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김형수 연구실
한국과학기술원 기계공학과
김형수 교수
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김형수 연구실

한국과학기술원 기계공학과 김형수 교수

김형수 연구실은 유체역학과 계면과학을 기반으로 마랑고니 유동, 액적 증발, 유동 불안정성 등 기초 현상을 정밀 가시화하고 해석하며, 이를 액체금속 복합소재, 스트레처블 전자소자, 미세 패터닝, 기능성 표면, 감염병 대응 음압 시스템과 같은 응용 기술로 확장하는 기계공학 중심의 융합 연구를 수행하고 있다.

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계면유체역학과 마랑고니 기반 유동 제어
주요 논문
5
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1
article
|
인용수 0
·
2026
Flexible Superomniphobic Surface Enabling Ultrafast Shattering of Organic Droplets under Extreme Impacts
Hyunah Ahn, Geun-Tae Yun, Byungeun Jeon, Jin Ho Ryu, Gyu-Min Jang, Nam Il Kim, Sung Gap Im, Minwoo Choi, Ahyeon Cho, Hyoungsoo Kim, Hee-Tae Jung
IF 16
ACS Nano
Achieving robust superomniphobic surfaces capable of repelling both high- and low-surface-tension liquids (e.g., water, organic solvents) under dynamic conditions remains a challenge. Nature-inspired structures, such as T-shaped or hierarchical architectures, advance static repellency but often fail under high-speed impacts, as minimized solid fractions reduce capillary pressure and allow liquid penetration. Here, we present a flexible, springtail-inspired superomniphobic surface with an optimized solid fraction (∼0.15) that unites strong static repellency with exceptional dynamic resistance. The surface sustains organic droplet shattering at impact velocities up to 4.4 m s<sup>-1</sup>, the highest reported for artificial superomniphobic surfaces. Under extreme impacts, droplets undergo hierarchical-structure-induced fragmentation and rapid film rupture, enabling retraction-free rebound and an ∼59% reduction in contact time. This behavior reproduces the shattering dynamics of natural organisms and, in certain regimes, exceeds natural benchmarks. Our findings establish design principles for mechanically adaptive, impact-resilient superomniphobic surfaces with potential applications in protective coatings and self-cleaning materials.
https://doi.org/10.1021/acsnano.5c20943
Capillary action
Ultrashort pulse
Surface (topology)
Fragmentation (computing)
Surface modification
Solid surface
Soft matter
2
article
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hybrid
·
인용수 5
·
2025
Roulette‐Inspired Physical Unclonable Functions: Stochastic yet Deterministic Multi‐Bit Patterning through the Solutal Marangoni Effect
Yeongin Cho, Jeongsu Pyeon, Hanhwi Jang, Gyuhyeon Mun, Jaimin Kang, Byong‐Guk Park, Geon Yeong Kim, Hyoungsoo Kim, Yeon Sik Jung
IF 19
Advanced Functional Materials
Abstract Physical unclonable functions (PUFs) have emerged as a hardware‐based alternative to traditional cryptographic methods, which can be vulnerable to various types of threats, including physical tampering. PUFs exploit the unique and irreproducible variations in physical hardware to generate secure and distinctive identifiers, thereby offering a layer of security. However, the inherently random nature of PUF‐generate data often sacrifices reliability and accuracy. To address this dilemma, this study introduces geometric multi‐bit patterning based on dynamic wetting and dewetting phenomena. This method imbues PUF labels with both stochastic and deterministic properties. This novel strategy harnesses the high degree of randomness introduced by the solutal‐Marangoni effect while achieving deterministic multinary quantized patterns through the polygonal confinement of binary‐mixture liquid droplets, effectively resolving the reliability issues of traditional PUFs. The controlled dewetting mechanism is elucidated using micro‐particle image velocimetry (µ‐PIV), which pinpointed the precise moment of symmetry breaking within the internal flows of a binary solvent mixture. This approach allows for the facile creation of highly random PUF labels arranged in periodic pixel arrays, facilitating convenient, accurate, and fast authentication. Moreover, these labels are reconfigurable, transferable to various surfaces, and can be dyed with fluorescent molecules for versatile and robust, higher‐level security applications.
https://doi.org/10.1002/adfm.202424079
Materials science
Marangoni effect
Roulette
Nanotechnology
Physical unclonable function
Bit (key)
Computer science
Algorithm
Mechanics
Physics
3
article
|
인용수 43
·
2024
Self‐Mixed Biphasic Liquid Metal Composite with Ultra‐High Stretchability and Strain‐Insensitivity for Neuromorphic Circuits
Do Hoon Lee, Taesu Lim, Jeongsu Pyeon, Hyunmin Park, Sangwon Lee, Seungkyu Lee, Wonsik Kim, Min Seong Kim, Jeong‐Chan Lee, Do‐Wan Kim, Seungmin Han, Hyoungsoo Kim, Steve Park, Yang‐Kyu Choi
IF 26.8
Advanced Materials
Neuromorphic circuits that can function under extreme deformations are important for various data-driven wearable and robotic applications. Herein, biphasic liquid metal particle (BMP) with unprecedented stretchability and strain-insensitivity (ΔR/R<sub>0</sub> = 1.4@ 1200% strain) is developed to realize a stretchable neuromorphic circuit that mimics a spike-based biologic sensory system. The BMP consists of liquid metal particles (LMPs) and rigid liquid metal particles (RLMPs), which are homogeneously mixed via spontaneous solutal-Marangoni mixing flow during coating. This permits facile single step patterning directly on various substrates at room temperature. BMP is highly conductive (2.3 × 10<sup>6</sup> S/m) without any post activation steps. BMP interconnects are utilized for a sensory system, which is capable of distinguishing variations of biaxial strains with a spiking neural network, thus demonstrating their potential for various sensing and signal processing applications.
https://doi.org/10.1002/adma.202310956
Neuromorphic engineering
Materials science
Liquid metal
Electronic circuit
Nanotechnology
Strain (injury)
Optoelectronics
Electronic skin
Composite material
Artificial neural network
정부 과제
17
과제 전체보기
1
2024년 7월-2027년 4월
|375,000,000
플라즈마 능동 제어용 프로그래밍 가능한 전자기 액체금속 복합소재 시스템 개발 연구실
세계최초로 전자기장 공간 분포 프로그래밍이 가능한 강자성 고전도성 액체금속 다상복합물질을 3차원 조립식 세라믹 채널 내에서 안정적으로 정밀 제어하는 시스템 개발을 하여 균일한 플라즈마 분포 생성을 위한 실시간 액체금속-플라즈마 능동 제어 융복합 원천 기술 개발하고 세계적 연구 그룹들과 나란히 기술을 공유 및 확장 계획. 이를 통한 글로벌 선도 연구 그룹으로...
액체금속
금속나노입자
3차원세라믹프린팅
복잡유체
플라즈마
2
2024년 4월-2024년 12월
|150,000,000
차세대 패키징 기술 적용을 위한 액체금속 복합소재를 이용한 플라즈마 능동제어 KAIST 중점 융합 연구소
세계최초로 전자기장 공간 분포 프로그래밍이 가능한 강자성 고전도성 액체금속 다상복합물질을 3차원 조립식 세라믹 채널 내에서 안정적으로 정밀 제어하는 시스템 개발을 하여 균일한 플라즈마 분포 생성을 위한 실시간 액체금속-플라즈마 능동 제어 융복합 원천 기술 개발하고 이를 토대로 반도체 에칭 공정에 직접 적용하여 차세대 반도체 패키징 원천기술 개발.
플라즈마
액체금속
3D 세라믹 프린팅
반도체 공정
차세대 패키징
3
2024년 4월-2025년 12월
|125,000,000
차세대 패키징 기술 적용을 위한 액체금속 복합소재를 이용한 플라즈마 능동제어 KAIST 중점 융합 연구소
세계최초로 전자기장 공간 분포 프로그래밍이 가능한 강자성 고전도성 액체금속 다상복합물질을 3차원 조립식 세라믹 채널 내에서 안정적으로 정밀 제어하는 시스템 개발을 하여 균일한 플라즈마 분포 생성을 위한 실시간 액체금속-플라즈마 능동 제어 융복합 원천 기술 개발하고 이를 토대로 반도체 에칭 공정에 직접 적용하여 차세대 반도체 패키징 원천기술 개발.
플라즈마
액체금속
3D 세라믹 프린팅
반도체 공정
차세대 패키징
최신 특허
특허 전체보기
상태출원연도과제명출원번호상세정보
공개2024공진 조절 구조를 이용한 자기장 제어 시스템1020240172534
등록2024액체금속을 이용하여 플라즈마를 제어하는 장치 및 방법1020240115840
공개2024모듈형 세라믹 포커스 링1020240113286
전체 특허

공진 조절 구조를 이용한 자기장 제어 시스템

상태
공개
출원연도
2024
출원번호
1020240172534

액체금속을 이용하여 플라즈마를 제어하는 장치 및 방법

상태
등록
출원연도
2024
출원번호
1020240115840

모듈형 세라믹 포커스 링

상태
공개
출원연도
2024
출원번호
1020240113286