3차원레이저연구실
나노과학기술대학 신보성
3차원레이저연구실(LIMIT Laboratory)은 광메카트로닉스공학과를 기반으로 첨단 레이저 가공 및 혁신 제조기술을 선도하는 연구실입니다. 본 연구실은 3D 레이저 프린팅, UV 레이저 기반 미세·나노 가공, 레이저 유도 그래핀 및 나노복합소재 센서 응용 등 다양한 분야에서 세계적인 연구 성과를 창출하고 있습니다.
특히, 3D 레이저 프린팅 기술은 고출력 UV 레이저와 하이브리드 공정을 결합하여 폴리머, 금속, 세라믹 등 다양한 소재의 3차원 구조물을 신속하고 정밀하게 제작할 수 있습니다. 이 기술은 맞춤형 의료기기, 전자부품, 바이오칩, 센서 등 첨단 산업 분야에서 혁신적인 제조 솔루션을 제공하며, 실제로 국내외 기업에 기술이전 및 상용화가 이루어지고 있습니다.
또한, UV 레이저를 활용한 미세·나노 가공 및 다공성 구조체 제작 기술은 조직공학, 연료전지, 태양전지, 환경 센서 등 다양한 분야에 응용되고 있습니다. 화학적 발포제와 레이저를 결합한 하이브리드 공정, 레이저 직접묘화(LDW) 기법 등은 기존의 가공 방식에 비해 공정이 단순하고, 원하는 영역에 직접 패턴을 형성할 수 있어 시간과 비용을 크게 절감할 수 있습니다.
레이저 유도 그래핀(LIG) 및 나노복합소재 센서 응용 분야에서도 본 연구실은 독보적인 기술력을 보유하고 있습니다. LIG와 금속 산화물 나노입자를 복합화하여 항균, 탈빙, 광촉매, 환경 센서, 바이오센서 등 다양한 응용 분야로 연구를 확장하고 있으며, 웨어러블 디바이스, 로봇 촉각 시스템, 식품 안전, 환경 정화 등 미래 산업의 핵심 기술로 자리매김하고 있습니다.
이처럼 3차원레이저연구실은 레이저 기반 혁신 제조기술의 고도화와 상용화, 신소재 개발, 공정 최적화, 대면적·고정밀 패터닝 등 다양한 연구를 통해 미래 제조업과 융합기술의 발전을 선도하고 있습니다. 앞으로도 첨단 레이저 가공 및 융합기술 분야에서 세계적인 연구성과를 지속적으로 창출해 나갈 것입니다.
Laser Interference Lithography
Laser Micro-processing Technology
Laser-Induced Graphene
3D 레이저 프린팅 및 혁신적 적층 제조 기술
3D 레이저 프린팅은 기존의 제조 방식과는 달리, 레이저를 이용하여 다양한 재료를 정밀하게 적층함으로써 복잡한 3차원 구조물을 신속하게 제작할 수 있는 혁신적인 기술입니다. 본 연구실에서는 고출력 UV 레이저와 다양한 파장의 레이저를 활용하여 폴리머, 금속, 세라믹 등 다양한 소재의 3D 프린팅을 연구하고 있습니다. 특히, Nd:YVO4 3고주파 DPSS 레이저(355nm)를 이용한 폴리머 3차원 형상 가공기술은 높은 발진 효율과 낮은 유지비로 미세부품의 신속한 개발을 가능하게 하며, 고비용의 마스크 없이 직접식 가공이 가능한 장점이 있습니다.
이러한 기술은 하이브리드 공정과 결합되어, 고속 절삭과 저융점 금속 충진기법을 통해 다양한 금속 3차원 기능성 제품을 금형 없이 제조할 수 있습니다. 실제로 본 연구실에서 개발된 기술과 장비는 국내 기업에 기술이전 되었으며, 산업 현장에서 활용되고 있습니다. 또한, 대면적 나노패터닝과 곡면체의 간섭패턴 제작 등 다양한 응용 분야로 확장되고 있습니다.
3D 레이저 프린팅 기술은 맞춤형 의료기기, 전자부품, 바이오칩, 센서 등 첨단 산업 분야에서 혁신적인 제조 솔루션을 제공하며, 미래 제조업의 패러다임을 변화시키고 있습니다. 본 연구실은 이러한 기술의 고도화와 상용화를 목표로, 신소재 개발, 공정 최적화, 대면적·고정밀 패터닝 등 다양한 연구를 지속적으로 수행하고 있습니다.
UV 레이저 기반 미세·나노 가공 및 다공성 구조체 제작
UV 레이저를 활용한 미세 및 나노 가공 기술은 고에너지 광자를 이용하여 다양한 소재의 표면에 미세 구조를 형성하는 첨단 가공 방법입니다. 본 연구실은 200~400nm 파장대의 UV 레이저를 이용해 폴리머 박막, 금속 코팅 박막, 세라믹 박막 등 거의 모든 소재의 미세가공 및 미세 패터닝을 구현하고 있습니다. 특히, 화학적 발포제(CBA)와 레이저를 결합한 하이브리드 공정으로, 선택적이고 정밀한 마이크로·나노 다공성 구조체를 제작할 수 있습니다.
이러한 다공성 구조체는 조직공학, 연료전지, 태양전지, 환경 센서 등 다양한 분야에 응용되고 있습니다. 예를 들어, 폴리이미드 내부에 발포제를 혼합하거나, 레이저 빔 또는 레이저 쇼크 웨이브를 이용해 순간적으로 폭파시켜 좁은 영역에서 선택적인 마이크로 다공성 구조체를 형성할 수 있습니다. 또한, 레이저 직접묘화(LDW) 기법을 통해 나노초 레이저로 폴리머 박막의 유연센서, 바이오센서, 환경센서 등 차세대 센서 소자를 개발하고 있습니다.
이러한 미세·나노 가공 기술은 기존의 기계적 가공이나 포토리소그래피에 비해 공정이 단순하고, 마스크 없이 원하는 영역에 직접 패턴을 형성할 수 있어 시간과 비용을 절감할 수 있습니다. 본 연구실은 UV 레이저 기반의 미세가공 기술을 지속적으로 발전시켜, 차세대 전자소자, 바이오센서, 에너지 소재 등 다양한 첨단 산업 분야에 기여하고 있습니다.
레이저 유도 그래핀 및 나노복합소재 센서 응용
레이저 유도 그래핀(Laser-Induced Graphene, LIG)은 폴리머 표면에 레이저를 직접 조사하여 고도로 다공성인 그래핀 구조를 형성하는 혁신적인 기술입니다. 본 연구실은 UV 펄스 레이저(355nm)를 이용해 다양한 폴리머 기판 위에 LIG를 형성하고, 이를 기반으로 한 고성능 센서 및 기능성 소자를 개발하고 있습니다. LIG는 높은 전기전도도, 유연성, 넓은 표면적을 가지며, 다양한 금속 산화물 나노입자와의 복합화가 용이하여 센서 응용에 최적화되어 있습니다.
최근 연구에서는 LIG와 금속 산화물(예: TiO2, CuO, Fe3O4) 나노입자를 복합화하여 항균, 탈빙, 광촉매, 환경 센서, 바이오센서 등 다양한 응용 분야로 확장하고 있습니다. 예를 들어, LIG 기반의 유연 스트레인 센서, 땀 이온 센서, 습도 센서 등은 인체 건강 모니터링, 웨어러블 디바이스, 로봇 촉각 시스템 등에서 우수한 성능을 보이고 있습니다. 또한, LIG 기반 복합소재는 식품 안전, 환경 정화, 에너지 저장 등 다양한 산업 분야에서 차세대 핵심 소재로 주목받고 있습니다.
본 연구실은 레이저 공정의 최적화, 나노입자 복합화 기술, 센서 소자 설계 및 신뢰성 평가 등 전주기적 연구를 수행하고 있습니다. 이를 통해 LIG 기반의 고감도, 고내구성, 다기능 센서 및 스마트 소재 개발을 선도하며, 미래 지향적 융합기술의 발전에 기여하고 있습니다.
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Fe3O4/Laser-Induced Graphene as an Adsorbent for Microplastics Emitted from Household Wastewater
INTERNATIONAL JOURNAL OF PRECISION ENGINEERING AND MANUFACTURING-GREEN TECHNOLOGY, 2023.05
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Laser-assisted micro/nano-porous patterning with blowing agent on the surface of polyimide
POLYMERS & POLYMER COMPOSITES, 2022.09
3
Green Synthesis of Laser-Induced Graphene with Copper Oxide Nanoparticles for Deicing Based on Photo-Electrothermal Effect
NANOMATERIALS, 2022.03
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[LINC 3.0] 산학공동 기술개발과제_메타버스에서 텍스트 기반 대화형 AI 휴먼 에이전트 개발
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(이지바로) 나노 발포 구조체를 이용한 전면적 통기성 포장지 상용화 기술 개발
