MADe
신소재공학과 박성수
MADe 연구실은 신소재공학과를 기반으로 금속 및 합금의 설계, 미세조직 제어, 내식성 향상, 그리고 생체재료 개발 등 다양한 분야에서 선도적인 연구를 수행하고 있습니다. 특히 마그네슘, 알루미늄, 구리 등 경량 금속 소재의 내식성 및 기계적 특성 향상을 위한 합금 설계와 가공 기술 개발에 집중하고 있으며, 이를 통해 자동차, 항공, 전자, 의료 등 다양한 산업 분야에 적용 가능한 신소재를 개발하고 있습니다.
본 연구실은 미량 합금화, 미세조직 제어, 표면처리 등 다양한 접근법을 통해 기존 금속 소재의 한계를 극복하고, 고내식성·고강도 신합금 개발에 성공하였습니다. 특히 희토류 원소 및 미량 금속의 첨가가 미세조직과 2차 상의 분포에 미치는 영향을 체계적으로 분석하여, 부식 저항성을 극대화하는 설계 원리를 제시하고 있습니다. 또한, 전자현미경, EBSD, XRD 등 첨단 분석 장비를 활용한 다중 스케일 미세조직 분석을 통해 소재의 구조와 특성 간의 상관관계를 규명하고 있습니다.
이와 더불어, 본 연구실은 금속 기반 생체재료 및 생분해성 임플란트 소재 개발에도 주력하고 있습니다. 마그네슘 합금의 생체적합성 및 분해 특성을 정밀하게 제어하여, 차세대 의료기기용 임플란트 소재로의 상용화를 목표로 하고 있습니다. 동물실험 및 in vivo/in vitro 평가를 통해 임플란트 소재의 안전성과 기능성을 검증하고, 실제 임상 적용을 위한 연구를 활발히 진행하고 있습니다.
연구실의 주요 연구 성과는 국내외 특허 출원, 산학협력, 정부 연구과제 등으로 이어지고 있으며, 다수의 국제 저널 논문 및 학술대회 발표를 통해 그 우수성을 인정받고 있습니다. 또한, 다양한 산업체와의 협력을 통해 연구 결과의 실용화 및 산업 현장 적용에도 앞장서고 있습니다.
MADe 연구실은 앞으로도 금속 및 합금 신소재의 설계, 미세조직 제어, 내식성 및 생체적합성 향상 등 핵심 기술 개발을 통해 미래 산업과 의료 분야의 혁신을 선도할 것입니다. 지속적인 연구와 기술 개발을 통해 국내외 소재 산업의 경쟁력 강화와 인류 삶의 질 향상에 기여하고자 합니다.
Corrosion-Resistant Mg Alloys
Biodegradable Mg Alloys
Atomic-Scale TEM Analysis
마그네슘 합금의 설계 및 내식성 향상
마그네슘 합금은 경량 금속 소재로서 자동차, 항공, 생체의료 등 다양한 산업 분야에서 각광받고 있습니다. 그러나 마그네슘은 내식성이 낮아 실용화에 한계가 있었습니다. 본 연구실은 미량 합금화, 미세조직 제어, 표면처리 등 다양한 접근법을 통해 마그네슘 합금의 내식성 향상에 주력하고 있습니다. 특히 희토류 원소(Sc, Sm, Y 등)와 미량 금속(Mn, Ca 등)의 첨가가 미세조직 및 2차 상의 분포에 미치는 영향을 체계적으로 분석하여, 부식 저항성을 극대화하는 합금 설계 원리를 제시하고 있습니다.
이러한 연구는 실험실 규모의 합금 제조와 전기화학적 부식 평가, 미세구조 분석(TEM, SEM 등)을 통합적으로 수행함으로써, 합금 내 2차 상의 전기화학적 특성과 미세조직 변화가 부식 거동에 미치는 상관관계를 규명합니다. 또한, 표면 산화층의 구조와 조성, 그리고 표면처리 공정(전자빔, 펄스 전자빔 등)이 내식성에 미치는 영향도 심도 있게 연구하고 있습니다. 이를 통해 기존 마그네슘 합금의 한계를 극복하고, 실용화 가능한 고내식성 마그네슘 신합금 개발에 성공하였습니다.
이 연구는 자동차 경량화, 생체분해성 임플란트, 전자기기 등 다양한 응용 분야에서 요구되는 내식성 및 기계적 특성을 동시에 만족시키는 신소재 개발에 기여하고 있습니다. 실제로 본 연구실에서 개발한 고내식성 마그네슘 합금은 산업체와의 공동연구 및 기술이전, 특허 출원 등으로 이어지고 있으며, 국내외 학술대회 및 저명 학술지에 다수의 논문이 게재되고 있습니다.
다중 스케일 미세조직 분석 및 가공 기술
신소재의 성능을 극대화하기 위해서는 미세조직의 정밀한 제어와 분석이 필수적입니다. 본 연구실은 합금의 설계 단계부터 가공 및 후처리 공정(압출, 인발, 용접, 표면처리 등)까지 전 과정을 통합적으로 연구하며, 미세조직의 다중 스케일 분석을 통해 소재의 기계적·기능적 특성을 향상시키고 있습니다. 특히, 전자현미경(TEM, SEM), EBSD, XRD 등 첨단 분석 장비를 활용하여 원자 수준에서부터 마이크로미터 스케일까지 미세조직의 변화와 상전이, 2차 상의 분포, 결정립 크기 및 텍스처 등을 정밀하게 분석합니다.
이러한 다중 스케일 분석은 합금의 기계적 특성(강도, 연성, 크리프 저항 등)과 내식성, 기능성(예: 생체적합성, 전기적 특성) 간의 상관관계를 규명하는 데 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 미세 결정립화 및 2차 상의 분산 제어를 통해 고강도·고연성 마그네슘 합금, 고내식성 알루미늄 합금, 나노 다공성 구리 등 다양한 신소재를 개발하였으며, 이 과정에서 가공 조건(온도, 압력, 속도 등)이 미세조직과 소재 특성에 미치는 영향을 체계적으로 분석하였습니다.
또한, 본 연구실은 첨단 가공 기술(간접 압출, 고속 압출, 표면 마이크로 가공 등)과 시뮬레이션(CPFEM, CALPHAD 등)을 접목하여, 소재의 대량생산 및 산업적 적용 가능성을 높이고 있습니다. 이를 통해 실험실 수준의 연구를 넘어 산업 현장에서 요구하는 신소재의 대량 생산 및 품질 관리 기술까지 포괄적으로 연구하고 있습니다.
금속 기반 생체재료 및 생분해성 임플란트 소재 개발
최근 의료 분야에서는 체내에서 자연적으로 분해되는 생분해성 금속 임플란트에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 본 연구실은 마그네슘 및 그 합금을 기반으로 한 생체적합성 및 생분해성 임플란트 소재 개발에 집중하고 있습니다. 마그네슘은 인체 내에서 자연스럽게 분해되고, 생체적합성이 우수하여 차세대 임플란트 소재로 각광받고 있으나, 과도한 분해 속도와 부식 문제가 상용화의 걸림돌이었습니다.
이에 본 연구실은 미량 합금화, 미세조직 제어, 표면처리 등 다양한 방법을 통해 마그네슘 합금의 분해 속도와 내식성을 정밀하게 조절하고 있습니다. 동물실험 및 in vivo/in vitro 평가를 통해 임플란트 소재의 생체적합성, 분해 특성, 기계적 안정성 등을 종합적으로 검증하고 있으며, 실제 임상 적용을 위한 소재 개발에 앞장서고 있습니다. 또한, 생체 내 부식 거동과 조직 반응을 원자 및 미세조직 수준에서 분석하여, 임플란트의 안전성과 기능성을 극대화하는 연구를 수행하고 있습니다.
이러한 연구는 차세대 의료기기, 특히 혈관 스텐트, 골절 고정용 임플란트 등에서 요구되는 생분해성 금속 소재의 상용화에 중요한 기여를 하고 있습니다. 본 연구실의 성과는 국내외 특허, 산학협력, 정부 과제 등으로 이어지고 있으며, 미래 의료기술 발전에 핵심적인 역할을 하고 있습니다.
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Effect of residual stress on pore formation in multi-materials deposited via direct energy deposition
G.-W. Park, S. Song, M. Park, S. Shin, D.-J. Kim, Y.-M. Koo, S. Kim, K.-A. Lee, B.J. Kim, S.S. Park*, J.B. Jeon*
Additive Manufacturing, 2024
2
Remarkably slow corrosion rate of high-purity Mg microalloyed with 0.05wt% Sc
S.-M. Baek, J.-K. Kim, D.-W. Min, S.S. Park*
Journal of Magnesium and Alloys, 2023
3
Microstructure and mechanical properties of a gas-tungsten-arc-welded Fe-24Mn-3.5Cr-0.4C high manganese steel pipe using a Fe-22Mn-2.34Ni-0.38C welding wire
G.-W. Park, M. Park, B.J. Kim, S. Shin, H.C. Kim, I.-W. Park, S.S. Park*, J.B. Jeon*
Materials Characterization, 2022
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이동식 맨드렐형 인발 공정을 통한 초미세 중공 마그네슘 튜브 제조 기술 개발
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차세대 임플란트용 고내식 마그네슘 초미세튜브 제조기술 개발
3
차세대 생체분해형 임플란트 국산화를 위한 고내식 마그네슘 마이크로튜브 제조기술 개발
