우리 연구실은 차세대 리튬이온 배터리의 성능 향상을 위한 소재 및 공정 연구에 집중하고 있습니다. 실리콘 기반 음극재, 이중벽 탄소나노튜브(DWCNT), 다양한 바인더 및 첨가제의 조합을 통해 전극의 전기적, 기계적 특성을 극대화하고, 고용량 및 장수명 배터리 구현을 목표로 하고 있습니다. 최근에는 나노 및 마이크로 크기의 실리콘 입자 혼합, 표면 개질, 슬러리의 유변학적 특성 분석 등 다양한 접근법을 통해 전극의 코팅 품질과 입자 분산성을 개선하고 있습니다. 이러한 연구는 배터리 소재의 미세구조와 계면 특성, 입자 간 상호작용을 정밀하게 분석하는 데 중점을 두고 있습니다. 유변학적 모델링과 실험을 병행하여 슬러리의 점탄성, 코팅 두께 균일성, 전극 내 입자 네트워크 형성 등을 체계적으로 규명하고, 이를 바탕으로 대용량, 고효율, 고신뢰성의 리튬이온 배터리 제조 공정 최적화를 추진하고 있습니다. 또한, 이차전지 슬러리의 분산성, 점도, 구조적 복원력 등 다양한 유변물성 평가를 통해 실제 산업 적용 가능성을 높이고 있습니다. 이 연구는 에너지 저장장치의 핵심인 차세대 배터리의 상용화와 친환경 에너지 사회 실현에 기여할 것으로 기대됩니다. 더불어, 다양한 국제 공동연구 및 산학협력을 통해 글로벌 경쟁력을 갖춘 에너지 소재 기술을 선도하고 있으며, 미래 모빌리티, ESS, 웨어러블 디바이스 등 다양한 응용 분야로의 확장도 활발히 이루어지고 있습니다.

고분자 복합소재 및 초고온·고강도 섬유의 개발은 우리 연구실의 또 다른 핵심 연구 분야입니다. 폴리카보실란, PVDF, 셀룰로오스 나노섬유 등 다양한 고분자 및 나노소재를 활용하여 경량화, 내열성, 난연성, 기계적 강도, 유연성 등 다양한 특성을 극대화한 복합소재를 설계하고 있습니다. 특히, 알루미늄 함유 폴리카보실란 전구체의 용매 처리 및 열처리 공정, 나노입자 분산성 평가, 이종 나노필러의 시너지 효과 분석 등 첨단 공정기술을 접목하여 소재의 구조-물성 상관관계를 심층적으로 연구합니다. 이러한 복합소재는 항공우주, 자동차, 전자기기, 의료기기 등 다양한 산업 분야에서 요구되는 고성능 특수 소재로 활용됩니다. 예를 들어, PVDF/실리카 에어로겔 나노섬유 멤브레인은 우수한 발수성과 통음성을 동시에 갖추어 전자기기 보호용 방수·방진 필터로 적용되고 있으며, 고강도 실리콘 카바이드 섬유는 초고온 환경에서의 구조재료로 각광받고 있습니다. 또한, 재활용 대리석 분말을 활용한 친환경 복합소재, 바이오센서용 하이드로겔 등 지속가능성과 융합성을 고려한 다양한 소재 개발도 활발히 이루어지고 있습니다. 복합소재의 제조공정에서는 유변학적 특성 분석을 통해 섬유 방사성, 점탄성, 분산성, 계면 결합력 등을 정량적으로 평가하고, 3D 프린팅, 전기방사, 용융방사 등 첨단 가공기술을 적용하여 맞춤형 소재 설계 및 대량생산 가능성을 높이고 있습니다. 이러한 연구는 미래 산업의 고부가가치 소재 시장을 선도하는 데 중요한 역할을 하고 있습니다.

우리 연구실은 바이오센서 및 미세유체 기반 유변공정 기술 개발에도 주력하고 있습니다. 미세유체소자와 QCM-D, IRS 등 첨단 계측기술을 활용하여 박테리아 바이오필름의 성장과정, 세포 상호작용, 하이드로겔의 점탄성 특성 등을 실시간으로 분석하고, 이를 바탕으로 고감도 바이오센서 및 조직공학용 스캐폴드 개발에 적용하고 있습니다. 특히, 금속-카르복실레이트 결합을 이용한 셀룰로오스 나노피브릴 하이드로겔, 이온 도핑을 통한 기계적 특성 향상, 대규모 진폭 진동 전단(LAOS) 분석 등 다양한 유변학적 접근법을 통해 바이오소재의 구조적 안정성과 생체적합성을 높이고 있습니다. 바이오센서 분야에서는 미세플라스틱 내 환경호르몬 검출, 박테리아 바이오필름의 성장 모니터링, 세포 생존능 평가 등 다양한 응용연구가 진행되고 있습니다. 미세유체 기반 공정기술은 나노입자 분리, 액적 생성, 온도 제어 등 정밀한 공정 제어가 가능하여 차세대 진단키트, 환경센서, 의료기기 등으로의 확장성이 매우 높습니다. 또한, 유변학적 특성 분석을 통해 바이오필름의 성장 단계별 점탄성 변화, 세포-기질 상호작용, 하이드로겔 네트워크의 복원력 등을 정량적으로 규명하고 있습니다. 이러한 연구는 생명과학, 환경공학, 의료공학 등 다양한 융합 분야에서 실질적인 파급효과를 창출하고 있습니다. 국제 공동연구 및 산학협력을 통해 글로벌 바이오센서 시장에서 경쟁력을 확보하고 있으며, 미래 헬스케어 및 환경 모니터링 분야의 혁신을 이끌고 있습니다.