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울산과학기술원 기계공학과

김태성 교수

Ion Transport

Electrokinetic Fluid Flows

BioMEMS

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기계공학과 김태성

울산과학기술원 기계공학과의 µFNM Lab(미세유체 및 나노메카트로닉스 연구실)은 미세/나노스케일에서의 유체역학, 물질 전달, 나노구조 제작 및 융합형 센서 시스템 개발을 선도하는 연구실입니다. 본 연구실은 마이크로/나노플루이딕스, 비정형 나노패브리케이션, 구조색 기반 기능성 소재, 나노메카트로닉스 등 다양한 첨단 융합 연구를 수행하고 있습니다. 연구실의 주요 목표는 랩온어칩, 고속 스크리닝, 고감도 센서, 에너지 변환, 바이오 및 환경 응용 등 다양한 분야에 적용 가능한 혁신적인 미세/나노유체 플랫폼과 소재를 개발하는 것입니다. 이를 위해 3차원 미세/나노채널 네트워크, 퍼베포레이션 기반 나노공극, 가스 투과성 멤브레인, 다중 물리장 결합 등 독창적인 기술을 도입하여, 기존의 한계를 극복하고 있습니다. 또한, 크랙-리소그래피, 주름-리소그래피, 액체 매개 패턴 형성 등 비정형 나노패브리케이션 기술을 통해 저비용, 고효율로 다양한 나노/마이크로 구조체를 제작하고, 구조색 필름, 위조방지 패턴, 생체모사 소재 등 차세대 기능성 소재 개발에도 앞장서고 있습니다. 이러한 연구는 위조방지, 스마트 센서, 변환형 디스플레이, 바이오 이미징 등 다양한 산업 분야로의 확장 가능성을 지니고 있습니다. 나노메카트로닉스 및 융합형 센서 시스템 분야에서는 트라이보일렉트릭 나노제너레이터 기반 자가발전형 센서, 인공 신경 신호 제어 플랫폼, 웨어러블 전자소자, AI 기반 스마트 글러브 등 다양한 융합형 연구를 통해 미래형 스마트 디바이스, 의료기기, 로봇공학 등에서 새로운 패러다임을 제시하고 있습니다. µFNM Lab은 다학제적 융합 연구를 통해 세계적인 경쟁력을 확보하고 있으며, 미래 첨단기술의 발전과 산업적 응용에 중요한 기여를 하고 있습니다. 창의적이고 도전적인 연구 환경에서 다양한 배경의 연구자들이 함께 협력하여, 차세대 미세/나노기술의 혁신을 이끌고 있습니다.

Ion Transport
Electrokinetic Fluid Flows
BioMEMS
마이크로/나노플루이딕스(Micro-/Nanofluidics)
마이크로/나노플루이딕스는 미세한 유체 채널 내에서의 유체 흐름과 물질 전달 현상을 연구하는 분야로, 본 연구실은 다양한 미세유체 플랫폼을 개발하여 생명과학, 화학, 재료공학 등 다양한 분야에 응용하고 있습니다. 특히, 랩온어칩(Lab-on-chip) 기술을 통해 고속 스크리닝, 센서, 약물 반응 분석 등 다양한 실험을 소형화된 칩에서 구현함으로써 실험의 효율성과 정확성을 극대화하고 있습니다. 연구실에서는 3차원 미세/나노채널 네트워크, 나노공극 분리막, 표면 패턴화 기술 등을 활용하여 복잡한 화학적, 생물학적 환경을 칩 내에서 재현하고, 이온 및 분자의 이동, 농도 구배 생성, 입자 분리 등 다양한 현상을 정밀하게 제어합니다. 최근에는 퍼베포레이션(pervaporation) 기반의 나노공극 형성, 가스 투과성 멤브레인, 다중 물리장 결합을 통한 입자 분리 등 혁신적인 기술을 개발하여 미세유체 시스템의 성능을 크게 향상시키고 있습니다. 이러한 연구는 에너지 변환, 환경 센서, 바이오센서, 신약 개발, 미생물 배양 및 분석 등 다양한 실용적 응용 분야로 확장되고 있습니다. 특히, 고효율 에너지 수확, 고감도 센서, 고속 및 대량 스크리닝 플랫폼 개발 등에서 세계적인 경쟁력을 확보하고 있으며, 미래의 융합기술 발전에 중요한 역할을 하고 있습니다.
비정형 나노패브리케이션 및 구조색 기반 기능성 소재
본 연구실은 크랙-리소그래피(crack-lithography), 주름-리소그래피(wrinkle-lithography), 액체 매개 패턴 형성 등 비정형 나노패브리케이션 기술을 개발하여, 기존의 한계를 뛰어넘는 나노/마이크로 구조체를 구현하고 있습니다. 이러한 기술을 통해 나노채널, 나노공극, 멀티스케일 몰드 등 다양한 구조를 저비용, 고효율로 제작할 수 있으며, 이를 기반으로 새로운 기능성 소재와 디바이스를 개발하고 있습니다. 특히, 주름 및 구조색 필름은 외부 자극(기계적 변형, 온도, 빛 등)에 따라 색상이 변하는 특성을 이용하여 위조방지, 보안, 센서, 디스플레이 등 다양한 분야에 응용되고 있습니다. 연구실에서는 소재의 표면 물성 패터닝, 다중층 구조체 설계, 픽셀화된 구조색 어레이 등 혁신적인 방법을 통해 구조색의 정밀 제어와 대면적 구현을 실현하고 있습니다. 이러한 연구는 차세대 위조방지 기술, 스마트 센서, 변환형 디스플레이, 바이오 이미징 등 다양한 산업 분야로의 확장 가능성을 지니고 있습니다. 또한, 자연 모사(biomimetics) 기반의 인공 아가미, 거미줄 모사 섬유 등 생체모사 소재 개발에도 적용되어, 미래 지향적 융합 연구의 중심 역할을 하고 있습니다.
나노메카트로닉스 및 융합형 센서 시스템
나노메카트로닉스는 나노스케일에서의 정밀 제어, 측정, 자동화 기술을 연구하는 분야로, 본 연구실은 마이크로/나노디바이스의 완전 자동화, 나노현상 시각화, 나노구조 기반 센서 개발 등에 주력하고 있습니다. 이를 통해 다양한 환경에서의 정밀 측정, 실시간 데이터 획득, 고감도 신호 증폭 등이 가능한 융합형 센서 시스템을 구현하고 있습니다. 특히, 트라이보일렉트릭 나노제너레이터(TENG) 기반의 자가발전형 센서, 인공 신경 신호 제어 플랫폼, 전자기 간섭 차폐 소재, 웨어러블 전자소자 등 다양한 응용 분야에서 혁신적인 연구 성과를 내고 있습니다. 나노구조 기반의 센서와 액추에이터는 높은 민감도와 내구성, 유연성을 동시에 갖추고 있어, 차세대 IoT, 바이오헬스, 환경 모니터링 등에서 활용도가 높습니다. 이와 더불어, 인공지능 및 딥러닝과 결합된 스마트 글러브, 신경 신호 제어 시스템 등 융합형 연구도 활발히 진행 중입니다. 이러한 연구는 미래형 스마트 디바이스, 의료기기, 로봇공학 등 다양한 분야에 새로운 패러다임을 제시하고 있습니다.
1
Enhancement of nanofluidic ionic current via plasmon-mediated effect
Seo, D, Park, G, Kim, J, Kim, T, Park, J
SENSORS AND ACTUATORS B-CHEMICAL, 202510
2
Water- and oxidation-resistant MXenes for advanced electromagnetic interference shielding applications
Jin, YH, Han, JH, Park, J, Kim, M, Seok, SH, Chae, Y, Sim, Y, Seo, S, Lee, H, Wang, J, Yang, J, Jang, S, Han, J, Yeo, HU, Park, SH, Choi, E, Kim, T, Kwon, SY
INFOMAT, 202506
3
Monolithic Micro-/Nanoarchitectonic Multi-Level Pixel Arrays Via a Two-Step Photo-Cross-Linking Process for Multi-Modal and Transformative Structural Coloration
Thiyagarajan, K, Ji, S, Han, J, Jeon, H, Cha, C, Kim, T
ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS, 202506
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Mid-career Researcher Grant (type II) as well as Basic Research Lab. from NRF
NRF
2020년 03월 ~ 1970년
2
중견연구자지원사업 (유형-2)
2020년 03월 ~ 1970년
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Soft/Hard 나노플루이딕스 플랫폼 기반의 다중물리 전달현상 제어 및 모델링
재단법인 한국연구재단
2024년 03월 ~ 2025년 02월