기계공학과

2. 연구 분야

2-1. 광열효과(Photothermal effect)를 이용한 연구

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• 더운 날에는 때때로 지면이 울렁거리거나 지면에 하늘이 비치는 신기루 현상이 일어납니다.
• 신기루 현상은 지면 근처의 공기가 데워지면서 팽창하고
• 그 결과 공기의 밀도가 낮아지면서 굴절률이 달라지기 때문에 발생하는 현상입니다.
• 지면이 많이 뜨거워지면 질수록 빛이 많이 굴절되게 됩니다.

• 이러한 신기루의 원리를 활용하면 어떤 물체가 얼마나 뜨거워 졌는지도 알아볼 수 있습니다.
• 위의 그림과 같이 레이져로 강력한 빔(녹색, Pump beam)을 물체에 조사하면 물체는 뜨거워지게 됩니다.
• 이때 다른 빛(빨간색, Probe beam)을 물체 위로 통과시키면 신기루 현상에 의해 빛이 휘게 됩니다.
• 물체가 뜨거워진 정도가 크면 클수록 빛이 많이 휘게 됩니다.
• 따라서 빛이 휘는 정도를 측정하면 물체의 온도 변화를 비접촉식으로 정밀하게 측정할 수 있습니다.

이러한 방법을 광열측정법(Photothermal measurement)라고 합니다.

저희 연구실에서는 이러한 광열측정법을 이용하여 물체의 여러가지 중요한 물성들을 측정하는 실험을 하고 있습니다.

2-2. 관련 연구 과제 : 광열효과를 이용한 열물성 측정

연구 개발 배경

• IT 및 디스플레이산업에서 연성, 투명, 박막, 대면적의 키워드로 기술 개발 증가
• 신기술 적용 및 성능을 향상시키기 위해 다양한 재료에 대한 많은 연구 진행됨
• 이방성, 박막 및 투명 재료 등 새로운 물질에 대한 열물성 데이터 필요
• 광열효과를 이용한 열물성 측정 기술의 한계점을 극복하기 위한 아이디어 필요

연구 목표 및 내용

• 다양한 이방성 소재와 투과형 재료의 열전도 계수 측정
  • 이방성 특징을 갖는 재료에 대한 초정밀 열전도계수 측정 기술 개발
  • 단층 및 다층 투과형 재료의 초정밀 열물성 측정 기술 개발
• 범용성 열물성 측정 기술 개발
  • 광열효과를 이용한 열물성 측정 기술은 다양하지만 각각 한계점이 존재
  • 한계점을 극복하기 위한 방법론 제시

2-3. 관련 연구 과제 : 광열효과를 이용한 물질 분포 측정 기술개발

연구 개발 배경

• 기존 존재 이미징 기술의 초점은 생체진단에 초점이 맞춰져 있음
• 산업분야에 활용될 수 있는 이미징 기술이 필요
• CT, X-ray, MRI등 기존에 존재하는 기술들의 단점 극복을 위한 기술 필요
  기존 기술의 경우, 측정 매질에 따라 적용 가능한 이미징 기술이 다름

연구 목표 및 내용

• 산업 분야의 고정밀 반도체 제작 공정 검사에 사용될 수 있는 물질 내부 마이크로 패턴 측정 방법 개발
  • 광열 효과를 이용한 비접촉/비파괴 내부 이미징 기술 개발
  • 측정 매질(금속, 생체등)에 제한이 없는 측정 방법 구축
• 산업 및 바이오 분야의 멤브레인(다공성 소재)에 흡수,침투 한 물질의 미세 깊이 및 분포를 3차원 방향으로 측정 할 수 있는 방법 개발
  • 흡수 또는 침투 깊이를 측정을 위한 이론적 모델 및 이미징 재구축 기술 개발
  • 측정 깊이와 측정 해상도 극대화를 위한 측정 방법 개발 및 확립

2-4. 관련 연구 과제 : 지능형 표적지향 항암치료 기술 개발

연구 개발 배경

• 광열치료(Photothermal therapy)는 광열효과를 이용함에도 불구하고 열전달 측면에서의 연구가 매우 미흡한 실정
• 광열치료 메커니즘에서 레이저에 의한 온도 상승 및 분포는 매우 중요한 인자
• 따라서 암세포에 가해지는 온도의 절대값과 분포에 대해 면밀한 분석이 필요함

연구 목표 및 내용

• 광열치료에 포함된 전자기장 분포 해석을 포함하는 3차원 비정상상태 열전도 방정식 제시
• 3차원 수치해석을 통하여 다양한 조건에 따른 암세포 사멸 범위 도출
• 생체 조직에 따른 in vitro, in vivo 실험을 통해 암세포 사멸 범위 측정 및 최적 치료 조건 확립

3-1. 냉동 공조 장치의 설계, 실험 및 최적화

• 에어콘, 공기청정기, 가습기 등 실내 환경 개선을 위한 여러 가지 공조 장치가 실생활에 사용되고 있습니다.
• 이러한 공조 장치들의 성능은 열역학, 유체역학, 열전달의 복합적인 설계를 통해 만들어 지고 있습니다.
• 저희 실험실에서는 에어컨, 공기청정기, 가습기 등의 성능 평가를 진행하며,
• 이를 기반으로 하여 장치들의 성능에 영향을 주는 주요 인자들을 연구하고 있습니다.
• 뿐만 아니라 이러한 장치들의 성능에 결정적인 영향을 주는
• 필터의 수명실험 및 설계를 통한 최적의 공조 장치를 개발하는 연구를 수행하고 있습니다.

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3-2. 관련 연구 과제 : 사용환경에 따른 성능 변화 파악

연구 개발 배경

• 사용 기간에 따른 필터 성능 저하 데이터 미비
• 필터 교체를 판단하기 위한 근거 데이터 필요
• 필터 교체 시기를 감지하는 실용 가능한 메커니즘 미확보

연구 목표 및 내용

• 생활먼지, 유분 누적에 따른 필터의 성능 변화 측정
  • 필터의 사용기간에 따른 생활먼지 및 유분 누적량 데이터베이스 확보
  • 필터의 생활먼지 및 유분 누적량에 따른 필터 성능 데이터베이스 확보
  • 필터의 성능 데이터베이스를 근거로 필터 수명 결정
  • 필터의 생활먼지 및 유분 누적량에 따른 필터의 압력강하, 투과도, 색상 변화 등 필터의 상태를 나타내는 각종 지표 측정
  • 필터의 상태를 감지하는 실용 가능한 지표 도출

3-3. 관련 연구 과제 : 가습기 & 공기 청정 가습기 최적설계

연구 개발 배경

• 실내 생활공간에서의 생활환경 개선과 온열환경 및 실내 공기질, 미세먼지 유해가스 등에 대한 문제와 관심이 부각
• 실내 생활환경 개선장치인 가습기 및 공기청정기의 사용과 시장성이 증가
• 가습 성능 및 공기 청정 성능에 대한 체계적인 연구 및 Database 필요

연구 목표 및 내용

• 가습/공기청정기의 구동 방법에 따른 성능결정인자 계측/분석
  • Benchmark 시료 분석을 통한 계측/분석
• 가습기의 성능결정인자에 따른 가습량 변화 계측/분석
  • 디스크/Felt 사이즈, 재질, 형상, 표면적, 풍량 등의 변화에 따른 가습성능 Database확보
• 공기청정기의 성능결정인자에 따른 공기청정성능 변화 계측/분석
  • Filter 종류 및 조합, 풍량, 입자 사이즈별 집진능력 및 압손 실험을 통한 Database확보

3-4. 관련 연구 과제 : 가습소자 Parameter 변화에 따른 가습 특성 변화

연구 개발 배경

• 실내 생활환경 개선을 위한 가습기의 사용 증가
• 가습 소자의 Parameter변화에 대한 물질전달계수 변화 데이터 미비
• 가습 소자의 Parameter 변화에 따른 물질전달계수 변화를 체계적으로 측정할 수 있는 가습소자 단품 시험장비 미비
• 가습소자의 물질전달계수에 대한 체계적인 연구 및 데이터베이스 필요

연구 목표 및 내용

• Felt type 기화식 가습기에서 Felt의 Parameter 변화에 따른 물질전달 계수 측정
  • 기존 상용 가습 Felt의 제품별 Parameter 데이터베이스 확보
  • 분석된 Parameter를 이용한 Test용 Felt 가습소자 제작/실험
  • Heat Transfer 와 Mass Transfer 사이의 Analogy를 이용한 가습소자에서의 증발현상 규명
  • Heat Transfer 와 Mass Transfer 사이의 Energy Balance, Analogy를 이용한 Parameter와 증발/가습량 사이의 Correlation 확보
  • Correlation을 바탕으로 한 가습성능 Simulation tool 개발

3-5. 관련 연구 과제 : Big data와 Machine learning을 이용한 공조시스템의 스마트제어

연구 개발 배경

• 최근 IOT 기술의 발달로 인해 가전제품을 원격으로 조정함은 물론 사용자의 사용 패턴을 학습에 대한 관심이 증가
• 사용 환경에 따른 패턴 학습을 위해 방대한 데이터(Big data)의 누적이 필요하고, 이를 체계적으로 정리 및 분류할 방법론(Machine learning)이 필요함

연구 목표 및 내용

• 사용 환경 및 사용 패턴 학습을 이용한 쾌적 스마트제어 기술 개발
• 실내/실외 온도, 습도, 청정도, 시각, 날씨, 재실인원, 생리신호, 운동량 등을 감지하여 사용자가 어떤 사용 패턴을 나타내는가를 학습하여, 사용자의 조작 없이 공조기가 자동으로 운전 조건을 설정함
• 운전 조건에 따른 실내 온도 변화를 예측하여 쾌적성 및 절전 관점에서 가장 최적의 운전 조건을 찾음

3-6. 관련 연구 과제 : 건조 성능 계수를 이용한 과도상태에서의 히트펌프 의류 건조기 시뮬레이션 개발

연구 개발 배경

• 국내의 의류 건조기 시장 규모는 주거 환경 변화, 대기 오염 심화, 실내 건조 위생 문제 등으로 크게 성장
• 다양한 형식의 의류 건조기 중 히트펌프 건조기는 높은 에너지 이용 효율로 시장에서 크게 주목 받음
• 하지만 사이클의 성능, 피건조물의 상태 등이 다양한 현상이 결합되어 있는 히트펌프 건조기의 경우 현재 설계 시 실험적 접근을 통해 이루어 지고 있어 개발에 많은 시간과 비용이 소요됨
• 히트펌프 건조기에 적용 가능한 사이클 시뮬레이션 및 시스템 성능 예측 시뮬레이션을 개발함으로써 제품 개발에 소요되는 시간과 비용을 절감하고자 함

연구 목표 및 내용

• 과도 상태 건조기 사이클 해석 시뮬레이션 개발
• 건조 성능 데이터 베이스 구축 실험
• 건조 해석 모형 개발 및 상관 계수 도출
• 건조 성능 상관 계수와 과도 사이클 시뮬레이션 연동 해석
• 시스템 실험을 통한 시스템 성능 예측 결과 검증

4-1. 전자 장치 냉각

• 여름에 너무 더워서 일이 손에 잘 잡히지 않았던 기억이 있을 것입니다.
• 우리 몸은 적당한 체온에서 잘 움직일 수 있는데,
• 너무 더우면 체온이 올라가는 것을 냉각하기 위해 신체에서 다양한 일을 하기 때문입니다.
• 적당한 온도를 유지해 줘야 하는 것은 비단 사람의 몸 뿐이 아닙니다.
• 여러 전자 장치나 기계 장치들도 잘 작동하려면 적정한 온도를 유지 하여야 합니다.
• 따라서 많은 전자 장치들이 아래와 같이 열을 방출하는 장치들을 가지고 있습니다.
• 저희 실험실에서는 컴퓨터, 핸드폰, TV 등에 장착될 수 있는 차세대 냉각 장치를 만드는 연구를 하고 있습니다.

• 따라서 많은 전자 장치들이 아래와 같이 열을 방출하는 장치들을 가지고 있습니다.
• 저희 실험실에서는 컴퓨터, 핸드폰, TV 등에 장착될 수 있는 차세대 냉각 장치를 만드는 연구를 하고 있습니다.

4-2. 관련 연구 과제 : 다양한 형상을 갖는 히트싱크의 성능 측정

연구 개발 배경

• 소형화, 고성능화로 인한 전자 기기들의 발열량이 크게 증가
• 냉각 시스템의 성능 향상과 함께 소형화를 위한 형상 최적화 필요

연구 목표 및 내용

• 다양한 형상의 핀을 갖는 원통형 자연 대류 히트싱크의 방열 성능 측정
  • 평판 핀, 삼각 핀, Branched fin 등 다양한 형상의 핀에 대한 방열 성능 측정 및 상관 관계식을 통한 형상 최적화
• Vibration-assisted Heatsink의 방열성능 측정
  • 진동을 이용하여 자연대류 히트싱크의 방열 성능 향상 유도
  • 다양한 진동 모드와 진폭에 대한 방열성능 측정 및 상관관계 분석을 통한 성능 최적화

4-3. 관련 연구 과제 : 물리 법칙 기반 딥러닝을 이용한 히트 싱크의 열성능 최적화 

연구 개발 배경

• 소형화, 고성능화로 인한 전자 기기들의 발열량이 크게 증가
• 냉각 시스템의 성능 향상과 함께 소형화를 위한 형상 최적화 필요

연구 목표 및 내용

• 물리 법칙 기반 딥러닝을 이용한 히트 싱크의 열성능 최적화 기법 개발
• 개발한 기법을 통해 열성능이 20% 이상 향상된 새로운 히트 싱크 개발

5-1. 바닷물을 이용한 전력 생산

• 바닷물이 짭잘한 맛을 가지는 것은 바닷물 안에 나트륨, 염소등의 이온이 들어있기 때문입니다.
• 이러한 이온의 에너지를 활용하여 전기를 만들 수 있다면 어마어마한 양이 될 것입니다.

저희 연구실에서는 바닷물에 든 이온의 에너지를 추출하여 전력을 생산하기 위한 다양한 연구를 하고 있습니다.

5-2. 관련 연구 과제 : 능동형 이온수송을 이용한 역전기투석식 발전 개발

연구 개발 배경

• 해수와 담수간의 이온 이송을 이용하여 많은 재생 에너지 생산 가능
• 이산화 탄소 및 오염물질 발생 없는 환경 친화적 발전시스템
• 에너지 생산이 시간에 따라 변하지 않고 예측 가능함

연구 목표 및 내용

• 내부 나노 채널을 가지는 박막 제조 및 표면 처리를 통한 발전 성능이 향상된 박막 제작
  • 전기화학 적 방식으로 나노 채널을 가지는 알루미나 박막 제조
  • Amino silane 및 Silica 코팅을 통한 이온 교환막 제작
• 나노 채널을 가지는 막의 특성 해석 모델 개발 및 박막 내부구조 형상 최적화
• 역전기 투석식 발전기 시제품 제작