적층제조된 3차원 표면 전극구조물의 마찰력 능동 제어

Abstract

마찰계수는 접촉되는 두 표면의 형상 뿐만 아니라 기계적인 성질에 따라 결정된다. 최근 적층제조 기술들은 높은 정밀도의 기계부품 생산이 가능하며, 이를 효과적으로 활용하면 표면의 3차원 형상 및 기계적 성질을 생산 단계에서 자유로이 제어할 수 있으므로 표면마찰을 고려한 제품 설계 및 생산을 가능하게 한다. 이에 더하여, 표면에 전극 구조를 함침시켜 국부적인 전기장을 형성시킨다면, 정전기적인 인력을 발생시킴으로써 마찰력을 능동적으로 제어하는 것이 가능하다. 본 연구에서는 다양한 3차원 형상의 표면구조물들을 광경화 적층 제조 기술을 통해 구현하고, 정전기력을 제어할 수 있는 전극 소재를 증착시킴으로써 마찰력을 가역적으로 제어가능한 능동 마찰 제어 표면을 구현할 수 있음을 소개한다. 3차원의 표면 구조물들은 광경화성 수지 적층 조형 방식인 SLA(Stereo Lithography) 기술과 탄성중합체(elastomer)를 소재로 활용하여 제작한다. 제작된 표면구조는 기계적으로 변형이 쉬우면서도 탄성 복원력이 뛰어난 특성을 갖게 되며, 적층제조 과정에서 표면구조의 형상 및 기계적 구조를 다양하게 변화시키고 이에 따른 마찰계수 변화 양상을 마찰 실험을 통해 확인한다. 또한 제작된 3차원 표면 구조물에 전도성이 높은 은 나노 와이어 패턴을 증착하여 높은 기계적 변형에서도 전기적 전도성을 유지할 수 있는 3차원 표면 전극구조물을 제작한다. 외부의 전원공급장치에서 발생되는 0-3kV의 고전압을 전극 패턴에 인가함으로써 두 표면사이의 전기적인 인력의 크기가 변화하며, 인가 전압을 제어하여 마찰력을 가변적으로 조작할 수 있음을 정량적으로 검증한다.