멀티스케일 플랫폼을 활용한 열 및 유체 전달 제어는 나노에서 매크로에 이르는 다양한 스케일의 구조체와 표면을 설계하여, 열 및 물질의 이동을 정밀하게 조절하는 첨단 연구 분야입니다. 본 연구실에서는 다공성 구조체 및 멀티스케일 텍스처 표면을 개발하여, 상변화 열전달의 효율을 극대화하고 임계 열유속을 높이는 데 주력하고 있습니다. 이를 위해 나노포어 및 나노채널을 직접 제작하고, 이온 및 질량 전달의 근본적인 물리 현상을 규명함으로써, 나노유체 센싱 및 미세유체 시스템 등 다양한 응용 분야로 확장하고 있습니다. 이러한 멀티스케일 구조체는 기존의 평면적이거나 단일 스케일의 열전달 표면이 가지는 한계를 극복할 수 있습니다. 예를 들어, 화학적 에칭이나 3D 프린팅을 통해 표면 거칠기, 기공 크기, 표면적 등을 정밀하게 조절함으로써, 방열 성능을 크게 향상시킬 수 있습니다. 실제로 LED 방열판, 전자기기 냉각 시스템 등 다양한 산업 현장에 적용되어, 소형화·고집적화되는 전자기기의 열관리 문제를 효과적으로 해결하고 있습니다. 또한, 나노채널 및 나노포어를 통한 유체 및 이온의 이동 제어는 에너지 변환, 센서, 바이오칩 등 차세대 융합기술의 핵심 기반이 됩니다. 본 연구실은 실험적 접근과 수치해석을 병행하여, 멀티스케일 플랫폼의 설계-제작-응용 전주기를 아우르는 연구를 수행하고 있습니다.

구조 유도 연소파(Structure-Guided Combustion Waves, SGCWs)는 나노 및 마이크로 구조체 내에서 연소 반응을 유도하여, 열-화학-전기 에너지의 상호 변환을 실현하는 혁신적인 연구 분야입니다. 본 연구실은 SGCWs를 이용한 금속 산화물 및 하이브리드 소재의 신속한 합성, 표면 및 상변화 제어, 그리고 유기층 코팅 등 다양한 소재 가공 기술을 개발하고 있습니다. 이를 통해, 에너지 변환 효율이 뛰어난 신소재 및 전극, 촉매, 센서 등을 제작하고, 실제 에너지 저장 및 변환 시스템에 적용하고 있습니다. 특히, SGCWs를 활용한 열전력파(Thermopower Waves) 연구는 연소 반응에서 발생하는 열에너지를 전기 에너지로 직접 변환하는 새로운 에너지 하베스팅 방법을 제시합니다. 탄소나노튜브, 금속 산화물, 나노입자 등 다양한 나노구조체와 연료의 조합을 통해, 고출력·고효율의 전기 신호를 생성할 수 있으며, 이는 차세대 웨어러블 디바이스, IoT 센서, 자가충전 시스템 등 다양한 분야에 응용되고 있습니다. 또한, 연소파 기반의 신속 합성법은 기존의 복잡하고 장시간 소요되는 소재 합성 공정을 대체할 수 있는 혁신적 대안으로 주목받고 있습니다. 본 연구실은 연소파의 전파 속도, 온도, 화학적 조성 등 다양한 인자를 정밀하게 제어하여, 소재의 미세구조와 물성을 맞춤형으로 설계·제작하는 기술을 선도하고 있습니다.

열 메타물질은 인위적으로 설계된 구조체를 통해 열의 흐름을 자유롭게 조작할 수 있는 첨단 소재입니다. 본 연구실에서는 조립형 유닛셀 기반의 열 메타물질을 개발하여, 국부적인 열유속의 집중, 분산, 회전, 차폐 등 다양한 열 제어 기능을 구현하고 있습니다. 2차원 및 3차원 구조체 설계와 3D 프린팅, 나노복합소재의 조합을 통해, 기존 소재가 가지는 열전도 한계를 극복하고, 다양한 환경에 맞는 맞춤형 열관리 솔루션을 제공합니다. 이러한 열 메타물질은 전자기기, 배터리, 에너지 저장 시스템 등에서 발생하는 국부적 과열 문제를 해결하는 데 매우 효과적입니다. 예를 들어, 온도 변화에 따라 열전도 특성이 달라지는 온도감응형 메타물질을 적용하면, 외부 환경이나 작동 조건에 따라 자동으로 열 차폐 또는 열 확산 기능을 수행할 수 있습니다. 이는 고신뢰성, 고효율의 열관리 시스템 구현에 핵심적인 역할을 합니다. 본 연구실은 열 메타물질의 설계-제작-성능평가 전 과정을 체계적으로 연구하며, 실제 산업 현장에 적용 가능한 기술로 발전시키고 있습니다. 또한, 열-기계-전자기 등 다중 물성 응답이 가능한 멀티피직스 메타구조 개발을 통해, 차세대 스마트 소재 및 시스템의 기반 기술을 확보하고 있습니다.

본 연구실은 열, 유체, 기계적 자극 등 다양한 환경 에너지를 전기 에너지로 변환하는 자가 구동형 에너지 하베스팅 및 센서 플랫폼을 개발하고 있습니다. 열전, 압전, 마찰전기, 습도 반응형 등 다양한 에너지 변환 메커니즘을 융합하여, 외부 전원 없이도 구동 가능한 센서 및 소자를 구현하고 있습니다. 이러한 기술은 웨어러블 디바이스, 환경 모니터링, IoT, 바이오 센서 등 차세대 스마트 시스템의 핵심 요소로 각광받고 있습니다. 예를 들어, 듀얼 기능 센서는 열-유체 전달 현상을 감지함과 동시에 자체적으로 전기를 생산하여, 별도의 배터리 없이 장기간 동작할 수 있습니다. 또한, 3D 프린팅 및 나노복합소재를 활용한 초경량·초박형 센서, 다양한 물리·화학 센싱 기능을 통합한 멀티센서 플랫폼 등도 활발히 연구되고 있습니다. 이러한 자가 구동형 센서 기술은 에너지 효율성과 시스템의 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 본 연구실은 실험적 검증과 이론적 모델링을 병행하여, 에너지 하베스팅 소자의 성능 최적화, 내구성 향상, 대면적·대량 생산 기술 개발 등 실용화에 필요한 다양한 연구를 선도적으로 수행하고 있습니다.