이 연구 주제는 고분자 용융체와 복합재료의 유동 특성을 정밀하게 이해하고, 이를 사출성형·금형 설계·복합재료 가공 공정에 연결하는 데 초점을 둔다. 연구실은 고분자 재료가 가공 중에 보이는 점탄성, 비선형 유동, 전단 의존성, 입자 및 충전재 분산 거동 등을 분석하여 실제 제조 공정에서 발생하는 품질 편차와 성형 불량의 원인을 규명한다. 특히 유변학적 거동과 성형 결과 사이의 상관관계를 정량화함으로써 공정 조건 최적화와 제품 성능 향상을 동시에 달성하는 접근을 지향한다. 구체적으로는 사출성형 공정에서의 유동 전선 거동, 복합재료 내부 충전재의 배향, 나노입자 또는 탄소계 첨가제가 포함된 고분자 복합체의 점도 변화, 그리고 분말사출성형 피드스톡의 자기유변 특성 모델링과 같은 문제를 다룬다. 이러한 연구는 실험적 유변 측정과 수치해석을 결합하는 방식으로 수행되며, 금형 설계 강의노트와 관련 학술발표 이력에서도 확인되듯이 교육과 산업 응용을 함께 고려한 실용적 연구 성격이 강하다. 또한 절삭가공 후 표면 특성, 복굴절 발달, 미세구조 형성 등 가공 후 결과물의 품질 평가까지 포함해 공정-구조-물성의 연계 해석을 수행한다. 이 연구의 기대효과는 고분자 및 복합재료 부품의 성형 안정성 향상, 고기능성 재료의 공정 창 확대, 그리고 자동차·전자·정밀부품 분야에서 요구되는 경량화 및 고성능화를 지원하는 데 있다. 나아가 유변학 기반 데이터와 모델을 축적함으로써 향후 디지털 트윈 제조, 공정 자동화, 지능형 금형 설계 시스템으로 확장될 가능성이 크다. 기계공학적 공정 이해와 재료 거동 해석을 결합하는 이 연구는 제조 현장의 문제 해결형 연구라는 점에서 연구실의 핵심 정체성을 잘 보여준다.

연구실의 또 다른 핵심 축은 복잡한 계면에서 발생하는 비선형 거동을 계산역학적으로 해석하는 것이다. 서로 다른 상이 만나는 계면은 유동, 변형, 분산, 응집, 파단, 합체 등 다양한 현상을 지배하며, 특히 다상 유동이나 복합재료 가공 과정에서는 계면의 운동학과 구성방정식이 전체 시스템의 거동을 결정한다. 연구실은 이러한 복잡한 계면 문제를 전통적 경계 추적 방식이 아니라 확산계면모델을 통해 연속체 수준에서 안정적으로 기술하려는 방향을 취하고 있다. 진행 중인 국가연구과제에서도 확인되듯이, 연구의 핵심은 계면의 운동학적 변수 연산방법을 정립하고, 계면의 구성모델과 확산계면모델을 효과적으로 연계하는 계산 방법을 개발하는 데 있다. 이는 단순한 수치기법 개발을 넘어 액적-액적 상호작용, 입자 현탁 유동, 자기장을 받는 점성 유체 내 입자 거동, 확장 유한요소법 기반 해석 등 다양한 다상 문제로 연결된다. 실제 학술발표 주제인 ternary diffuse-interface model, particulate flow simulation, extended finite element method 등은 연구실이 이론적 모델링과 수치 구현을 함께 수행하고 있음을 보여준다. 이 연구는 기계공학, 유체역학, 재료공학, 계산과학을 아우르는 융합적 성격을 지니며, 장기적으로는 정밀 제조공정, 기능성 유체 제어, 미세유체 시스템, 에너지 및 바이오 공정 해석 등에 넓게 활용될 수 있다. 계면 현상을 정교하게 예측할 수 있는 모델은 실험으로 직접 관찰하기 어려운 내부 거동을 설명하고, 공정 설계의 시행착오를 줄이는 데 크게 기여한다. 따라서 본 연구는 이론적 깊이와 공학적 활용성을 동시에 갖춘 연구실의 대표적인 계산역학 분야라고 할 수 있다.

연구실은 전통적인 고분자 가공 연구를 넘어, 바이오매스 전처리와 에너지·환경 응용 소재 연구에도 참여해 왔다. 관련 논문에서는 빈야자 열매 다발 섬유의 산·알칼리 순차 전처리, 토양 유래 곰팡이를 이용한 셀룰로오스 분해효소 생산, 홍조류 기반 혼합산 생산 등 바이오매스의 전환 효율을 높이기 위한 연구가 수행되었다. 이는 재생 가능한 자원으로부터 연료 및 화학원료를 생산하는 기술과 연결되며, 친환경 공정 개발이라는 측면에서 학문적 의미와 산업적 가치가 모두 크다. 또한 최근에는 RGO 기반 SiO2-TiO2 나노복합체를 이용해 이산화탄소 저감과 에너지 수확을 동시에 구현하는 초고용량 커패시터 및 미생물 전기합성 관련 연구에도 참여하였다. 이러한 연구는 기능성 나노복합소재의 구조 설계, 전극 성능 향상, 촉매 및 전기화학 반응 제어 등 소재공학과 에너지공학적 요소를 포함한다. 기존의 복합재료 가공 및 구조 제어 역량이 환경·에너지 소재 설계로 확장된 사례로 볼 수 있으며, 재료의 미세구조와 성능 간 상관성을 이해하는 연구실의 강점이 잘 반영되어 있다. 이 분야의 중요성은 탄소중립, 순환경제, 바이오리파이너리, 차세대 저장장치 등 미래 산업 이슈와 직접 연결된다는 점에 있다. 연구실의 접근은 특정 응용 하나에 머무르기보다, 재료 처리·반응 메커니즘·복합구조 설계를 통합적으로 다루는 데 강점이 있다. 따라서 향후에도 바이오 기반 소재, 탄소자원 전환, 전기화학적 에너지 시스템 등으로 연구 범위를 넓히며 기계공학 기반의 응용 융합 연구를 지속적으로 전개할 가능성이 높다.