지능형소재공정 연구실
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지능형소재공정연구실 Intelligent Material Laboratory (담당교수: 변종민)

 

우리 실험실은 기존 합금계와는 달리 새로운 방식의 고엔트로피합금 (High Entropy Alloy, HEA)과, 기존 MAX Phase라는 3차원 물질에서 파생된 2차원 나노재료 (2-Dimensional Nanomaterial) 중 MXene과 열전재료 (Thermoelectric material)을 중심으로 연구하고 있습니다. 특히 고엔트로피합금과 MXene의 경우 최근 재료연구에서 많은 주목을 받고 있는 주제들 중 하나이며, 이런 최근의 트렌드에 맞춰 다양한 연구를 수행하는 것을 목표로 하고있습니다.

 

 

 

주요 연구 분야

1. 고엔트로피합금 (High Entropy Alloy, HEA)

단일원소로 구성된 금속의 결정구조와 고엔트로피합금의 결정구조

 

 고엔트로피합금은 기존 합금의 개념인 주요한 기지상과 그외 소량의 기타원소를 포함하는것에 탈피하여 5개이상의 원소가 5~35 at%의 비율을 가지는 합금을 뜻합니다. 5개 이상의 원소에 의한 높은 배열엔트로피로 인해 심한 격자왜곡과 느린 확산속도를 갖게되며, 이런 독특한 특성으로 인해 고강도, 고경도등의 좋은 기계적 물성을 갖게됩니다. 앞서 언급했듯 고엔트로피합금에 관한 논문수는 해를 넘어갈수록 점점 증가하고 있으며, 우리 연구실도 이러한 트렌드에 따라가기위해 직접 고엔트로피합금을 기계적합금화 (Mechanical Alloying)를 통해 합성해보고있습니다. 이에 그치지않고, 알루미늄과의 복합화를 실시하여 기존 세라믹입자를 이용하여 복합화 했을때의 단점인 기지와 세라믹입자와의 낮은 젖음성으로 인한 계면간의 약한 결합을 보완한 알루미늄-고엔트로피합금 복합재료를 연구하고 있고, 이에대한 특성평가를 실시하고 있습니다.

 

 

2. MXene

 

 

 

맥스상과 맥신의 결정구조

 

 

 MXene이란 MAX Phase에서 유래되는 2차원 나노물질로, MAX는 전이금속을 뜻하는 M, 13족과 14족을 뜻하는 A, 탄소나 질소인 X로 구성되는 3차원 물질이며, MXene은 이 MAX Phase의 A원자층을 제거하여 제조됩니다. MXene은 특히 높은 전기전도성과 이온 확산속도, 반도체특성을 가지는것으로 알려져있습니다. 이러한 우수한 전기적물성은 최근 친환경소재로 각광받고 있는 이차전지, 수소저장합금뿐만 아니라 배터리, 슈퍼커패시터등에도 적용가능한것으로 밝혀졌습니다. 우리 연구실에서는 MAX Phase과 MXene의 체계적인 연구를 수행하고있고, 티타늄계 MXene에 치우쳐져있는 연구에서 탈피하여 고융점금속기반 MXene을 연구하기 위한 노력을 하고있습니다.

 

 

3. 열전재료 (Thermoelectric Material)

 

열전효과의 원리

 

 

 열전재료는 열에너지를 전기에너지로, 전기에너지를 열에너지로 변환할 수 있는 소재를 뜻하며 냉장고등에 많이 사용되고 있습니다. 이 열전재료를 평가하는 기준 중 ZT라고 하는 성능지수를 통해 평가하게 되는데, 이는 열전도도에 반비례하고 전기전도도에 비례합니다. 열전재료 중 중온영역대 (550~800K)에서 우수한 성능지수를 보이는 SnSe의 경우 반도체특성을 보입니다. 반도체의경우 열전도도는 포논이, 전기전도도는 전자가 관여하게됩니다. 이러한 특성을 바탕으로 우리 연구실에서는 기계적합금화를 통해 SnSe를 직접 합성해보고, 이 공정을 통해 SnSe에 포논에 산란자에 도입하여 열전도도를 컨트롤하는 연구를 수행하고 있습니다.

 

 

 

 

 

 

보유 장비

 

           

                          글로브박스                                                   자기펄스성형기                                                      비중측정계 

 

           

                              전기로                                                               연마기                                                         초음파세척기

 

 

                          

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