액티브 콜로이드는 외부 자극(자기장, 전기장 등)에 반응하여 스스로 운동하거나 집합적 동작을 보이는 미세입자 시스템을 의미합니다. 본 연구실은 이러한 액티브 콜로이드의 동적 거동 및 집합적 패턴 형성 원리를 심층적으로 탐구하고 있습니다. 특히, 자기장과 전기장 등 다양한 외부 필드를 활용하여 입자 간 상호작용을 조절하고, 이를 통해 새로운 집합적 구조 및 기능성 소재를 창출하는 데 중점을 두고 있습니다. 이러한 연구는 미세 스케일에서의 이동현상, 유체역학, 표면공학 등 다양한 학문 분야가 융합되어 진행됩니다. 예를 들어, 자기장 기반의 롤러 입자 집단이 자발적으로 다중 소용돌이 상태를 형성하거나, 전기장에 의해 유도된 다이일렉트로포레시스 조립 등 다양한 현상을 실험 및 시뮬레이션을 통해 규명합니다. 또한, 콜로이드 입자의 비등방성 설계와 표면 개질을 통해 입자의 운동성과 조립 특성을 정밀하게 제어할 수 있습니다. 이러한 연구 성과는 마이크로로봇, 스마트 펌프, 미세유체 시스템, 바이오센서 등 다양한 응용 분야로 확장될 수 있습니다. 특히, 집합적 거동을 이용한 미세입자 조립 기술은 차세대 기능성 소재 및 소자 개발에 핵심적인 역할을 할 것으로 기대됩니다.

본 연구실은 표면공학과 미세패터닝 기술을 활용하여 새로운 기능성 소재와 소자를 개발하는 데 주력하고 있습니다. 표면의 소수성/친수성 패터닝, 마이크로 전극 패터닝, 선택적 패터닝 등 다양한 표면 처리 및 미세구조 형성 기술을 연구하며, 이를 통해 입자 및 소재의 물리적·화학적 특성을 정밀하게 제어합니다. 특히, 3D 프린팅, E-beam 리소그래피, 스퍼터링, 화학기상증착(CVD) 등 첨단 미세가공 및 증착 기술을 적극적으로 도입하여, 복잡한 구조의 미세소자 및 다기능성 필름을 제작합니다. 이러한 기술은 투명도 조절이 가능한 엘라스토머, 마이크로 패턴 전극, 바이오센서 등 다양한 스마트 디바이스 개발에 활용되고 있습니다. 이와 더불어, 미세유체 시스템 및 마이크로로봇과의 융합을 통해, 기존 소재의 한계를 극복하고 새로운 응용 가능성을 모색합니다. 예를 들어, 3D 프린팅 기반의 섀도우 마스크를 이용한 전극 패터닝, 표면 에너지 조절을 통한 입자 조립 제어 등은 차세대 에너지 소자, 환경 정화, 바이오의료 분야에 혁신적인 솔루션을 제공할 수 있습니다.

본 연구실은 멀티피직스 시뮬레이션을 활용하여 미세입자 및 액티브 콜로이드 시스템의 복잡한 동역학을 해석하고 예측합니다. 유체역학, 전자기장, 열전달, 입자 추적 등 다양한 물리 현상을 통합적으로 고려하는 시뮬레이션을 통해, 실험에서 관찰되는 집합적 패턴 및 동적 구조의 형성 원리를 심층적으로 분석합니다. COMSOL Multiphysics 등 첨단 시뮬레이션 소프트웨어를 활용하여, 실험적 결과와 이론적 모델을 정교하게 연계합니다. 이를 통해, 자기장 및 전기장 하에서의 입자 운동, 다상 유체 내에서의 상호작용, 열적 효과 등이 미세입자 집단의 거동에 미치는 영향을 정량적으로 평가할 수 있습니다. 또한, 시뮬레이션 결과를 바탕으로 새로운 실험 설계 및 소재 개발 전략을 도출합니다. 이러한 멀티피직스 접근법은 미세유체 시스템, 마이크로로봇, 에너지 소재 등 다양한 분야에서의 혁신적인 연구를 가능하게 하며, 집합적 동역학의 이해를 바탕으로 차세대 기능성 소재 및 소자 개발에 기여하고 있습니다.