이 연구 주제는 마이크로·나노 스케일에서 재료가 외력, 온도, 계면 조건에 따라 어떻게 변형되고 파괴되는지를 정밀하게 이해하는 데 초점을 둔다. 연구실은 특히 금속 박막, 초박막, 다층 박막 구조, 미세 구조재료의 기계적 응답을 분석하여 기존 거시 연속체 이론만으로 설명하기 어려운 크기 효과와 국소 변형 메커니즘을 규명한다. 이러한 접근은 반도체, MEMS, 차세대 구조재료처럼 미세화된 시스템의 신뢰성 확보에 직접적으로 연결된다. 연구 방법 측면에서는 미소 외팔보 굽힘, 멤브레인 변형, 미세 인장시험, 마이크로 필러 압축 등 다양한 실험 기법과 유한요소해석을 결합한다. 특히 변형률 구배가 존재하는 조건에서 탄성 및 소성 영역 모두에서 나타나는 크기 의존성을 분석하고, 커플 응력 이론과 같은 고도화된 연속체 모델을 통해 실험 결과를 설명한다. 이를 통해 재료 고유의 길이 스케일 파라미터를 도출하고, 미세구조·전위 거동·계면 접착에너지와 같은 인자를 기계적 물성과 연결하는 정량적 프레임워크를 구축한다. 이 연구는 단순한 물성 측정을 넘어, 고신뢰성 박막 소재 설계와 극한 환경용 미세소자 개발의 기반이 된다. 고온, 반복하중, 계면 박리, 피로 손상처럼 실제 응용에서 치명적인 문제를 예측하고 제어할 수 있기 때문에 반도체 공정, 센서, 전자패키징, 에너지 소자 등 다양한 분야에 파급효과가 크다. 나아가 실험과 계산을 통합한 재료역학 연구는 차세대 기능성 소재의 설계 원리를 제시하는 핵심 축으로 작용한다.

연구실의 대표적인 축 가운데 하나는 금속 박막과 초박막 구조재료의 기계적 특성 규명이다. 금속 박막은 전자소자, 센서, 마이크로액추에이터, 패키징 구조체 등에서 핵심 부품으로 사용되지만, 벌크 재료와는 전혀 다른 변형 특성, 강도, 연성, 열적 안정성, 피로 수명을 보일 수 있다. 따라서 박막의 두께, 결정립 크기, 조성, 표면 산화, 지지층과의 계면 상태가 물성에 미치는 영향을 정밀하게 이해하는 것이 중요하다. 이 연구에서는 구리, 알루미늄-탄소 박막, 형상기억합금 박막, 나노구조 박막 등 다양한 재료계에 대해 기계적 시험법을 개발하고 적용한다. 고온 인장 거동, 굽힘 거동, 피로 및 파괴 특성뿐 아니라, 계면 접착에너지와 다층 구조 내 응력 전달 메커니즘까지 폭넓게 분석한다. 특히 기존 측정이 어려웠던 박막의 인장 강도 및 피로 특성을 인시츄 방식으로 측정할 수 있는 시험편과 장비 개발 경험은 연구실의 강점으로, 미세 구조재료의 정량 평가 역량을 잘 보여준다. 이러한 연구 성과는 고신뢰성 전자·기계 소자 구현에 직접 활용될 수 있다. 박막의 기계적 신뢰성을 확보하면 반복 구동 환경에서도 성능 저하를 줄일 수 있고, 고온 및 극한 환경에서도 안정적으로 작동하는 미세 시스템 설계가 가능해진다. 또한 박막 수준에서 확보한 물성 이해는 향후 반도체 공정, 에너지 수확 소자, 차세대 냉각 시스템, 경량 고강도 구조소재 개발로 확장될 수 있다는 점에서 학문적·산업적 가치가 크다.

연구실은 적층제조 공정을 활용하여 기존 제조법으로 구현하기 어려운 고성능 금속 재료와 구조를 개발하는 연구도 활발히 수행하고 있다. 특히 316L 스테인리스강, 내열합금, 우주발사체용 합금, 방향성 에너지 적층 공정 기반 설계강 등 실제 산업 적용성이 높은 재료를 대상으로, 공정-미세구조-기계적 물성의 상관관계를 체계적으로 규명한다. 이는 적층제조 부품의 성능 편차와 이방성을 줄이고, 신뢰성 높은 구조재료를 확보하는 데 매우 중요하다. 핵심 연구 내용은 적층 공정 조건이 응고 조직, 결정 배향, 기공, 잔류응력, 석출상 분포에 미치는 영향을 분석하고, 이를 통해 고온 인장 특성, 크리프, 파괴인성, 피로수명, 등방성 향상 전략을 제시하는 것이다. 나아가 우주발사체용 내열합금처럼 발화저항성과 적층제조성을 동시에 만족해야 하는 까다로운 요구 조건도 다룬다. 이러한 연구는 단순히 재료를 출력하는 수준이 아니라, 목적 성능을 달성하기 위한 합금 설계와 구조 설계를 통합하는 방향으로 확장되고 있다. 적층제조 연구는 항공우주, 원자력, 에너지플랜트, 수소 인프라 등 고부가가치 산업 분야에 큰 영향을 미친다. 균질한 미세구조와 우수한 고온 물성을 갖는 소재를 확보하면 기존 단조·주조 공정의 한계를 극복할 수 있고, 복잡 형상의 부품도 성능 저하 없이 제작할 수 있다. 결국 이 연구는 제조 혁신과 재료 혁신을 동시에 추진하는 것으로, 미래형 금속 부품 산업의 핵심 기반기술로 평가할 수 있다.

이 연구 주제는 재료역학 기반의 분석 역량을 에너지 소재와 바이오 융합 시스템에 확장하는 방향을 보여준다. 연구실은 프로톤 전도성 세라믹 전기화학전지, 고엔트로피 세라믹 연료전지, 수소 투과 방지막, 형상기억합금 기반 고체냉각 소재 등 차세대 에너지 기술과 관련된 재료를 다룬다. 이러한 시스템에서는 단순한 전기화학적 성능뿐 아니라 소결 과정, 계면 안정성, 열-기계적 신뢰성, 반복 작동 수명 등이 전체 성능을 좌우하므로 정밀한 재료거동 이해가 필수적이다. 예를 들어 세라믹 전기화학전지 연구에서는 저온 소결 공정과 미세구조 최적화를 통해 고성능 전해질과 전극 구조를 구현하고, 디지털 트윈 분석까지 연계하여 물질 수송과 활성 부위 형성을 해석한다. 수소 관련 연구에서는 수소 취화와 투과를 억제하기 위한 다층 방지막과 코팅 기술을 개발하며, 이는 수소 저장·이송 인프라의 안전성과 직결된다. 또한 형상기억합금 박막 기반 탄성열량 냉각 연구는 친환경 고체냉각이라는 새로운 응용 분야에서 재료의 피로 수명과 반복 안정성을 해결하려는 시도라는 점에서 의미가 크다. 더 나아가 연구실은 3차원 근골격계 마이크로생리시스템과 같은 바이오 응용에서도 하이드로겔의 기계적 특성, 메카노트랜스덕션, 조직 안정성의 관계를 분석하고 있다. 이는 기계공학적 재료 해석이 바이오칩과 조직공학으로 확장되는 대표 사례다. 결국 이 연구 주제는 재료의 기계적 신뢰성을 중심에 두고 에너지, 수소, 바이오 시스템까지 연결하는 융합적 성격을 가지며, 미래 산업 문제를 해결하는 데 매우 전략적인 방향성을 보여준다.