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나노과학기술대학 김종만
김종만 교수 연구실은 나노에너지공학과를 기반으로 MEMS/NEMS(미세/나노 전자기계시스템) 기술과 기능성 나노소재, 신축성 전자소자, 에너지 하베스팅 등 첨단 융합기술을 선도적으로 연구하고 있습니다. 연구실은 구조 설계, 시뮬레이션, 공정 개발, 소자 제작 및 특성 평가 등 전 과정을 아우르는 종합적인 연구 역량을 보유하고 있으며, 이를 바탕으로 다양한 마이크로/나노 구조체, 소자 및 시스템을 개발하고 있습니다.
특히, 은 나노와이어, 탄소나노튜브, 그래핀 등 기능성 나노소재의 합성과 이들의 집적 공정 기술을 통해 신축성, 투명성, 내구성, 고감도 등 다양한 특성을 갖는 차세대 전자소자를 구현하고 있습니다. 크랙 기반 스트레인 센서, 키리가미 패턴 신축성 회로, 투명 전극, 웨어러블 히터 등 다양한 응용 소자를 개발하여, 웨어러블 헬스케어, 소프트 로보틱스, 인간-기계 인터페이스 등 미래 산업에 적용하고 있습니다.
또한, 연구실은 압전 및 플렉소일렉트릭 나노발전기, 트라이보일렉트릭 발전기 등 에너지 하베스팅 소자 개발에도 주력하고 있습니다. 이를 통해 주변 환경의 미세 에너지를 전기 에너지로 변환하여, 자가 구동형 웨어러블 센서, IoT, 바이오메디컬 기기 등 다양한 분야에 적용 가능한 무선·무전원 시스템을 실현하고 있습니다.
연구실은 다수의 특허 출원 및 등록, 산학협력, 기술이전, 국내외 학술지 논문 발표 등 활발한 연구 성과를 내고 있으며, 실제 산업적 활용과 상용화를 위한 실용화 연구도 적극적으로 추진하고 있습니다. 또한, 학부생, 대학원생, 박사후연구원 등 다양한 연구 인력을 모집하여, 차세대 융합기술 인재 양성에도 힘쓰고 있습니다.
앞으로도 김종만 교수 연구실은 MEMS/NEMS, 기능성 나노소재, 신축성 전자소자, 에너지 하베스팅 등 첨단 융합기술의 연구와 실용화를 통해, 미래형 전자기기 및 시스템의 혁신을 선도하고, 지속 가능한 과학기술 발전에 기여할 것입니다.
Functional Nanomaterials
MEMS Devices
Stretchable Electronics
MEMS/NEMS 기술 및 마이크로/나노 구조체 응용
우리 연구실은 MEMS(미세전자기계시스템)와 NEMS(나노전자기계시스템) 기술을 기반으로 한 구조 설계, 시뮬레이션 및 해석, 공정 설계, 제작, 특성 평가, 그리고 마이크로/나노 스케일 구조체, 소자 및 시스템의 다양한 응용 분야를 연구하고 있습니다. MEMS/NEMS 기술은 전자, 기계, 재료, 물리 등 다양한 학문이 융합된 첨단 분야로, 초소형 센서, 액추에이터, RF(무선주파수) 소자, 바이오센서 등 다양한 산업 및 연구 분야에서 핵심적인 역할을 하고 있습니다.
연구실에서는 구조체의 미세 설계와 시뮬레이션을 통해 최적의 성능을 도출하고, 이를 실제로 구현하기 위한 미세 가공 및 집적 공정 기술을 개발합니다. 또한, 제작된 소자 및 시스템의 전기적, 기계적, 열적 특성을 정밀하게 평가하여, 실질적인 응용 가능성을 높이고 있습니다. 특히, RF MEMS 스위치, 저전압 구동 소자, 웨이퍼 레벨 패키징 등 첨단 응용 기술 개발에 주력하고 있습니다.
이러한 MEMS/NEMS 기반 기술은 차세대 통신, 바이오메디컬, 에너지, 환경 등 다양한 분야에 적용될 수 있으며, 연구실은 실제 산업적 활용을 목표로 다양한 산학협력 및 특허 출원, 기술 이전 등 실용화 연구도 활발히 진행하고 있습니다. 앞으로도 초소형, 고성능, 다기능 소자 개발을 통해 미래 융합기술의 발전에 기여하고자 합니다.
기능성 나노소재 및 신축성 전자소자
기능성 나노소재의 합성과 이를 활용한 신축성 전자소자 개발은 본 연구실의 또 다른 핵심 연구 분야입니다. 은 나노와이어, 탄소나노튜브, 그래핀 등 다양한 나노소재를 합성 및 성장시키고, 이들을 기반으로 신축성 전극, 센서, 히터, 에너지 하베스팅 소자 등 차세대 유연/신축성 전자기기 플랫폼을 개발하고 있습니다. 이러한 나노소재는 우수한 전기적, 기계적, 광학적 특성을 바탕으로 기존의 딱딱한 전자소자와 달리 피부, 의류, 웨어러블 기기 등 다양한 곡면 및 동적 환경에 적용할 수 있습니다.
연구실에서는 나노소재의 합성뿐만 아니라, 소프트 리소그래피, 전사 프린팅, 포토리소그래피 등 다양한 미세 가공 및 집적 공정 기술을 개발하여, 대면적, 고정밀, 고신뢰성의 신축성 전자소자를 구현합니다. 특히, 크랙 기반 스트레인 센서, 키리가미 패턴 신축성 회로, 투명 전극, 웨어러블 히터 등 다양한 응용 소자를 개발하여, 실제 웨어러블 헬스케어, 소프트 로보틱스, 인간-기계 인터페이스 등 미래 산업에 적용하고 있습니다.
이러한 연구는 신축성, 투명성, 내구성, 고감도 등 다양한 요구 조건을 만족시키는 차세대 전자소자 개발에 중요한 역할을 하며, 실제 상용화 및 산업적 응용을 위한 기술 이전, 특허 출원, 산학협력 등도 활발히 이루어지고 있습니다. 앞으로도 기능성 나노소재와 신축성 전자소자의 융합을 통해 혁신적인 미래형 전자기기 개발에 앞장설 것입니다.
에너지 하베스팅 및 나노발전기 기술
본 연구실은 에너지 하베스팅, 즉 주변 환경의 미세한 에너지를 전기 에너지로 변환하는 나노발전기 기술 개발에도 집중하고 있습니다. 특히, 압전 및 플렉소일렉트릭 특성을 활용한 나노발전기, 트라이보일렉트릭 나노발전기 등 다양한 에너지 변환 소자를 연구하여, 웨어러블 기기, 사물인터넷(IoT), 자가 구동 센서 등 차세대 무선·무전원 시스템에 적용하고 있습니다.
연구실에서는 나노소재의 구조적·전기적 특성을 정밀하게 제어하여, 높은 에너지 변환 효율과 내구성을 동시에 확보할 수 있는 나노발전기 구조를 설계하고, 실제 소자 제작 및 성능 평가를 수행합니다. 또한, 다양한 외부 자극(압력, 변형, 진동 등)에 대한 응답 특성을 분석하여, 실질적인 에너지 하베스팅 응용 가능성을 높이고 있습니다. 최근에는 플렉소일렉트릭 효과와 압전 효과를 분리·정량화할 수 있는 새로운 전극 구조 및 측정 방법도 개발하였습니다.
이러한 에너지 하베스팅 기술은 배터리 교체가 어려운 웨어러블 센서, 환경 모니터링, 바이오메디컬 기기 등 다양한 분야에서 자가 구동형 시스템 구현에 필수적입니다. 앞으로도 연구실은 고효율, 고신뢰성의 나노발전기 및 에너지 하베스팅 소자 개발을 통해, 친환경적이고 지속 가능한 미래형 전자 시스템의 실현에 기여할 것입니다.
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Fully packaged paper heater systems with remote and selective ignition capabilities for nanoscale energetic materials
Nam-Su Jang, Sung-Hun Ha
Sensors and Actuators A: Physical (IF 2.311), 2019
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Synthesis and Exothermic Reactions of Ultra-fine Snowman-shaped Particles with Directly Bonded Ni/Al interfaces
Gu Hyun Kwon
Applied Surface Science (IF 4.439), 2019
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Rosette Strain Sensors Based on Stretchable Metal Nanowire Piezoresistive Electrodes
Kang-Hyun Kim
Korean Journal of Metals and Materials (IF 1.518), 2018.11
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(RCMS) 침윤 조기 감지 · 통보를 위한 나노 소자 기반 초박패치형 피부 스트레인 센서 시스템 개발
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능동적 금속 박막 크랙 제어 기반 고성능 신축성 센서 응용 및 집적 모듈 기술 개발
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스트레인 엔지니어링 기반 고성능/다기능 소프트 센서 시스템 개발