Starting Point: How are transducers designed and fabricated to withstand extreme environments?
1st Basis: Micro/Nano Engineering
Micro/nano-engineering technologies allow us to tailor the intrinsic properties of materials, including their physical properties (e.g., bending modulus), chemical properties (e.g., surface area-to-volume ratio, SA:V), and optical properties (e.g., absorption spectrum). While the number of materials that can operate in extreme environments is extremely limited, the range of properties required in such conditions is extremely broad. To bridge this gap, we leverage micro/nano-engineering techniques to create diverse functionalities from a limited set of extreme-environment-compatible materials. Belows are examples of property tuning, which serve as the foundation for the two subsequent topics.
Micro/nano-engineering 기술은 물리적 특성 (굽힘계수), 화학적 특성 (부피대비단면적비), 광학적 특성(흡수 스펙트럼) 등 물질의 고유한 특성을 조절할 수 있게 해줍니다. 극한 환경에서 활용할 수 있는 물질의 종류는 매우 한정적인 반면, 극한 환경에서 요구되는 물성의 종류는 굉장히 다양합니다. 이러한 격차의 해소를 위해, 우리는 극한 환경에서 활용할 수 있는 제한된 물질에 micro/nano-engineering 기술을 활용하여 다양한 물성을 구현합니다. 아래는 이러한 물성 조절에 성공한 예시이며, 이는 현재 랩에서 연구중인 주제들을 위한 기반 기술로 활용됩니다.
Through microstructure engineering of the film, the bending direction and degree of the flexible shape-morphing film can be controlled,
Microstructuring을 통한 필름 구조 설계를 통해, 유연 형상 변화 필름이 휘는 방향과 정도를 조절하기도 하고,
By designing wself-standing nanostructures, the surface-area-to-volume ratio (SA:V) of the material can be maximized, enabling its usage as a catalyst,
Self-standing nanostructure의 설계를 통해, 물질의 SA:V를 극대화하고, 이를 촉매로 사용하기도 하고,
By introducing periodical nanopatterns, the optical properties of the material can be tuned, enabling the fabrication of holograms and optical filters.
Periodical nanopattern을 통해, 물질의 광학적 특성을 변화시켜 홀로그램과 광필터를 제작하기도 합니다.
2nd Basis: Transducers for Extreme Environments
A transducer is a device that converts a physical quantity of "A" into another physical quantity of "B". In particular, devices that convert various physical quantities into electrical signals (e.g., V, I, R) are called sensors, while those that convert physical quantities into mechanical motion (e.g., bending, stretching) are called actuators, and the devices that convert one form of energy into another (e.g., thermoelectric generator: thermal-to-elecrical energy conversion) are referred to as energy converters. Although the fabrication of transducers typically involves a wide range of materials, such material choices are often not feasible for use in extreme environments. Therefore, our lab utilizes micro/nano-engineering techniques to generate diverse physical properties from a limited set of materials compatible with harsh conditions, and applies them to transducer systems.
트랜스듀서란, 물리량 A를 물리량 B로 변환하는 장치를 의미합니다. 특히, 다양한 물리량을 전기적 신호 (V, I, R 등) 로 변환하는 장치를 센서라 하고, 기계적 신호 (굽힘, 신장 등) 로 변환하는 장치를 액츄에이터라 하고, 한 형태의 에너지를 다른 형태의 에너지로 변환하는 장치 (열전 발전기 등) 를 에너지 컨버터라 합니다. 트랜스듀서를 제작하기 위해서는 일반적으로 다양한 재료가 수반되어야 하지만, 이러한 재료 선택 전략은 극한 환경에서는 활용되기 어려운 경우가 많습니다. 따라서, 우리 연구실에서는 극한 환경에서도 사용 가능한 제한된 재료군을 기반으로, micro/nano-engineering 기법을 통해 다양한 물리적 특성을 구현하고, 이를 트랜스듀서 시스템에 적용하고 있습니다. 아래는 극한환경 트랜스듀서 시스템의 제작 및 활용 예시입니다.
Using a polyimide-based sensor, we have also developed an attachable biomedical sensor system for operation in extreme environments such as inside the human body,
Polyimide 기반의 셋업을 활용하여, 일종의 극한환경인 체내에서 활용하기 위한 attachable biomedical sensor system도 제작하고,
Fabricated a field-programmable shape-morphing film for potential use in outer space and other harsh environments,
Field-programmable한 shape morphing film을 제작하여 우주/험지 등의 환경에의 사용도 고려하고,
And enabled the application of originally brittle thermoelectric materials (e.g. Bi2Te3) in cryogenic and emergency environments by making them flexible through extreme thickness reduction.
원래는 Brittle한 열전 소재 (Bi2Te3)의 두께를 극단적으로 줄여 Flexible하게 만든 뒤, 이를 극저온, 조난 등의 환경에서 활용하기도 합니다.
Our Vision
EET Lab. focuses on the development of systems that enable resilience, monitoring, and adaptation in extreme environments.
Our research encompasses a broad spectrum of technologies - from resilient materials for harsh conditions, to sensing systems built upon them, and ultimately to energy generation systems that utilize extreme environments as a resource.
EET Lab. 은 위의 두 기반을 활용하여, 극한환경에서 견디고 (Resilience), 감시하고 (Monitoring), 적응하는 (Adaptive) 시스템에 대한 연구를 합니다.
극한환경에 견디기 위한 소재부터 이를 활용한 센서, 나아가서는 극한환경 자체를 활용한 전력 등의 에너지 생산까지, 다양한 시스템에 대한 연구가 현재 진행되고 있습니다.