원자 단위로 탄소 내부에 도핑 된 리튬은 열처리 과정 동안 탄소 내부에서 확산함으로써 더 많은 리튬이 저장될 수 있는 공간을 만들었고, 사이클이 반복됨에 따라 서서히 충전 및 방전 반응에 참여함으로써 전지의 성능을 개선시켰다. 리튬이 도핑 된 탄소의 전기화학적 테스트 결과를 Fig. 1에 나타내었다. 실험 결과에서 보여진 초기 고용량 및 장기 사이클 특성은 탄소 내부에 도핑 된 리튬이 전지 성능의 향상에 중요한 역할을 한다는 것을 시사한다. 또한, 사이클이 반복됨에 따라 점차 증가하는 용량은 첫 사이클에서 형성된 solid electrolyte interphase의 비가역 용량을 보상할 수 있을 것으로 생각된다. 이상의 결과를 통해, 탄소 내부에 원자단위의 리튬을 도핑시키는 새로운 접근은 리튬이온전지의 성능 개선을 위한 효과적인 방법이 될 수 있을 것으로 보이며, 향후 리튬 이외의 다른 원소들, 즉 소듐과 같은 물질에 대하여 도핑을 시도한다면 새로운 분야에서 이와 같은 접근법이 유용하게 적용될 수 있을 것으로 사료된다.

선박을 통한 해상수송은 세계 무역의 80% 이상을 차지하고 있으며, 대부분의 선박은 저질중유의 연소로부터 추진력을 발생시키는 디젤 엔진을 원동력으로 사용하고 있다. 이러한 디젤 엔진은 연소의 부산물로 매년 백만 톤 이상의 오염물질을 방출하는데, 그 주성분은 탄소로 이루어져 있고 고온 열분해 또는 압축 점화 엔진의 작동 부산물들이 소량 포함되어 있다. 이에 본 연구에서는 선박으로부터 배출된 폐 수트를 리튬이온전지용 도전재로 활용하기 위한 독특한 방법이 제안되었다. 실험에 사용된 폐 수트는 운항중인 컨테이너선으로부터 수집되었으며, 수집된 폐 수트는 탄소 성분 이외의 불순물을 제거하고 흑연화 정도를 개선시키기 위해 $2,000^{\circ}C$로 열처리되었다. 열처리된 폐 수트의 모폴로지를 확인하기 위해 투과전자현미경을 이용하여 그 형상을 관찰하였으며, 이를 통해 폐 수트의 일차 입자는 지름이 약 70-100 nm 정도인 양파껍질 모양의 탄소(carbon nano-onion)로 형성된다는 것이 확인되었다. 또한, XRD, RAMAN 분광법 및 BET 분석 결과를 통해, 열처리된 폐 수트가 결정성이 있는 흑연으로 재형성되었으며 비표면적은 일반적으로 사용되는 활물질에 비해 약간 더 높다는 것을 확인할 수 있었다. 한편, 이러한 특성은 리튬이온전지용 도전재로 활용될 수 있는 가능성을 보여주었고, 이는 전기화학적 정전류 충전 및 방전 테스트를 통해 그 성능이 확인되었다. 일반적으로 사용되는 도전재의 테스트 결과와 폐 수트를 도전재로 사용한 테스트 결과를 Fig. 1에 나타내었다. 이상의 실험 결과들을 미루어 볼 때, 선박으로부터 배출된 폐 수트가 리튬전지용 음극 활물질 및 도전재로 재활용될 수 있을 것으로 사료된다.

최근 자동차 산업을 중심으로 한 수송용 기기의 경량화 추세에 따라 대표적인 경량금속 소재인 알루미늄 합금에 대한 수요가 증가하고 있으며 이에 따라 알루미늄 합금 표면에 다양한 특성을 부여할 수 있는 표면개질 기술에 대한 필요성이 부각되고 있다. 알루미늄 합금의 대표적인 표면처리기술인 아노다이징과 유사한 원리로 표면에 세라믹 코팅층을 형성할 수 있는 기술인 플라즈마 전해 산화(Plasma electrolytic oxidation, PEO)가 주목을 받고 있다. PEO 코팅법은 전해액 내에 소재를 침지시키고 400 ~ 600V에 이르는 고전압을 인가시켜 마이크로 방전을 유도하여 표면에 치밀한 세라믹 층을 형성시키는 기술이다. 본 연구에서는 PEO법으로 표면 개질된 Al 합금 표면의 표면 조직 특성과 전기화학 특성을 평가하고, 코팅층 특성에 미치는 공정 변수의 영향을 분석하고자 하였다. PEO 처리를 위해 사용된 소재는 상용 Al 합금 판재(Al 5083-O)로서 $2cm{\times}2cm$로 절단하여, 에머리페이퍼로 1000번까지 연마하여 사용하였다. 시험을 위한 PEO 처리 시스템은 전해액 수조, 일정 온도 유지를 위한 열교환기와 칠러, 전원 발생을 위한 전원공급기(power supply)로 구성되었다. 전해액은 약 알칼리 수용액을 이용하였으며, 전원 공급기를 통해 시험편에 펄스 전류를 인가하였다. PEO 처리 후 시편에 대하여 SEM, EDS, XRD 등을 이용한 표면 특성 평가를 실시하였다. 또한 코팅층의 전기화학적 부식 특성 평가를 위해 해수용액에서 동전위분극실험을 실시하였다. 시험 결과, Al 합금의 PEO 처리 시 내식성은 개선되는 것으로 확인되었으며, 공정변수는 표면의 미세조직 및 전기화학적 특성에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.

The 3D interconnect technologies have been appeared, as the density of Integrated Circuit (IC) devices increases. Through Silicon Via (TSV) process is an important technology in the 3D interconnect technologies. And the process is used to form a vertically electrical connection through silicon dies. This TSV process has some advantages that short length of interconnection, high interconnection density, low electrical resistance, and low power consumption. Because of these advantages, TSVs could improve the device performance higher. The fabrication process of TSV has several steps such as TSV etching, insulator deposition, seed layer deposition, metallization, planarization, and assembly. Among them, TSV metallization (i.e. TSV filling) was core process in the fabrication process of TSV because TSV metallization determines the performance and reliability of the TSV interconnect. TSVs were commonly filled with metals by using the simple electrochemical deposition method. However, since the aspect ratio of TSVs was become a higher, it was easy to occur voids and copper filling of TSVs became more difficult. Using some additives like an accelerator, suppressor and leveler for the void-free filling of TSVs, deposition rate of bottom could be fast whereas deposition of side walls could be inhibited. The suppressor was adsorbed surface of via easily because of its higher molecular weight than the accelerator. However, for high aspect ratio TSV fillers, the growth of the top of via can be accelerated because the suppressor is replaced by an accelerator. The substitution of the accelerator and the suppressor caused the side wall growth and defect generation. The suppressor was used as Single additive electrodeposition of TSV to overcome the constraints. At the electrochemical deposition of high aspect ratio of TSVs, the suppressor as single additive could effectively suppress the growth of the top surface and the void-free bottom-up filling became possible. Generally, copper was used to fill TSVs since its low resistivity could reduce the RC delay of the interconnection. However, because of the large Coefficients of Thermal Expansion (CTE) mismatch between silicon and copper, stress was induced to the silicon around the TSVs at the annealing process. The Keep Out Zone (KOZ), the stressed area in the silicon, could affect carrier mobility and could cause degradation of the device performance. Cobalt can be used as an alternative material because the CTE of cobalt was lower than that of copper. Therefore, using cobalt could reduce KOZ and improve device performance. In this study, high-aspect ratio TSVs were filled with cobalt using the electrochemical deposition. And the filling performance was enhanced by using the suppressor as single additive. Electrochemical analysis explains the effect of suppressor in the cobalt filling bath and the effect of filling behavior at condition such as current type was investigated.

Copper is one of the most abundant metals on earth. Its oxide (CuO) is an intrinsically p-type metal-oxide semiconductor with a bandgap ($E_g$) of 1.2-2.0 eV 1. Copper oxide nanomaterials are considered as promising materials for a wide range of applications e.g., lithium ion batteries, dye-sensitized solar cells, photocatalytic hydrogen production, photodetectors, and biogas sensors 2-7. Recently, high-density and uniform CuO nanostructures have been grown on Cu foils in alkaline solutions 3. In 2011, T. Soejima et al. proposed a facile process for the oxidation synthesis of CuO nanobelt arrays using $NH_3-H_2O_2$ aqueous solution 8. In 2017, G. Kaur et al. synthesized CuO nanostructures by treating Cu foils in $NH_4OH$ at room temperature for different treatment times 9. The surface treatment of Cu in alkaline aqueous solutions is a potential method for the mass fabrication of CuO nanostructures with high uniformity and density. It is interesting to compare the gas sensing properties among CuO nanomaterials synthesized by this approach and by others. Nevertheless, none of above studies investigated the gas sensing properties of as-synthesized CuO nanomaterials. In this study, CuO nanowalls versus nanoparticles were synthesized via the oxidation process of Cu foil in NH4OH solution at $50-70^{\circ}C$. The gas sensing properties of the as-prepared CuO nanoplates were examined with $C_2H_5OH$, $CH_3COCH_3$, and $NH_3$ at $200-360^{\circ}C$.

마그네슘 합금은 구조용 소재로 사용되는 금속 중 가장 가벼운 금속으로서 에너지 효율을 높이기 위해 경량화가 필수적으로 요구되는 자동차, 항공기, 기차 등의 운송용 기계/장비 부품으로 각광을 받고 있다. 또한 마그네슘은 생체 친화적이며 환경적 유해성이 없어서 구조소재뿐만 아니라 생체소재에 이르기까지 다양한 산업에서 유용하게 사용될 수 있는 금속이다. 그러나 현재까지도 마그네슘의 산업적 적용이 크게 증가하지 못하고 있는 이유로는 기존의 철강이나 알루미늄 소재에 비해 상대적으로 낮은 내식성, 내마모성 및 강도 문제와 높은 제품 제조 단가 등의 문제들이 있다. 특히 내식성은 대기 중에 노출되는 거의 모든 제품에서 요구되는 특성으로서 마그네슘 제품의 신뢰성을 확보함에 있어서 매우 중요하다. 현재 마그네슘 합금의 상용화를 막는 가장 큰 이유 중의 하나는 마그네슘 소재의 제조 공정비용의 경쟁력이 확보되어 있지 않기 때문이다. 본 발표에서는 마그네슘 합금의 내식성을 향상시키기 위하여 개발된 다양한 표면처리 기술들의 특성 및 효과, 그리고 공정비용의 장단점을 정리하여 발표하고자 한다.

최근 연구결과에 따르면, 상용 AZ91D 마그네슘합금에 Ca과 Y을 복합 첨가함으로써 마그네슘합금의 문제점인 발화저항성을 크게 향상시키는 동시에 충분한 기계적 특성을 확보할 수 있어 마그네슘합금의 적용분야 확대에 대한 기대가 높아지고 있다. 한편 Ca과 Y을 복합 첨가된 마그네슘합금은 기존의 상용합금에 비해서 매우 우수한 내식성을 나타내는 것으로 알려져 마그네슘합금의 또 하나의 장애물로 여겨졌던 부식 문제 또한 해결할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 선행연구결과, 이러한 내식성의 향상은 Ca과 Y의 첨가에 따라 이차상의 조성이 변하게 되면서 상과 기지간의 부식 전위의 차이가 감소하고, 이로 인해 미세 갈바닉 부식 발생이 감소하게 되었기 때문으로 판단된다. 본 연구에서는 이러한 Ca 과 Y의 첨가가 이차상의 부식 전위 뿐 만 아니라 AZ91D 합금의 표면 특성을 어떻게 변화시키고 이러한 특성의 변화가 내식성에 어떠한 영향을 미치는 지에 대하여 평가하였다. 다양한 전기화학적 분석을 통해 각 합금의 표면 특성과 내식성을 평가하였고, 표면 산화층 분석 및 TEM 분석 등을 통해 표면 피막의 구조와 조성을 분석하여 차이를 비교하였다.

양극산화 표면처리 방법의 일종인 플라즈마 전해산화(PEO, Plasma electrolytic oxidation)는 금속 소재에 양극 전압을 인가하여 고경도의 산화 피막을 금속 표면에 형성시키는 표면처리 기술이다. PEO 공정은 피막의 국부적 유전체 파괴에 의한 아크의 발생을 동반하며, 형성된 산화 피막이 아크 발생에 의한 높은 열에 의해 결정화 되어 일반적인 양극산화 피막보다 우수한 경도와 내마모성을 가진다. 하지만 PEO 공정은 고전압을 필요로 하여 일반적인 양극산화 처리보다 소모되는 전력량이 많으며, 아크 발생에 의해 형성된 피막의 표면 거칠기가 높기 때문에 활용 분야가 제한되거나 후속 연마 공정을 필요로 하는 단점이 존재한다. 본 연구에서는 전류 파형이 알루미늄 합금의 플라즈마 전해산화 피막의 형성 거동에 미치는 영향을 직류 및 펄스전류를 사용하여 연구하였다. NaOH 및 $Na_2SiO_3$가 혼합된 전해액에서 직류 전류 밀도, 전압, 펄스폭을 달리하여 알루미늄 합금에 전류를 인가할 때 발생되는 아크의 거동, 형성된 산화 피막의 두께, 거칠기, 경도, 표면 및 단면 구조를 비교 분석하였다.

플라즈마 전해 산화(Plasma Electrolytic Oxidation)는 일반 애노다이징 보다 더 높은 전류 혹은 전압을 금속(Al, Ti, Mg) 표면에 인가하여 산화피막을 전기화학적으로 형성시키는 금속표면처리 방법 중의 하나이다. 본 연구에서는 phosphate 수용액에서 정전류를 인가하여 NaOH의 농도에 따라 PEO(Plasma Electrolytic Oxidation) 피막 형성을 전압-시간 그래프 및 형성된 표면피막의 구조를 관찰하여 연구하였다. 실험에는 8 g/L의 sodium phosphate이 사용되었으며, 5 g/L ~ 9 g/L의 NaOH를 사용하였다. NaOH의 농도 상관없이 일부 영역에서만 반복적으로 아크가 발생하는 로컬 버닝 현상 없이 미세한 아크가 시표 표면 전체에 발생하였고, NaOH의 농도가 증가할수록 형성된 PEO 피막의 두께는 감소하고, 평균 표면 거칠기는 증가하는 경향을 보인다. 형성된 피막의 구조를 HR-SEM, EDX 등을 이용하여 관찰하였다.

Novel soft magnetic materials can be achieved by altering material properties such as morphology, composition, crystallinity, and grain size of soft magnetic alloys. Especially, magnetic properties (i.e., saturation magnetization, coarcivity) of soft magnetics are significantly affected by grain boundaries which act as a control of magnetic domain wall movement. Thus, we herein develop a two-step electroless plating method to control morphology and grain size of FeCo films for excellent magnetic properties. Accordingly, the chemical composition to control the degree of polarization of FeCo alloys was altered by electroless deposition parameters; for example, electrolyte concentration and temperature. The grain size and crystallinity of FeCo alloys was dramatically affected by the reaction temperature because the grain growth mechanism dominantly occurs at $90^{\circ}C$ where as the neucleation only happens at $50^{\circ}C$. By simply controlling the temperature, the micron-sized FeCo grains embedded FeCo film was synthesized where the large grains allow high magnetization originated from larger magnetic domain with low corecivity and the nano-sized grains allow excellent soft magnetic properties due to the magnetic correlation length.

pH is expressed mathematically as $pH=-{\log}[H^+]$, is a measure of the hydrogen ion concentration, [$H^+$] to specify the acidity or basicity of an aqueous solution. The pH scale usually ranges from 0 to 14. Every aqueous solution can be measured to determine its pH value. The pH values below 7.0 express the acidity, above 7.0 are alkalinity and pH 7.0 is a neutral solution. The solution pH can be determined by indicator or by measurement using pH sensor, which measuring the voltage generated between a glass electrode and a reference electrode according to the Nernst Equation. The pH value of solutions depends on the temperature and the activity of contained ions. In nickel electroless plating process, the controlled pH value in some limited ranges are extremely important to achieve optimal deposition rate, phosphorus content as well as solution stability. Basically, nickel electroless plating solution contains of $Ni^{2+}ions$, reducing agent, buffer and complexing agents. The plating processes are normally carried out at $82-92^{\circ}C$. However, the change of its pH values with temperatures does not follow any rule. Thus, the purpose of study is to understand the relationship between pH and temperature of some based solutions and electroless nickel plating solutions. The change of pH with changing temperatures is explained by view of the thermal dynamic and the practical measurements.

현재 업계에서 사용 중인 대부분의 탈지제는 중온 및 고온에서 사용하는 제품이 많으며, 거품의 발생 또한 많으므로 소포제를 넣지 않고서는 사용이 불가능한 약품이 대부분이다. 탈지제 거품의 발생은 탈지제의 세정력을 높이기 위해 주로 사용되는 음이온성 계면활성제의 특성에 의해 나타나게 되는데, 본 연구에서는 음이온성 계면활성제를 사용하지 않음으로 기포의 발생을 억제하고, 동시에 상온에서 사용할 수 있는 약품을 개발함으로써 생산 공정에서의 원가절감과 신뢰성 및 양산성의 향상을 도모하는데 그 목적이 있다.

공구의 내구성 향상을 위해서는 고경도, 고내마모, 고내열 특성 등의 우수한 물성을 필요로 한다. 공구에 적용되고 있는 코팅으로는 높은 경도와 낮은 마찰계수를 가지는 TiN, TiCN 코팅이 사용되다가 내산화 특성을 향상시키기 위해 TiAlN, CrAl, CrN 과 같은 코팅이 사용되었다. 하지만 최근 난삭재 및 고강도의 재료를 가공하기 위해서 더 높은 경도, 내열, 내산화 특성 등이 요구되고 있으며 최근에는 AlCr 기반의 코팅재료들이 각광받고 있다. 본 연구에서는 우수한 고경도, 고내열 등의 특성을 가지는 코팅 재료를 개발하기 위해서 AlCr 계의 2원계, 3원계 합금설계을 진행하였고 타겟화 하였다. 제작한 타겟을 이용하여 PVD 코팅 공정을 통해 코팅을 제작하였고 경도, 밀착력, 내열 등의 특성 분석을 진행하였다.

ZrN 코팅은 다른 하드 코팅과 비교해 우수한 기계적 특성 및 내식성으로 다양한 산업 분야에서 사용되고 있다. 특히 ZrN 기반의 코팅 중, ZrCuN 코팅은 50 GPa 이상의 매우 높은 경도를 나타내는 것으로 보고되고 있다. 본 연구에서는 Zr-Cu 기반 조성에 우수한 기계적 특성 향상을 위해 제 3의 원소를 첨가하여 단일합금 타겟을 제작하였다. 단일 합금 타겟은 플라즈마 아크멜팅법으로 제작되었으며, 제작된 단일합금 타겟을 이용하여 DC 마그네트론 스퍼터링 공정을 통해 Zr 기반의 나노복합박막을 증착하였다. Zr기반 나노복합 박막은 다양한 $Ar:N_2$ 분위기 하에서 증착하였으며, 가스비에 따른 코팅의 특성을 확인하기 위해 SEM/EDS, XRD, nano-indentation, friction test 분석을 진행하였다.

정전용량방식 터치스크린패널은 모바일에서 차량용 디스플레이에 이르기까지 휴대용 전자장치를 위한 직관적인 사용자 인터페이스 덕분에 최근 몇 년간 관심이 집중 되었다. 본 연구에서는 우수한 성형성과 정확성 및 고감도 터치패널 제작을 위해 Ionized Physical Vapor Deposition (IPVD)시스템을 이용하여 멀티레이어(Oxide/Metal/Oxide)의 투명전극을 형성 하였다. 멀티레이어 전극은 5.1 ohm/sq의 면저항과 89.5%의 투과율을 나타내며, 높은 신뢰성 및 접촉력의 특성을 나타내는 것을 확인 하였다. 이를 통해, 기존의 패턴크기보다 작은 3.8mm pitch 패턴의 15인치 GFF타입 터치패널을 성공적으로 제작 하였으며, 터치센서는 우수한 선형성, 정확성 및 고감도 스타일러스펜 (직경=1mm)의 멀티터치를 구현 하였다.

신도시 및 대규모 도시 개발이 진행됨에 따라 안정적이고 효율적인 전력 공급을 위해 다수의 지상 배전함이 설치되고 있으며, 이에 따라 불법 광고물 및 스티커의 부착으로 인한 문제가 발생하고 있다. 이를 해결하기 위하여 여러 기관 및 산업체에서는 부착 방지용 코팅 도료 및 시트에 대하여 다양한 연구개발을 진행하고 있으며, 현장에 적용 된 다수의 제품이 존재한다. 하지만 현재 대부분의 제품들은 약 1년 정도의 시간이 지나면 부착 방지 기능을 상실하며, 도료와 기판 또는 시트와 기판 사이의 박리가 일어나 도시의 미관을 더욱 해치는 결과를 초래하고 있다. 이러한 원인으로는 부착력(Peel resistance, N/cm)을 측정하는 기존의 제시된 방법(KS T 1028, Peel test)으로는 정확한 측정이 어렵기 때문에 제품 선별에 어려움이 있다. 일반 기판의 경우 규격에서 요구하는 각도($90^{\circ}$, $180^{\circ}$)가 잘 유지되어 정밀한 부착력 측정이 가능하지만, 저점착 기능성 코팅소재(Anti-adhesion coating)의 경우 부착 자체가 어렵기 때문에 요구 각도를 유지하기 어려워 정밀한 측정을 할 수 없다. 이러한 문제점들을 해결하고자 압입자(Probe)를 이용한 새로운 평가 장치와 방법(Tack test)을 개발 및 제시하였다. 평가 지표로는 최대 점착력(Adhesive force, N), 최대 점착력일 때 점착제가 늘어난 총 길이(Extension of adhesive, mm), 탈착 에너지(Energy, J)가 있으며, 인가하는 힘(N)이 커질수록, 탈착 속도(Velocity)가 빨라질수록 평가 지표 모두 값이 상승하는 경향성을 보인다. 각 시험방법(Peel test, Tack test)에 대한 테이프류 점착제와 기판과의 결합이 끊어지는(Debonding, 탈착) 메커니즘(Mechanism)은 점착제 기공(Cavity)의 형성, 결합이 끊어지는 힘(Debonding force, N), 힘의 평형(Force balance)로 설명 가능하며, 상호간의 관계성을 도출한다. 이와 같은 평가 지표를 활용하여 저점착 기능성 코팅소재에 대해 정밀한 평가를 하는 것으로, 향후 개발될 다양한 제품에 대한 성능 분별력을 높이고, 현장에 적용 될 제품들의 성능을 끌어 올려 기존에 발생한 다양한 문제점들을 해결 할 수 있다.

Spatial distribution of binding state in depth direction is investigated in a hard skin layer on soft polydimethylsiloxane (PDMS) fabricated by Ar ion beam irradiations. The hard skin layer known as a silica-like homogenous layer was composed of two layers. Impinging Ar ions transfer energy to PDMS as a function of collisional energy transfer rate, which is the maximum at surface and decreases gradually as an ion penetrates. This formed the heterogeneous hard skin layer that consists of a top-most layer and an intermediate layer. XPS depth profiling showed the existence of the top-most layer and intermediate layer. In the top-most layer, scission and cross-linking were occurred simultaneously and Si-O bond showed dissociated status, SiOx (x = 1.25 - 1.5). Under the top-most layer, there was the intermediate layer in which cross-linking is mainly occurred and Si-O bond showed silica-like binding status, SiOx (x = 1.75 - 2). And theoretical analysis which calculates the collisional energy transfer and a displacement per atom explained the thickness variation of top-most layer according to Ar ion energy from 360 eV to 840 eV.

송전 및 배전선 선로에 사용되는 핵심 부품인 ACSR (Aluminum Conductor Steel Reinforced, 강심 알루미늄 연선) cable은 우수한 기계적 성질, 가벼운 중량, 내부식성 특징을 가지고 있어 송전 및 배전선 선로에 핵심 부품으로 사용된다. 하지만, 국내외 혹한 다설 지역에 설치된 ACSR cable에서 빙설해로 인한 단락 또는 지락 사고가 지속적으로 발생하고 있다. 빙설해에 의한 송전선로의 고장은 급격한 전압 강하로 인해 전기 품질에 큰 영향을 주어 민원제기의 주요 원인이 되며, 고장의 파급효과가 국지적으로 발생하지 않고 광범위하게 발생하는 특징이 있기 때문에 이에 대한 대응이 필요한 실정이다. 이러한 문제를 해결하기 위해 ACSR cable의 주 소재인 알루미늄에 대한 판상(Plate) 결빙강도 파악 및 결빙방지 소재개발 연구가 국내외에서 활발히 진행 중이나, 실제 원형의 전선다발이 나선형으로 감겨있는 구조의 ACSR cable 결빙 접합강도를 시험을 통해서 명확히 제시한 연구결과는 아직 보고된 바 없다. 본 연구에서는 실제 송전용 ACSR cable을 대상으로 얼음 간의 주 전단 응력, 파단에너지 등의 결빙특성을 정량적으로 측정할 수 있는 3D 스캔을 활용한 결빙특성 평가시험기를 개발하고, 345kV급 ACSR cable에 대한 결빙특성을 평가결과를 제시하였다. 또한 ACSR cable에 현재 상용화되고 있는 결빙방지 코팅소재를 적용함으로써 코팅소재의 적합성을 ARF(Adhesion reduction factor) 지표를 통해서 비교 평가한 결과를 포함한다.

신축성 디바이스는 다양한 디자인을 적용할 수 있고 형태에 대한 제약을 최소화 할 수 있어 수요가 점점 증가하고 있다. 신축성 디바이스의 핵심인 신축 전극에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 물결무늬나 코일 형태의 금속 전극, 탄소 소재를 사용한 전극, 하이드로젤 전극 등이 연구되었다. 하지만 이러한 방법들은 공정과정이 복잡하거나, 변형시 전기적 저항 변화가 크다. 또한 단일 소재를 활용한 신축성 전극은 물질적인 한계로 인하여 신축성을 향상시키는 데 한계가 있다. 신축 전극에 많이 사용되는 은 나노와이어는 용액에 분산되어 있어 공정이 쉽고, 좋은 전기적 특성을 가지는 소재이다. 은 나노와이어는 네트워크 형태로 얽혀있어 신축성 있는 배선의 재료로써 좋은 역할을 할 것으로 기대하지만, 은 나노 와이어만 사용하여 제작한 배선은 늘렸을 때 나노와이어들 간의 접촉 불량으로 저항이 증가한다. 이를 보완하기 위해 본 연구에서는 배선을 형성하고 있는 금속 나노소재 간 전기적 접촉을 향상시키기 위해 은 나노와이어와 은 나노입자를 섞어 하이브리드 잉크를 제작하여 전극을 형성했다. 하이브리드 잉크로 제작한 전극을 신축성 있는 고분자에 함입하여 신축률에 따른 저항을 평가했다. $175^{\circ}C$에서 열처리한 전극을 5% 늘렸을 때, 단일 소재인 은 나노와이어나 은 나노입자만을 사용한 경우는 전극이 끊어지거나 저항이 175%나 증가했지만, 하이브리드 잉크를 사용했을 때는 16.5% 증가했다.

스퍼터링에 의해 증착된 박막 내 기계적 응력 발생 현상을 규명하기 위하여 활발한 이론적, 실험적 접근이 있었으나, 복잡한 플라즈마 증착환경 내에서 다양한 증착 파라미터로 인해 정확한 응력 발생 메커니즘에 대해 아직도 완벽한 규명이 되지 않은 상황이다. 본 연구에서는 몰리브데늄 (Mo)과 텅스텐 (W) 박막을 마그네트론 스퍼터링법을 이용하여 증착 시 발생하는 잔류응력 발생 현상에 대해 논의하겠다. Mo 박막의 경우 증착압력을 2.5 mTorr와 4.1 mTorr로 고정시킨 채 기판 바이어스를 0-250 V 간격으로 변화시킨 결과, 2.5 mTorr에서는 기판바이어스가 증가할수록 압축응력이 증가하는 반면 4.1 mTorr에서는 기판바이어스가 증가할수록 인장응력이 증가하는 것이 확인되었다. 이러한 반대 경향의 잔류응력을 발생시키는 기판 바이어스 효과를 확인하기 위하여 증착 파라미터 변경에 따른 박막 성장 거동 모델을 제시한다. W 박막은 준안정상인 ${\beta}$-상이 증착 초기(2.5 nm)에 형성이 되고, 증착 과정에서 열역학적 안정상인 ${\alpha}$-상으로 상변태 하였다. 상변태에 의한 부피 변화에 따른 잔류응력 발생의 분석을 위하여 X-ray 회절피크의 비대칭성을 분석한 결과 압축응력과 인장응력이 공존하고 있는 것으로 확인되었다. 본 연구결과는 스퍼터링 공정 시 높은 에너지를 가지는 중성화된 Ar과 스퍼터된 원자가 기판과 충돌 시 atomic peening effect에 의해 압축응력이 발생한다는 일반적인 이론과 상충되는 결과로서, Mo 및 W 박막 내 잔류응력 제어를 위한 방안을 제시한다.

산화물 반도체 기반 박막 트랜지스터가 국내에서 본격적으로 연구 개발 된 지 10년 만에 대면적 OLED TV에 적용되었다. 전기적인 신뢰성뿐만 아니라, 광학적 신뢰성도 검증되어, 앞으로 산업계에서 그 적용 확대가 기대되고 있는 상황이다. 그렇지만, 향후 큰 성장이 예상되는 고해상도 플렉시블 디스플레이에 적용 가능한 높은 수준의 전기적 특성뿐만 아니라, 저온공정도 만족시킬 수 있는 박막 트랜지스터 개발이 필요한 실정이다. 이러한 측면에서 LTPS, 유기물 박막 트랜지스터에 비해, 산화물 박막 트랜지스터는 250도 이하의 저온공정에서도 고이동도 및 고신뢰성을 확보할 수 있는 좋은 대안이 될 수 있을 것이다. 본 강연에서는 플렉시블 기판에 적용 가능한 산화물 박막 트랜지스터 기술 및 개발 동향에 대해 발표할 예정이다.

The demand for steady and dependable power sources is very high in the field of sustainable energy because of the limited amount of fossil fuels reserves. Among several sustainable alternatives, solar energy may be the most efficient solution because it constitutes the largest renewable energy source. So far, the only practical way to store such large amounts of energy has been to use a chemical energy carrier likewise a fuel. In various solar energy to power conversion systems, the photoelectrochemical (PEC) splitting of water into hydrogen and oxygen by the direct use of solar energy is an ideal process. It is a renewable method of hydrogen production integrated with solar energy absorption and water electrolysis using a single photoelectrode. Previous studies on photoelectrode films for PEC water splitting cells have been mainly focused on synthesizing oxide semiconductors with wide band gaps, such as TiO2(3.2eV), WO3(2.8eV), and Fe2O3(2.3eV). Unfortunately, these pristine oxide photoanodes without any catalysts have relatively low photocurrent densities because of the inherent limitation of insufficient visible light absorption due to the wide bandgap. Specifically, there is a tradeoff between high photocurrent and photoelectrochemical corrosion behavior, which is representative of figures of meritf or PEC materials.

최근 자동차 배기가스 규제 및 전기자동차, 무인항공기 개발 등의 경량 소재에 대한 필요성이 지속적으로 증가하고 있다. 마그네슘 및 마그네슘 합금은 구조용 금속 소재 중 가장 밀도가 낮은 금속으로서 자동차, 항공, 기계 부품류 및 주방용품이나 전자제품 케이스류 등 다양한 산업분야에서 활용성이 크게 증가하고 있다. 하지만 마그네슘 합금은 화학적 반응성이 매우 크고 표면에 존재하는 피막의 치밀성과 화학적 안정성이 낮아서 쉽게 부식되는 단점이 있다. 따라서 내식성 향상을 위한 표면처리 기술 개발에 대한 필요성이 증대되고 있다. 양극 산화법은 금속표면에 양극 전류를 인가하여 산화피막을 인위적으로 형성시켜줌으로써 내식성을 향상시켜 주는 방법으로서 산업적으로 널리 사용되고 있는 표면처리 방법 중의 하나이다. 본 연구에서는 주석산나트륨의 농도에 따른 AZ31 마그네슘 합금의 양극 산화 피막 형성 거동을 연구하였다. DC 전류를 인가하여 양극산화 피막을 형성하였으며, 피막형성 전압 및 형성된 피막의 두께, 표면 거칠기 및 피막의 구조 등을 분석하여 주석산나트륨 농도에 따른 양극산화 피막의 형성 특성에 대하여 자세하게 고찰하였다.

금속의 양극산화 공정(anodizing)은 전해질 내 금속에 인위적으로 전위를 가해 금속 표면에 얇은 산화막(oxide layer)을 형성하여 금속의 내식성, 내마모성을 증가시키는 공정이다. 타이타늄은 가볍고 단단하여 산업분야에 유용하게 사용되며 이와 같은 양극산화 공정을 통해 내식성, 내마모성을 크게 높일 수 있다. 본 연구에서는 항공기 부품용 타이타늄의 최적 양극산화 조건을 찾기 위해 전압의 파형, 전해액의 조성에 따라 양극산화 실험을 진행하였다. SEM, AFM, EDS, 분광측색계, 색채색차계 등을 이용하여 각 조건에 해당하는 타이타늄의 산화막($Tio_2$)의 두께, crack 형태, pore 형태, 균일도, 표면 조도, 내전압, 색 수치를 분석하였다. 그 결과 전압 DC 140 V, 주성분이 KOH $Na_3PO_4{\cdot}12H_2O$인 전해액으로 이루어진 양극산화 조건에서 가장 균일하고 색 재현성이 우수한 타이타늄의 산화막($Tio_2$)을 형성하였다.

산업 현장에서 자주 사용되는 알루미늄 합금은 순도가 높은 알루미늄에 비해 경제성, 기계적 성질이 우수한 장점이 있다. 하지만 이런 합금들은 물리적, 화학적 성질이 순수 알루미늄과 달라 양극산화와 같은 표면처리가 쉽지 않다. 양극산화는 표면처리 기술의 대표적인 방법 중 하나로 인위적으로 산화피막을 형성하는 기술이다. 순도가 높은 알루미늄은 산성 전해질에서의 양극산화를 통해 다공성 산화피막을 형성할 수 있으며 그 구조로 인해 내식성, 내마모성 등 기계적, 화학적인 다양한 장점이 있다. 하지만, Mg, Si, Cr과 같은 성분이 함유된 알루미늄의 경우 산성 전해질에서 산화물을 형성되지 않는다. 본 연구에서 기존의 산성 전해질에서의 양극산화 방법이 아닌$K_2HPO_4$를 함유하는 고온의 글리세롤 전해질을 사용하여 양극산화를 진행하였다. 사용한 알루미늄은 산업용으로 자주 사용되는 3000계열의 알루미늄을 사용하였으며 균일한 양극산화를 위해 샌드페이퍼를 통한 연마과정을 통해 표면을 평탄화 하였다. 이후 전기화학적 에칭 과정을 거쳐 표면에 있는 자연산화막을 제거하여 표면 분석을 용이하게 하였다. 양극산화는 10wt%의 $K_2HPO_4$/글리세롤 전해질에서 전해질의 온도와 인가 전압을 달리 하여 진행하였다. 결과 $150^{\circ}C$ 이상의 온도에서 알루미늄 합금의 양극산화를 확인할 수 있었고 $170^{\circ}C$의 온도에서 인가 전압을 20V로 하였을 때 가장 정렬된 다공성 구조를 얻을 수 있었다. 본 연구 결과를 통해 산업용 알루미늄 합금의 양극산화를 통해 다공성 나노구조 산화물을 형성 시킬 수 있었다.

전기화학적 양극산화법에 의해 형성하는 TiO2 나노튜브층은 넓은 비표면적과 규칙적인 구조를 가지고 있어 광촉매, 태양 전지, 생체재료 분야 등 다양한 분야에서의 응용이 되고 있으며, 국내 외 많은 연구가 보고 되고 있다. 특히, 나노튜브 층의 성장 거동에 미치는 인자로는 용액의 pH, 점도 등의 전해질의 물성, 인가전압, 시간 등이 있으며, 그에 대해 많은 연구가 이루어졌고 보고되고 있다. 최근 들어, 앞서 설명한 인자 이외에 양극산화에 사용되는 기판의 특성(미세구조, 결정구조, 결함, 첨가 원소 등)이 나노튜브층 성장거동에 영향을 미친다고 보고되었다. 따라서 본 연구에서는 전이금속으로 이루어진 Ti합금을 이용하여 첨가되는 합금원소가 산화막 성장 거동과 형태에 미치는 영향에 대해 조사 하였다. 본 연구에서는 Ti-Ni, Ti-Fe, Ti-Co 3종류 합금을 고진공 아크용해법으로 제조 하였으며, $1000^{\circ}C$에서 24시간 균질화 열처리를 하였다. 모든 합금은 최종 두께 2mm가지 냉간압연 하였으며, 양극산화는 동일한 조건에서 하였다. 생성된 나노튜브층의 표면 및 단면은 FE-SEM을 통해 관찰 하였다.

자동차를 포함한 수송기기, 전기 및 전자산업에 있어 경량화, 소형화, 고성능화와 함께 에너지 및 원가절감을 위한 노력이 활발하게 이루어지고 있다. 알루미늄은 신소재 및 고효율 제조공정 개발을 위한 합금설계기술, 용해/주조 기술, 가공기술, 열처리 기술, 시험평가 기술, 시뮬레이션 기술에 대한 전방위적인 연구가 진행되고 있다. 최근 프리미엄 자동차 시장에 고강도 알루미늄을 이용한 휠 시장이 폭발적으로 증가하고 있다. 2010년 전세계 자동차 휠 시장 규모는 56조원으로 알루미늄 휠 시장 규모는 약 19조원으로 점차 증가하고 있으며, CO2 배출 및 연비 증가에 대한 시대적 요구에 의해 수송기기의 경량화 및 주행 성능 향상으로 알루미늄 휠 시장 규모는 해마다 증가하고 있다. 7xxx 계열의 알루미늄 합금을 이용해 PEO (Plasma Electrolytic Oxidation) 혹은 MAO (Micro Arc Oxidation)를 이용해 표면처리를 수행하였다. 표면처리는 Silicate, Vanadate 및 Phosphate 등의 전해액을 선택적으로 사용하였으며, AC 200 ~ 500 V의 전압 조건 범위에서 CV 모드로 전류를 인가하였다. 형성된 표면 산화층은 산화막 두께 분석, 내마모 특성 평가, 염수분무 평가, 전기화학 평가(Potentiodynamic Polarization) 등을 통해 표면 산화층 분석을 진행하였다.

플라즈마 전해 산화(Plasma Electrolytic Oxidation)는 일반 애노다이징 보다 더 높은 전류 혹은 전압을 금속(Al, Ti, Mg) 표면에 인가하여 산화피막을 전기화학적으로 형성시키는 금속표면처리 방법 중의 하나이다. 본 연구에서는 phosphate 수용액에서 정전류를 인가하여 NaOH의 농도에 따라 PEO(Plasma Electrolytic Oxidation) 피막 형성을 전압-시간 그래프 및 형성된 표면피막의 구조를 관찰하여 연구하였다. 실험에는 8 g/L의 sodium phosphate이 사용되었으며, 5 g/L ~ 9 g/L의 NaOH를 사용하였다. NaOH의 농도 상관없이 일부 영역에서만 반복적으로 아크가 발생하는 로컬 버닝 현상 없이 미세한 아크가 시표 표면 전체에 발생하였고, NaOH의 농도가 증가할수록 형성된 PEO 피막의 두께는 감소하고, 평균 표면 거칠기는 증가하는 경향을 보인다. 형성된 피막의 구조를 HR-SEM, EDX 등을 이용하여 관찰하였다.

현재 사용되고 있는 화석 연료는 고갈되고 있으며 지구온난화와 같은 환경오염을 일으키는 주원인으로 이를 대체하는 에너지원으로서 수소가 주목받고 있다. 그러나 수소는 상온 및 대기압에서 4 %의 낮은 LEL (lower explosive limit)을 가지므로 높은 인화성과 폭발성을 가진다. 또한 무색, 무취한 성질을 가지고 있어 사람에 의해 검출되지 않는다. 그러므로 상온에서의 수소 농도를 정량화하고 검출하기 위한 방법이 필요하다. 수소를 검출하기 위한 수소센서에는 저항, 촉매, 광학, 일함수 등을 이용한 센서들이 있으며 그 중 저항을 이용한 귀금속 기반 수소센서가 널리 알려져 있다. 팔라듐(Pd), 백금 (Pt)와 같은 귀금속 기반 수소센서는 높은 수소 용해도 및 확산으로 인해 수소에 우수한 선택성을 가진다. 특히 Pd는 흡착에 대한 친화성이 매우 우수하다. 팔라듐에 수소가 노출되면, 수소가 Pd 격자로 확산되어 Pd-hydride를 형성시켜 부피가 팽창되고 저항이 변한다. 이러한 특성을 바탕으로 팔라듐의 저항 변화를 기반으로 한 수소센서의 개발이 진행되고 있다. 본 연구에서는 물리기상증착 (PVD)을 이용하여 다양한 다공성 나노 Pd 박막을 가지는 수소센서를 제작하였으며, 수소 농도에 따른 실온에서의 수소 검출 특성을 관찰하였다. 제작된 다공성 나노 Pd 박막의 특성은 SEM, TEM 및 XRD를 통하여 확인하였다. 다공성 나노 Pd 박막이 수소에 노출 되었을 때 전자 산란 및 접촉 면적의 증가에 따른 저항의 변화를 확인하였다.

최근 사람의 후각으로는 감지하기 어려운 유해, 폭발성 가스로 인한 안전사고 발생이 많아짐에 따라 높은 감도를 지닌 가스 센서의 필요성이 커지고 있다. 특히 가스 검지층으로 감도 및 안정성이 뛰어난 $SnO_2$를 이용한 가스 센서 연구와 더불어 촉매 효과에 대한 연구도 활발히 진행 중이다. 본 연구에서는 물리기상증착 공정의 증착압력 등 조건들을 변화시켜 형성한 다공성 나노 구조의 $SnO_2$ 가스 검지층 위에 촉매물질을 Sputtering 방식을 이용하여 증착하였다. SEM 분석을 통해 $SnO_2$ 검지층 내 촉매물질의 분포를 확인하였다. IDT 전극 기판 위에 먼저 나노 구조의 $SnO_2$ 가스 검지층을 형성하였고 그 후에 촉매물질을 증착하였다. 제작된 샘플은 $700^{\circ}C$에서 1시간동안 튜브 퍼니스로 열처리를 진행한 뒤 챔버 내에서 측정을 진행하였다. 측정은 $300^{\circ}C$에서 CO 농도, 습도를 변화시키며 감도, 반응시간, 회복시간에 대하여 분석하였다.

고표면적 다공성 금속 박막 형성 기술은 타겟에서 방출된 금속 원자들이 타겟 주변에서 서로 충돌하여 나노입자를 형성한 후 기판으로 입자를 이송시켜 나노 구조를 지니는 박막을 성장시키는 기술이다. 고표면적 다공성 금속 박막 형성 기술로 제작한 다공성 박막은 열린 기공 구조를 지니고 있기 때문에 외부 기체의 확산이 용이하고 비표면적이 높다는 특징을 가지고 있다. 특히 금속 공기 이차전지 등의 배터리의 경우 전극의 비표면적이 성능을 결정하는 중요한 인자이므로 금속판을 사용하는 경우 대비 비표면적이 높은 나노구조를 사용할 경우 용량 증대에 유리하다. 본 연구에서는 공정 압력, 공정 파워, 타겟과 기판과의 거리, 칠러 온도 등 증착 공정 변수를 제어하여 표면적이 높은 아연 나노 구조를 형성하였다. 이를 분석하기 위해 SEM을 이용하여 미세구조 및 두께를 관찰하였으며, 박막 증착 전후의 무게를 측정하여 기공률을 계산하였다. 또한 XRD 분석을 통하여 결정성 및 결정의 크기를 확인하였다. 이렇게 제작된 고표면적 다공성 Zn 금속박막을 응용하여 아연 전지 성능 평가를 진행하였다.

금속 나노구조체에서의 localized surface plasmon resonance와 surface-enhanced Raman scattering 현상은 센서를 비롯한 다양한 응용분야를 가지고 있다. 나노구조체 array 형성을 위한 대표적인 top-down 방식인 e-beam lithography 공정은 제조비용이 매우 높고 대량생산 및 대면적화에도 한계가 있기에 polystyrene(PS) bead의 self-assembly를 이용한 nanosphere lithography와 같은 bottom-up 방식이 폭넓게 연구되고 있다. Closed-packing된 PS bead의 monolayer를 얻기 위해서는 기판의 친수성 처리가 필요한데, 기존의 많은 연구에서는 기판의 표면개질에 화학적 공정을 이용하고 있다. 하지만 이는 기판 선택의 자유도를 떨어뜨리는 원인이 된다. 금속이나 실리콘 기판에서는 산성 용액을 이용한 화학적 처리방법을 적용할 수 있지만 SU-8과 같은 감광액 및 폴리머 기판에서는 산에 대한 내구성이 떨어져 화학적 공정의 도입이 불가능 하기 때문이다. 본 연구에서는 이러한 한계점을 극복하기 위해 $UV-O_3$ 공정으로 친수성 처리된 다양한 기판에서 spin coating을 통한 PS monolayer를 제조하였는데, UV 램프의 에너지 조절을 통해 기판에 붙어있는 유기물들을 효과적으로 제거할 수 있었고 $O_3$ 생성 및 분해 과정에서 기판 표면에 친수성 화학 작용기를 생성시킬 수 있었다. 제조된 PS layer를 mask로 사용하여 Ag, Al, Au 등 다양한 나노구조체 array를 형성하여 array 주기에 따른 플라즈몬 공명 특성을 분석하였다. 레이저 조사로 나노구조체의 형상을 변화시킴으로써 동일한 물질과 주기를 가진 array에서도 플라즈몬 특성의 변조가 가능함을 확인하였는데, 이는 금속 나노구조체의 응용측면에서 매우 고무적인 발견이다.

표면증강 라만 산란(Surface Enhancement Raman Scattering, SERS) 기판의 경우, 규칙적인 배열을 갖는 나노구조 및 나노패턴 기판과 금속 나노구조의 고밀도 패킹이 고감도 화학물질 검출에 중요하다. 또한 폭넓은 응용 가능성에도 불구하고 기판 제작의 비용이 높고 재현성이 떨어져 상용화에 어려움을 겪고 있다. 본 연구에서는 다공성 알루미나(Anodic Aluminum Oxide, AAO)를 사용하여 Ag 나노입자가 코팅된 나노기둥 배열(Nanopillar array)을 갖는 고분자 필름의 SERS-active 기판을 제작하여 공정비용을 낮추고, 대면적화로 생산성을 높이고자 한다. 다단계 양극산화 공정과 복제 기술을 통해 다양한 지름과 높이를 갖는 맥주병 형상의 나노기둥 배열을 제조하였고, aspect ratio가 2.3인 나노기둥 배열에서 최대의 SERS 신호 강도와 높은 재현성을 확인하였다. SERS 신호의 세기는 Ag 나노입자가 코팅된 나노기둥 배열의 열처리 온도와 분석 물질의 농도에 따라 비례하며 이를 바탕으로 정량적인 고감도 진단, 바이오 화학 물질 센서에 매우 적합함을 알 수 있다.

빠르고 정확한 글루코오스 농도 측정은 의료, 식품, 환경 등 다양한 산업에서 매우 중요하다. 글루코오스 산화효소를 기반으로 하는 현재 글루코오스 센서는 높은 감도와 선택성을 갖지만 온도변화나 다른 화학물 등 환경에 취약하다는 단점이 있다. 따라서 최근 비효소식 글루코오스 센서에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 금속-유기 구조체(MOFs)는 금속이온과 유기물 리간드로 구성된 결정성 다공체로, 큰 기공 크기와 비표면적, 안정성 등을 특징으로 갖는다. 대부분의 MOFs는 전기전도도가 낮지만 금속이온의 산화/환원, 리간드의 화학적 개질을 통해 전기화학분야에서도 다양하게 연구되고 있다. 본 연구에서는 글루코오스 농도 측정을 위한 전극촉매로 다양한 금속이온과 리간드로 이루어진 MOFs를 합성했다. 표면분석을 통해 MOFs의 전기화학적 처리 전후의 구조와 성질 변화를 관찰했고 전기화학적 분석을 통해 금속이온과 리간드의 종류가 감도, 선택성 등 글루코오스 검지 성능에 주는 영향을 분석했다. 그 결과 Ni, Co 기반의 MOFs가 글루코오스에 대해 높은 감도를 보였으며 이를 통해 MOFs의 글루코오스 센서로의 응용 가능성을 확인했다.

그래핀 에어로겔은 우수한 전기 열 전도도, 기계적 특성, 넓은 표면적으로 베터리, 약물방출 등 다양한 분야에서 많은 연구가 진행되고 있다. 특히, 그래핀 에어로겔은 친수성, 생체안전성, 삼차원구조의 특성으로 우수한 약물방출형 임플란트 소재로의 활용이 기대된다. 본 연구에서는 그래핀 산화물의 수열처리를 통해 그래핀 하이드로겔 형성 후, 저온건조와 동결건조를 이용하여 그래핀 에어로겔을 제조하였다. 그래핀 산화물과 그래핀 에어로겔의 특징들을 XRD, SEM, XPS, Raman등을 통해 확인하였으며, 그래핀 에어로겔에서 건조방법과 건조시간에 따른 기계적 강도, 기공구조의 제어가능성을 BET, SEM등의 분석을 통해 확인하였다. 이러한 기공구조 제어를 통해 약물방출 특성을 측정하였으며, 인체 삽입형 임플란트로서의 활용 가능성을 확인할 수 있었다.

최근 기후 변화 문제로 $CO_2$배출량 억제 정책에 따라 열전재료가 다양한 분야에 크게 주목 받고 있다. 열전 모듈은 전류를 흘려 온도차를 발생시키는 펠티어 효과와 온도차를 전력으로 변환하는 제백 효과를 이용한다. 열전발전용에 적용되는 상용 열전모듈의 경우, 열전소자의 접합부의 수는 수십 개 이상이다. 따라서 단 한 개의 접합 불량 열전소자가 모듈 전체의 열전성능에 큰 영향을 미친다. 현재 상용화 된 Bi-Te계 열전 모듈은 Bi-Te의 Te와 Sn계 솔더의 주성분인 Sn이 $250^{\circ}C$ 부근에서 취성의 Sn-Te계 금속 화합물을 형성한다고 알려져 있다. 이 때 생성된 Sn-Te 화합물은 열전모듈의 접합강도를 약화시키고 이로 인해 열전모듈의 접합 신뢰성을 크게 저하 시킬 수 있다. 이를 해결하기 위해 솔더와 소자 사이에 확산방지층이 적용되고 있으며, 이 중에서 니켈합금이 가장 널리 적용되고 있다. 니켈층을 형성시키는 방법 중에서, 무전해 도금법은 간단하게 열전소자 표면 위에 도금 층을 균일한 두께로 만들어 낼 수 있다. 하지만, 니켈 도금층과 Bi-Te 소자 간에 화학적 결함이 존재하지 않기 때문에, 무전해 니켈 도금층의 밀착성이 떨어진다. 이 때. 소자 표면에 거칠기 효과(anchor effect)를 부여하기 위해 물리적 샌딩법을 사용하는데 이 방법의 경우 소자에 크랙 같은 손상을 미쳐 열전모듈의 신뢰성 저하를 가져온다. 그러므로 거칠기 효과를 부여하면서 소자에 손상을 최소화하는 습식 식각법을 개발하여 Bi-Te계 열전소자의 표면 조도를 조절하고 무전해 Ni-P 도금을 실시하였다. 그리고 열처리 유무에 따른 열전모듈의 접합강도를 측정하였으며, 제작한 열전 모듈의 접합부 및 파단부의 계면 분석하여 무전해 Ni-P도금을 위한 습식식각법(wet etching법)에 대하여 검토하였다. N-type은 질산과 구연산의 혼합수용액에, P-type은 왕수에 습식 식각처리를 해서 적당히 표면 조도를 조절한 후에 EPMA로 분석을 해본 결과 니켈 도금층과 Bi-Te 소자 간에 anchor effect가 부여 된 것을 확인했다. 습식 식각에 의해서 제조된 열전모듈의 접합강도는 종래의 알루미나 샌딩법으로 제조한 열전모듈 보다 높은 접합강도를 나타내었다.

본 연구는 초고온 열처리 과정에서 멀티레이어 투명전극 박막의 고내열성, 고신뢰성을 얻기 위해 보호층을 삽입한 연구이다. 먼저 보호층의 고내열 효과를 알아보기 위해 보호층을 삽입한 박막과 그렇지 않은 박막을 200, 300, 400, 500, $550^{\circ}C$로 각각 열처리하여 비교하였다. 보호층을 삽입하지 않은 박막은 $500^{\circ}C$에서 멀티레이어 박막이 응집하여 전기적 광학적 특성이 저하되었다. 반면, 보호층을 삽입한 박막은 $550^{\circ}C$에서도 투과율 (%T) 89.5% (at 550nm wavelength), 면저항 $3.5{\Omega}/sq$로 투명전극으로서 뛰어난 특성을 보였다. 또한 고신뢰성을 확인하기 위해 상대습도 85%, 온도 $85^{\circ}C$ 조건에서 120시간 동안 항온항습 테스트를 수행하였다. 보호층이 없는 투명전극의 박막은 산화가 일어나 전기적 광학적 특성이 저하 되었으나, 보호층을 삽입한 투명전극의 박막은 전기적 광학적 특성의 변화가 거의 없는 것으로 확인되어 본 멀티레이어 투명전극에서 보호층의 핵심적인 효과를 입증할 수 있었다.

This study formed a hard TiAlSiWN coating layer using Ti, Al, Si and W raw powders that were mechanically alloyed and refined. The TiAlSi and TiAlSiW coating targets were fabricated using a single PCAS process in a short time with the optimal sintering conditions. The coating targets were deposited on the WC substrate by forming coating layers using TiAlSiN and TiAlSiWN nitride nano-composite structures with an AIP process. The properties of the nitride nano-composite coating layers were compared according to the addition of W. The microstructure of the nitride nano-composite coating layer was analyzed, focusing on the distribution of the crystalline phases, amorphous phases ($Si_3N_4$), and growth orientation of the columnar crystal depending on the addition of W. The mechanical properties of the coating layers were exhibited a hardness of approximately $3,000kg/mm^2$ and adhesion of about 117.77N in the TiAlSiN. In particular, the TiAlSiWN showed excellent properties with a hardness of more than $4,300kg/mm^2$ and an adhesion of about 181.47N.

소듐냉각 고속로 (SFR)는 원자력 발전의 가장 시급한 문제점으로 부각되고 있는 사용 후 핵연료를 재활용 하여 가동하는 원자로 이다. Generation IV로 명명되는 차세대 원자로 중에 하나로 국제 공동연구와 자체 연구를 통해 우리나라 고유의 기술이 축적되고 개발되고 있다. 현재 소듐냉각 고속로의 가장 큰 문제점 중의 하나는 금속핵연료와 피복관의 상호반응이다. 상호반응이 일어나면 공융현상을 일으켜 피복관의 녹는점이 낮아지고 피복관의 두께가 얇아져 원자로의 안전에 치명적인 위협이 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 전해도금 (electro-plating)을 활용하여 HT9 피복관 내면에 크롬을 도금하여 금속핵연료와 피복관의 상호반응을 억제하는 연구가 본 연구팀에서 진행되고 있다. 크롬과 전해도금을 코팅 물질과 코팅 방법으로 선정한 이유는 튜브 내면에 적용하기 용이하고 경제적인 코팅 방법이기 때문이다. 본 연구에서는 여러 가지 전해도금 인자 중 온도와 pulse 전류의 파형이 상호반응 방지 효과에 미치는 영향에 대하여 고찰하였다. 도금액의 온도를 $50{\sim}80^{\circ}C$, 전류 파형 중 on/off time을 1:1, 10:1, 1:10으로 하여 여러 HT9 시편을 도금하였고 모의 금속 핵연료 합금인 Ce-Nd와 확산 반응 실험을 수행하여 상호반응 방지 효과를 분석하였다. 광학현미경과 전자현미경을 이용한 미세구조 분석 결과 도금액의 온도가 $65^{\circ}C$ 이하인 시편에서는 미세균열이 심하게 발생하였고 그 균열을 통해서 물질이 확산하고 상호반응을 한다는 것이 관찰되었다. $65^{\circ}C$보다 높은 도금액의 온도에서 형성된 크롬막은 균열이 없고 상호반응 방지 효과가 좋은 것이 확인되었다. 특히 전류 파형의 on/off time이 1:1일 때 상호반응 방지 효과가 가장 좋은 것을 확인하였다. 이러한 결과는 크롬 전해도금의 코팅 조건이 상호반응 방지 효과에 매우 중요한 요인으로 작용한다는 것을 말해주고 있다.

현재 시중에 판매되는 대부분의 중성 주석 도금액의 경우 pH 사용 구간이 3~5 정도를 형성하고 있으며, 이보다 높을 경우 도금간 칩붙음 및 주석의 4가로의 산화가 빠르게 일어나는 문제점을 가지고 있다. 또한 낮은 pH로 인해 내산성이 취약한 소재의 경우 도금이 불가능할 정도의 소재상 damage를 확인할 수 있으며, 이는 제품 소재 선택에 제약이 따름으로 인해 산업의 발전을 저해하는 요소임이 분명하다. 이를 극복하기 위해 종래의 도금액에 1종 이상의 첨가제를 첨가하여 소재의 damage를 최소화하는 방안을 사용 중이지만 이러한 방법으로는 궁극적으로 문제를 해결하는 데에는 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 완전한 중성(pH6~7)을 가지는 도금액을 개발함으로써 도금제품의 소재 선택에 자유를 부여함과 동시에 친환경 원료를 사용함으로써 폐수처리의 용이함과 생산 현장의 환경 개선에 그 목적이 있다.

기존의 연성인쇄회로기판(FPCB)은 top down방식에 의한 에칭기술이 일반화되어 있으나, 고가의 장비를 사용한 제조방식과 복잡한 공정으로 인하여 품질수준은 높은 편이나 제조단가가 매우 비싼 편이다. 기존의 값비싼 top down방식을 대체하여 저렴한 가격으로 FPCB를 대체하려는 기술들이 지속적으로 연구되고 있다. 그중에서 가장 기술개발이 활발한 분야가 인쇄(잉크젯 혹은 레이저)방식이지만 아직 인쇄노즐의 크기와 잉크의 전도도에 한계가 있어 사용에 많은 제약이 있다. 그러나 금속미세회로(MMP)기술은 도금방식에 의한 bottom up기술로 회로의 정밀도와 전도도가 높으면서 연속제조방식에 의한 대량생산이 가능하므로 저렴하게 생산할 수 있어, 기존의 FPCB제조공정을 대체할 기술로 각광받고 있다.

(주)PMPT사는 국내 뿌리산업 분야의 Zn-Ni자동차부품 도금업체로서 남동공단에 위치하고 있다. 하지만 자동차품질 향상에 기본이 되는 도금 기술자료가 부족하여 연구개발에 많은 어려움을 겪고 있다. 또한 미래자동차용 용접부품의 도금 품질향상을 위한 최신 기술정보제공이 필요한 실정이다. 이에 다년간 이론과 경험을 겸비한 도금전문가의 활용이 필요한 실정이다. '아직도 녹슨 자동차를 탈 것인가?' 지난 2003년부터 10년간 '녹슬지 않는 자동차', '녹과의 전쟁'을 목표로 자동차부픔의 품질기술지도가 실시되었다. PMPT사도 이에 동참하여 자체의 경험과 기술로써 용접부 품질을 개선하여 왔다. 하지만 경험에 의존해 왔던 PMPT사 자체의 도금기술로써는 유렵의 BMW사나 Toyota사의 Zn, Zn-Ni 합금도금에 대한 기술변화와 수출경쟁에 대처하기가 어려운 실정이다. 특히 용접부는 자동차 사고의 치명적 결함이다. 이에 도금전문가를 활용하여 해외의 선진도금 기술정보제공과 함께 미래의 자동차부품 품질향상을 위한 기술지원을 실시하였다. 세부적인 기술지원 내용으로서는 Zn, Zn-Ni합금도금제품 용접부품에 6가 Cr을 사용하지 않는 친환경 Chromate Free, Zn-Ni합금도금 용접부 내식성 향상을 위한 Ni의 최적함량과 메커니즘을 지원하였다. 필자가 도금현장에서 근무하면서 터득한 까다롭고 어려워하는 도금기술과 최신의 해외 Chromate Free표면처리 기술을 제공함으로써 수출향상과 품질기술력 향상에 이바지 하고자 하였다.

열전소자는 열전현상을 이용한 재료로서 여기서 열전현상이란 열을 전기로 또는 전기를 열로 바꿀 수 있는 에너지 변환 현상을 의미한다. 그 중 Bi-Te계 열전소자는 $200^{\circ}C$이하의 온도에서 열전 효율이 우수하기 때문에 항공, 컴퓨터 등의 열전발전 또는 열전냉각 모듈에 널리 사용된다. 열전 모듈 제작시 Bi-Te 소자는 구리 기판에 접합하여 사용하게 되는데 이 때 솔더의 성분인 Sn과 기판의 Cu는 소자내로 확산하여 금속간 화합물을 형성한다. 이렇게 형성된 금속간 화합물은 접합강도를 저하시키는 원인뿐만 아니라 열전 성능을 저하시키는 원인이 된다. 본 연구에서는 이러한 접합강도와 열전성능의 저하를 막기 위해 BiTe 소자의 표면에 $4{\mu}m$두께의 Ni-P 도금 공정을 추가하여 Ni-P 도금층이 Cu와 Sn의 확산을 막는 방지층 역할을 하게 한다. 그리고 도금한 소자를 $3mm{\times}3mm{\times}3mm$로 커팅하여 구리 기판에 접합하여 열전 모듈을 제작하였다. 제작된 열전모듈의 단면을 EPMA분석한 결과 Ni-P 도금층이 확산방지층으로 잘 작용되었음을 확인하였다. 또한 접합강도 측정결과 도금을 하지 않은 Bi-Te소자에 비해 접합강도가 향상되었음을 확인하였다. 따라서 Ni-P도금을 실시함으로서 금속간 화합물 형성을 억제하고 열전모듈의 성능과 접합강도를 향상시킬 수 있었다.

최근 사물인터넷(IoT) 관련 자율주행자동차의 센서와 스마트기기의 개발이 활성화 되고 있다. 도금기술은 종래에 장식용으로 많이 사용되어 왔으나 정보통신기기의 전송속도 향상, 스마트부품의 국산화 개발도 요구되고 있다. 2000년대 이전까지만 하더라도 KHz대역에서부터 MHz대역을 사용하는 신호전송 부품에는 도금두께는 두꺼울수록 제품의 수명을 향상시킨다고 알려졌다. 하지만, 도금두께가 두꺼우면 재료의 손실은 물론, 방향을 타거나 잡음이 발생하기도 한다. 또한, 신호의 전송속도까지도 느려지게 되어 최근 개발되고 있는 GHz대역의 스마트기기에는 치명적인 신뢰성불량을 초래하게 된다. 이에 필자가 30년간 도금현장에서 근무하면서 터득한 인쇄회로기판 도금기술을 기본으로, 신호고속전송을 위한 도금기술과 최근 정보통신 부품 적용되고 있는 센서용 도금기술을 소개함으로써 향후 스마트기기 개발에 적용하고자 하였다.

This research presents a new field effect transistor (FET) by using liquid crystal gate dielectric with remote gate. The fabrication of thin-film transistors (TFTs) was used Indium tin oxide (ITO) for the source, drain, and gate electrodes, and indium gallium zinc oxide (IGZO) for the active semiconductor layer. 5CB liquid crystal was used for the gate dielectric material, and the remote gate and active layer were covered with the liquid crystal. The output and transfer characteristics of the LC-gated TFTs were investigated.

One-dimensional metal oxide nanostructures have attracted considerable research activities owing to their strong application potential as components for nanosize electronic or optoelectronic devices utilizing superior optical and electrical properties. In which, semiconducting $SnO_2$ material with wide-bandgap Eg = 3.6 eV at room temperature, is one of the attractive candidates for optoelectronic devices operating at room temperature [1, 2], gas sensor [3, 4], and transparent conducting electrodes [5]. The synthesis and gas sensing properties of semiconducting $SnO_2$ nanomaterials have become one of important research issues since the first synthesis of SnO2 nanowires. In this study, $SnO_2$ nanowire networks were synthesized on a basis of a two-step process. In step 1, Sn spheres (30-800 nm in diameter) embedded in $SiO_2$ on a Si substrate was synthesized by a chemical vapor deposition method at $700^{\circ}C$. In step 2, using the source of these Sn spheres, $SnO_2$ nanowire (20-40 nm in diameter; $1-10{\mu}m$ in length) networks on a spherical Sn surface were synthesized by a thermal oxidation method at $800^{\circ}C$. The Au layers were pre-deposited on the surface of Sn spherical and subsequently oxidized Sn surface of Sn spherical formed SnO2 nanowires networks. Field emission scanning electron microscopy and high-resolution transmission electron microscopy images indicated that $SnO_2$ nanowires are single crystalline. In addition, the $SnO_2$ nanowire is also a tetragonal rutile, with the preferred growth directions along [100] and a lattice spacing of 0.237 nm. Subsequently, the $NO_2$ sensing properties of the $SnO_2$ network nanowires sensor at an operating temperature of $50-250^{\circ}C$ were examined, and showed a reversible response to $NO_2$ at various $NO_2$ concentrations. Finally, details of the growth mechanism and formation of Sn spheres and $SnO_2$ nanowire networks are also discussed.