KR101285221B1 - micro-dynamic system applying high durability·low friction coating - Google Patents
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Abstract
고내구성·저마찰 코팅을 적용한 마이크로 동적 시스템이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 고내구성·저마찰 코팅을 적용한 마이크로 동적 시스템은, 접촉소자의 표면을 코팅층을 형성하되 코팅층은 접촉소자의 표면에 형성되는 CNT층 및 CNT층의 표면에 형성되는 연질층;을 포함한다.A micro dynamic system employing a high durability and low friction coating is disclosed. In the micro-dynamic system applying the high durability and low friction coating according to an embodiment of the present invention, the coating layer is formed on the surface of the contact element, but the coating layer is formed on the surface of the CNT layer and the CNT layer. It includes;
Description
본 발명은 고내구성·저마찰 코팅을 적용한 마이크로 동적 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a micro dynamic system employing a high durability, low friction coating.
마이크로 전기 시스템뿐만 아니라 마이크로 미러, 힌지, 스위치, 기어 및 액츄에이터 등과 같이 구동부를 가지는 다양한 마이크로 동적 시스템이 개발되어 성공적으로 구현되고 있으며, 이러한 마이크로 동적 시스템 중 상호 접촉되는 구동부의 경계면 상태는 장치의 효율성과 신뢰성을 결정하는 주요 요소로 인식되고 있다.In addition to micro-electrical systems, various micro dynamic systems with drives such as micro mirrors, hinges, switches, gears and actuators have been developed and successfully implemented. It is recognized as a major factor in determining reliability.
이에 따라, 마이크로 동적 시스템의 구성 부품들에 대한 트라이볼로지(tribology)적 특성을 최적화하기 위한 노력이 이루어지고 있으나, 마이크로 동적 시스템에는 그 점성과 표면 장력으로 인해 액상의 윤활제를 사용할 수 없다는 한계가 있다.As a result, efforts have been made to optimize the tribology characteristics of the components of the microdynamic system. However, due to its viscosity and surface tension, liquid lubricants cannot be used. have.
트라이볼로지(tribology)는 상대접촉 마찰운동을 하는 두 물체 또는 그 이상의 물체표면에서 발생하는 물리·화학적 상호작용에 관한 기술로, 물체의 표면이 접촉된 상태에서 정지 또는 운동하는 중에 마찰(friction), 마멸(wear), 윤활(lubrication) 작용으로 인한 특성적 접촉계면 현상을 다루는 실용적 과학기술을 일컫는다.Tribology is a technique for physical and chemical interactions that occur on two or more surfaces of a relative contact frictional motion. Friction occurs when a surface of an object is in contact with it or stops. It refers to practical science and technology that deals with the characteristic contact interface phenomena due to wear, lubrication and lubrication.
마이크로 동적 시스템의 접촉부 마찰 저감을 위해 SAMs(selfassembled monolayers), 이황화몰리브덴(MoS2), 그래파이트(graphite), 연질 금속(금, 은, 구리 등) 등의 코팅에 관한 연구들이 진행되었으며, 마모 저감을 위해서는 DLC(Diamond-like-carbon) 코팅에 관한 연구들이 진행되었다.Self-assembled monolayers (SAMs), molybdenum disulfide (MoS2), graphite, and soft metals (gold, silver, copper, etc.) have been studied to reduce contact friction in micro dynamic systems. Research has been conducted on diamond-like-carbon coatings.
최근에는 탄소나노튜브(CNT, Carbon nanotube)의 우수한 기계적인 특성을 트라이볼로지적 거동에 적용하기 위한 연구들이 수행되고 있으며, 탄소나노튜브를 접촉소자의 표면에 코팅시키는 것에 관한 연구와, 금속, 폴리머 소재 등에 탄소나노튜브를 첨가한 탄소나노튜브 복합재에 관한 연구들이 진행되고 있다.Recently, researches have been carried out to apply the excellent mechanical properties of carbon nanotubes (CNT) to tribological behavior, and studies on coating carbon nanotubes on the surface of contact elements, metals and polymers. Research on carbon nanotube composites in which carbon nanotubes are added to materials and the like is being conducted.
그러나, 연질 금속 등의 코팅에 의하면 마찰력 저감 특성이 우수한 반면 코팅의 마모로 인해 접촉 성능의 신뢰성을 보장하기 어려우며, 탄소나노튜브 코팅은 높은 표면 강성으로 인해 코팅체의 표면을 견고하게 보호하는 반면 접촉 대상이 되는 접촉대상물의 표면을 파손시키고 이로 인해 마찰력 증가를 유발한다는 문제점이 있었다.However, coatings such as soft metals have excellent frictional force reduction characteristics, but it is difficult to guarantee the reliability of contact performance due to the wear of the coatings, and carbon nanotube coatings protect the surface of the coatings due to high surface stiffness while There was a problem that damage the surface of the contact object to be caused thereby causing increased friction.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은, 고내구성을 가지는 소재와 저마찰 특성을 가지는 소재의 다층 코팅에 의해 고내구성과 저마찰 특성을 복합적으로 구현할 수 있는 고내구성·저마찰 코팅, 이를 적용한 동적 시스템을 구성하는 접촉소자의 접촉부 구조, 마이크로 동적 시스템 및 그 형성방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
The present invention devised to solve the problems as described above, the high durability and low friction coating that can implement a combination of high durability and low friction characteristics by a multi-layer coating of a material having a high durability and a material having low friction characteristics Another object of the present invention is to provide a contact structure of a contact element, a micro dynamic system, and a method for forming the same, which constitute a dynamic system using the same.
상술한 바와 같은 목적 달성을 위한 본 발명은, 소자 또는 구조물의 표면에 형성되는 코팅에 있어서, 탄소나노튜브(CNT, carbon nanotube)를 포함하여 구성되며, 상기 소자 또는 구조물의 표면에 형성되는 CNT층(20); 및 상기 탄소나노튜브보다 연성인 소재를 포함하여 구성되며, 상기 CNT층(20)의 표면에 형성되는 연질층(30);을 포함하는 고내구성·저마찰 코팅을 기술적 요지로 한다.The present invention for achieving the object as described above, in the coating formed on the surface of the device or structure, comprising a carbon nanotube (CNT, carbon nanotube), CNT layer formed on the surface of the device or
여기서, 상기 CNT층(20)은, 상기 탄소나노튜브 가닥이 서로 엉켜있는 메쉬(mesh) 구조로 형성될 수 있다.Here, the
또한, 상기 CNT층(20)은, 1㎚이상 내지 5㎛이하의 두께로 형성될 수 있다.In addition, the
또한, 상기 연질층(30)은, 연질 금속 입자들의 일부가 메쉬(mesh) 구조의 상기 CNT층(20)으로 침투되어 상기 CNT층(20)과 결속(anchoring)될 수 있다.In addition, in the
또한, 상기 연질층(30)은, 50G㎩ 보다 작은 전단탄성률(shear modulus)을 가지는 금속 소재로 구성될 수 있다.In addition, the
또한, 상기 연질층(30)은, Ag, Cu, Au 중 어느 하나 또는 2이상을 포함하여 구성될 수 있다.In addition, the
또한, 상기 연질층(30)은, 10㎚이상 내지 600㎚이하의 두께로 형성될 수 있다.In addition, the
또한, 본 발명은, 슬라이딩 접촉면을 가지는 동적 시스템의 접촉부 구조에 있어서, 상기 동적시스템의 접촉소자(10) 표면에 다수의 탄소나노튜브(CNT, carbon nanotube)가 결합되어 형성되며, 표면단부측에서 국부적으로 전달된 하중을 상기 다수의 탄소나노튜브로 분산 지지가능한 불규칙한 메쉬(mesh) 구조로 형성되는 CNT층(20); 및 상기 탄소나노튜브보다 연성인 금속 소재를 포함하여 구성되며, 상기 CNT층(20) 표면에 상기 CNT층(20)보다 낮은 표면조도로 상기 슬라이딩 접촉면을 형성하며 수직방향 접촉 하중을 상기 CNT층(20)측으로 전달하는 연질접촉부(31)와, 상기 연질접촉부(31) 중 상기 CNT층(20)과의 접촉단에 연속형성되며 금속 입자가 상기 탄소나노튜브 가닥 사이로 침투되어 상기 CNT층(20)과의 결속(anchoring) 구조를 구현하는 CNT결속부(32)가 구비되는 연질층(30);을 포함하는 동적 시스템을 구성하는 접촉소자의 접촉부 구조를 다른 기술적 요지로 한다.In addition, the present invention, in the structure of the contact portion of the dynamic system having a sliding contact surface, a plurality of carbon nanotubes (CNT, carbon nanotube) is formed on the surface of the
또한, 본 발명은, 구동부를 가지는 마이크로 동적 시스템에 있어서, 상기 동적 시스템의 구동부에 구비되며, 접촉대상물과 슬라이딩 접촉되는 접촉소자(10); 상기 접촉소자(10)의 슬라이딩 접촉부 표면에 탄소나노튜브(CNT, carbon nanotube)가 결합되어 형성되는 CNT층(20); 및 상기 탄소나노튜브보다 연성인 금속 소재로 구성되며, 상기 CNT층(20)보다 낮은 표면조도로 상기 CNT층(20) 표면을 커버링하며 일부가 상기 CNT층(20) 내부로 침투되게 결합되는 연질층(30);을 포함하는 마이크로 동적 시스템을 또 다른 기술적 요지로 한다.In addition, the present invention, a micro dynamic system having a drive unit, which is provided in the drive unit of the dynamic system, the
또한, 본 발명은, 소자 또는 구조물의 표면을 코팅함에 있어서, 상기 소자 또는 구조물의 접촉부 표면에 탄소나노튜브(CNT, carbon nanotube)를 결합 또는 증착하는 CNT층형성상태; 및 상기 탄소나노튜브보다 연성인 소재를 상기 탄소나노튜브 표면에 결합 또는 증착하는 연질층형성상태;를 포함하는 고내구성·저마찰 코팅 형성방법을 또 다른 기술적 요지로 한다.In addition, the present invention, in coating the surface of the device or structure, CNT layer formation state of bonding or depositing carbon nanotubes (CNT, carbon nanotube) on the contact surface of the device or structure; And a soft layer forming state of bonding or depositing a material that is softer than the carbon nanotubes to the surface of the carbon nanotubes.
여기서, 상기 CNT층형성상태는, 상기 소자 또는 구조물을 탄소나노튜브 용액에 침지하여 딥-코팅(dip-coating)에 의해 상기 탄소나노튜브 가닥이 서로 엉켜있는 메쉬(mesh) 구조로 형성할 수 있다.The CNT layer forming state may be formed in a mesh structure in which the carbon nanotube strands are entangled with each other by dip-coating by dipping the device or structure in a carbon nanotube solution. .
또한, 상기 탄소나노튜브 용액은, 이소프로필 알코올(IPA, isopropyl alcohol)을 분산제(dispersing agent)로 하여 상기 탄소나노튜브 가닥을 CNT : IPA = 1~10볼륨% : 90~99볼륨% 의 비율로 혼합하여 제작할 수 있다.In addition, the carbon nanotube solution, isopropyl alcohol (IPA, isopropyl alcohol) as a dispersing agent (dispersing agent) to the carbon nanotube strands in the ratio of CNT: IPA = 1-10% by volume: 90-99% by volume It can be produced by mixing.
또한, 상기 연질층형성상태는, 스퍼터링(sputtering)에 의해 금속 입자들이 메쉬(mesh) 구조를 이루는 상기 탄소나노튜브 가닥 사이로 일부 침투되도록 증착할 수 있다.In addition, the soft layer formation state may be deposited so that metal particles partially penetrate between the carbon nanotube strands forming a mesh structure by sputtering.
또한, 상기 탄소나노튜브 가닥 사이로 침투된 금속 입자에 의해 상기 탄소나노튜브로 구성되는 CNT층(20)과 상기 연질 금속 소재로 구성되는 연질층(30)간 결속(anchoring) 구조를 구현할 수 있다.
In addition, it is possible to implement an anchoring structure between the
상기와 같은 구성에 의한 본 발명은, 마이크로 동적 시스템을 구성하는 접촉소자의 표면에 CNT층과 연질층을 순차적으로 코팅함으로써, 고내구성을 가지는 소재와 저마찰 특성을 가지는 소재의 다층 코팅에 의해 고내구성과 저마찰 특성을 복합적으로 구현할 수 있다.The present invention according to the above configuration, by sequentially coating the CNT layer and the soft layer on the surface of the contact element constituting the micro dynamic system, it is high by the multi-layer coating of the material having high durability and the material having low friction characteristics Durability and low friction can be combined.
CNT층을 형성함에 있어서는 CNT 가닥이 서로 복잡하게 엉켜있는 메쉬(mesh) 구조로 형성하고, 연질층을 형성함에 있어서는 연질 금속 입자들이 메쉬 구조의 CNT층으로 일부 침투되도록 하여 CNT층과 연질층간 견고한 결속 구조를 구현함으로써, 탄소나노튜브의 우수한 기계적 강도에 따른 내마모성과 연질 금속(예를 들어, Ag)의 마찰력 저감 효과를 복합적으로 구현할 수 있다.In forming the CNT layer, the CNT strands are formed in a mesh structure in which the CNT strands are intricately intertwined with each other.In forming the soft layer, the soft metal particles are partially penetrated into the CNT layer in the mesh structure, thereby firmly binding the CNT layer and the soft layer. By implementing the structure, the wear resistance and the frictional force reduction effect of the soft metal (eg, Ag) according to the excellent mechanical strength of the carbon nanotubes can be complexly implemented.
즉, 마찰력 저감 성능이 우수한 연질 금속 소재 코팅의 단점인 낮은 내마모성은 CNT층 메쉬(mesh) 구조와의 견고한 결속(anchoring)에 의해 해결하고, 표면 보호 성능이 우수한 탄소나노튜브 코팅의 단점인 높은 마찰력은 표면에 결속된 연질 금속층에 의해 해결할 수 있다.That is, the low wear resistance, which is a disadvantage of the soft metal coating with excellent friction reduction performance, is solved by solid anchoring with the CNT layer mesh structure, and high friction, which is a disadvantage of the carbon nanotube coating with excellent surface protection performance. This can be solved by the soft metal layer bound to the silver surface.
또한, 접촉소자의 접촉 시, 표면에 작용하는 국부적인 하중을 CNT층의 메쉬 구조의 변형에 의해 유연하게 분산시킬 수 있으면서도, CNT층의 거친 표면을 연질층의 연질 특성에 의해 보다 낮은 표면거칠기(surface roughness)와 표면에너지(surface energy)를 가지는 표면 상태로 만들어 마찰력(마찰 계수)을 감소시킬 수 있다.In addition, while the local load acting on the surface of the contact element can be flexibly dispersed by deformation of the mesh structure of the CNT layer, the rough surface of the CNT layer is lowered by the soft property of the soft layer. The frictional force (friction coefficient) can be reduced by making the surface state having surface roughness and surface energy.
본 발명은 단일 소재에서 발생하는 단점들을 획기적으로 해소할 수 있는 새로운 형태의 다층(dual-layer) 코팅 구조를 개시하면서도, 단순한 공정에 의해 대상 소자의 크기, 형상과 무관하게 용이하게 적용할 수 있어, 고도의 정밀함과 마모의 최소화를 필요로 하는 다양한 분야에 적용되어 신뢰성과 수명을 향상시킬 수 있다.The present invention discloses a new type of dual-layer coating structure that can significantly solve the disadvantages occurring in a single material, but can be easily applied regardless of the size and shape of the target device by a simple process. In addition, it can be applied to various fields requiring high precision and minimization of wear, thereby improving reliability and longevity.
마이크로 미러, 힌지, 스위치, 기어 및 액츄에이터 등과 같이 구동부를 가지는 다양한 마이크로 동적 시스템 외에도, 초정밀 미소기기, MEMS 분야 및 극한 환경에서의 적용을 기반으로 하는 우주·항공 분야 등을 포함하여, 연성 및 저중량의 요건과, 마찰력과 마모량의 저감 성능이 종합적으로 요구되는 전 분야에 걸쳐 광범위하게 적용할 수 있다.
In addition to a variety of micro dynamic systems with drives such as micro mirrors, hinges, switches, gears and actuators, in addition to ultra-fine micromachines, MEMS applications and aerospace applications based on applications in extreme environments, It can be widely applied to all fields where requirements and performance of reducing friction and abrasion are comprehensively required.
도 1 - 본 발명의 제1실시예에 따른 고내구성·저마찰 코팅 구조를 도시한 개념도
도 2 - 평균 350㎚ 두께의 Ag 코팅을 적용한 비교예2의 주사전자현미경 사진
도 3 - 평균 3㎛의 두꺼운 CNT 코팅을 적용한 비교예3의 주사전자현미경 사진
도 4 - 평균 300㎚의 얇은 CNT 코팅을 적용한 비교예4의 주사전자현미경 사진
도 5 - 두꺼운 CNT 코팅과 Ag 코팅을 다층 형성한 시제품1의 주사전자현미경 사진
도 6 - 도 5의 단면 사진
도 7 - 도 6의 점선영역의 확대 사진
도 8 - 도 7의 점선영역의 확대 사진
도 9 - 얇은 CNT 코팅과 Ag 코팅을 다층 형성한 시제품2의 주사전자현미경 사진
도 10 - 도 9의 단면 사진
도 11 - 도 10의 점선영역의 확대 사진
도 12 - 3,600 cycles의 슬라이딩 마찰 실험 동안 마찰 계수의 실시간 변화를 나타낸 그래프
도 13 - 슬라이딩 마찰 실험의 초기와 3,600 cycles에서의 마찰 계수를 비교하여 나타낸 그래프
도 14 - 비교예2의 마모 메커니즘을 설명하고자 도시한 개념도
도 15 - 시제품1, 2의 마모 저감 메커니즘을 설명하고자 도시한 개념도
도 16 - 슬라이딩 마찰 실험 후의 마모율을 나타낸 그래프
도 17 - 슬라이딩 마찰 실험 후 비교예1의 마모 트랙의 광학 사진
도 18 - 슬라이딩 마찰 실험 후 비교예2의 마모 트랙의 광학 사진
도 19 - 슬라이딩 마찰 실험 후 비교예3의 마모 트랙의 광학 사진
도 20 - 슬라이딩 마찰 실험 후 비교예4의 마모 트랙의 광학 사진
도 21 - 슬라이딩 마찰 실험 후 실시예1의 마모 트랙의 광학 사진
도 22 - 슬라이딩 마찰 실험 후 실시예2의 마모 트랙의 광학 사진1-Conceptual view showing a high durability, low friction coating structure according to a first embodiment of the present invention
FIG. 2-Scanning electron micrograph of Comparative Example 2 applying Ag coating having an average thickness of 350 nm
3-Scanning electron micrograph of Comparative Example 3 applying a thick CNT coating having an average of 3㎛
4-Scanning electron micrograph of Comparative Example 4 applying a thin CNT coating having an average of 300 nm
Figure 5-Scanning electron micrograph of
6-cross-sectional picture of FIG.
7-enlarged photograph of the dotted line region of FIG.
8 to 7 are enlarged photographs of the dotted line region of FIG.
9-Scanning electron micrograph of prototype 2 having a thin CNT coating and Ag coating multilayered
Fig. 10-Cross section picture of Fig. 9
11-enlarged photograph of the dotted line area of FIG.
12-Graph showing the real-time change of the coefficient of friction during a sliding friction experiment of 3,600 cycles
Figure 13-Graph showing the friction coefficients at the beginning of the sliding friction experiment and at 3,600 cycles.
14-A conceptual diagram illustrating the wear mechanism of Comparative Example 2
15-A conceptual diagram illustrating the wear reduction mechanism of
16-Graph showing wear rate after sliding friction experiment
17-Optical photo of the wear track of Comparative Example 1 after the sliding friction experiment
18-Optical photo of the wear track of Comparative Example 2 after a sliding friction experiment
19-Optical photo of the wear track of Comparative Example 3 after a sliding friction experiment
20-Optical photo of the wear track of Comparative Example 4 after a sliding friction experiment
21-Optical photo of the wear track of Example 1 after a sliding friction experiment
22-Optical photo of the wear track of Example 2 after a sliding friction experiment
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 고내구성·저마찰 코팅 구조를 도시한 개념도로, 구동부를 가지는 마이크로 동적 시스템을 구성하는 접촉소자(10)의 접촉부 표면에 적용한 실시예가 도시되어 있다. FIG. 1 is a conceptual diagram showing a high durability and low friction coating structure according to a first embodiment of the present invention, in which an embodiment applied to a contact surface of a
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 고내구성·저마찰 코팅은, 접촉대상물(50)과 슬라이딩(미끄럼, 마찰) 접촉되는 상기 접촉소자(10)의 접촉부 표면에 탄소나노튜브(CNT, carbon nanotube)를 포함하는 CNT층(20)과, 상기 탄소나노튜브보다 연성인 소재를 포함하는 연질층(30)이 순차적으로 적층 형성된 구조를 가진다.Referring to FIG. 1, the high durability and low friction coating according to the first embodiment of the present invention is a carbon nanotube on a surface of a contact portion of the
상기 CNT층(20)은 상기 동적시스템의 접촉소자(10) 표면에 다수의 탄소나노튜브가 결합되어 형성되며, 상기 접촉대상물(50)과의 접촉에 의해 표면단부측(상기 연질층(30)측)에서 국부적으로 전달된 하중(접촉압력)을 상기 다수의 탄소나노튜브로 분산 지지가능한 불규칙한 메쉬(mesh) 구조로 형성된다.The
상기 연질층(30)은 상기 CNT층(20)보다 낮은 표면조도(surface roughness)로 상기 접촉대상물(50)과의 슬라이딩 접촉면을 형성하는 연질접촉부(31)와, 상기 탄소나노튜브 가닥 사이로 침투되어 상기 CNT층(20)과 결속(anchoring, interlocking)되는 CNT결속부(32)로 이루어진 구조를 가진다.The
상기 연질층(30)은 상기 탄소나노튜브보다 연성이면서 상기 접촉소자(10)보다는 강성인 소재를 포함하여 구성되되, 50G㎩ 보다 작은 전단탄성률(shear modulus)을 가지는 금속 소재로 구성되는 것이 바람직하며, 예를 들어, Ag은 27.8 GPa, Cu는 46.0 GPa, Au은 27.2 GPa의 전단탄성률을 가진다. 상기 연질층(30)은 Ag, Cu, Au 중 어느 하나 또는 2이상을 포함하여 구성될 수 있다.The
상호 접촉된 두 층간에 속도차가 있는 경우, 전단력(shear force)이 발생하고, 두 층간에 마찰(friction)이 생겨 전단력에 저항하게 되는데, 전단탄성률(shear modulus)은 물질이 수직방향의 변형에 저항하는 능력을 나타내는 수치로, 물질이 다시 원 상태로 돌아갈 수 있는 미소 변형에서만 성립하는 탄성 지수이다.When there is a speed difference between two layers in contact with each other, a shear force occurs, and friction occurs between the two layers, thereby resisting the shear force. The shear modulus causes the material to resist deformation in the vertical direction. It is a measure of the ability to do so, which is the elasticity index that holds only in the micro-deformation where the material can return to its original state.
상기 연질접촉부(31)는, 상기 CNT층(20)과 비교해, 상기 접촉대상물(50)과 보다 적은 마찰력으로 슬라이딩 접촉가능한 연질 소재의 유연하고 매끄러운 표면, 즉, 상대적으로 낮은 표면거칠기(surface roughness)와 표면에너지(surface energy)를 가지는 표면을 제공함으로써 마찰력 저감 효과를 구현한다.Compared with the
상기 접촉대상물(50)과의 접촉에 의한 수직방향(슬라이딩 방향 기준) 접촉압력은, 상기 연질접촉부(31)를 통해 상기 CNT층(20)측으로 전달된다.The vertical (sliding direction) contact pressure by the contact with the
상기 접촉대상물(50)과의 접촉압력은 상기 연질층(30)의 마모를 유발하는 주요한 요인인데, 상기 연질접촉부(31)의 연성에 의해 일부가 감쇠됨과 동시에 대부분이 상기 CNT층(20)으로 그대로 전달되고 상기 CNT층(20)을 구성하는 상기 다수의 탄소나노튜브 가닥으로 분산되어 감쇠된다.The contact pressure with the
상기 CNT층(20)를 메쉬 구조로 형성하면, 상기 CNT층(20)의 표면에 작용하는 국부적인 하중에 의해 상기 다수의 탄소나노튜브 가닥이 유연하게 변형되면서 하중을 유연하게 감쇠 및 분산시키게 되어 상기 연질층(30)의 마모와 파손을 최소화하면서 접촉압력을 효과적으로 줄일 수 있다.When the
상기 CNT결속부(32)는 상기 연질접촉부(31) 중 상기 CNT층(20)과의 접촉단에 일체로 연속형성되되, 불규칙한 메쉬 구조를 가지는 상기 탄소나노튜브 가닥 사이의 중공으로 그 구성 입자가 침투되어 상기 CNT층(20)으로부터의 이탈이 구속되는 견고한 결속 구조를 구현하게 된다.The CNT
상기 CNT결속부(32)의 두께가 두꺼울수록 상기 CNT층(20)과 연질층(30)간의 결속 구조를 보다 견고하게 구현할 수 있으며, 이는 실리콘 웨이퍼(Si wafer)와 같은 벌크(bulk)형 접촉소자의 표면에 금속 코팅을 직접 적용하는 경우, 그 결합 깊이, 결합 면적 등이 접촉소자의 표면조도에 의해 결정되는 것과 차별된다.As the thickness of the
상기와 같은 다층(dual-layer) 코팅 구조에 의해, 기존에 단일 소재(혼합 소재 포함) 적용으로 인한 마모 및 마찰 문제를 동시에 해결할 수 있다. 즉, 탄소나노튜브 메쉬구조의 복합 적용에 의해 연질 금속 소재 등의 마모로 인한 문제를 해결하면서도, 연질 소재의 복합 적용에 의해 표면강성을 연화 제어함으로써 탄소나노튜브의 과도한 표면강성으로 인한 문제를 해결하여 마찰력을 저감시킬 수 있다.By such a dual-layer coating structure, it is possible to simultaneously solve the wear and friction problems caused by the application of a single material (including a mixed material). In other words, it solves the problem caused by wear of soft metal materials by complex application of carbon nanotube mesh structure, and solves the problem caused by excessive surface stiffness of carbon nanotube by softening and controlling surface stiffness by composite application of soft material. The friction force can be reduced.
또한, 동일한 정도의 마찰 및 마모 저감 성능을 구현할 수 있는 벌크(bulk)형 코팅이 개시된다 하더라도, 본 발명의 실시예에 의하면 상기 CNT층(20)에 의해 상대적으로 작은 밀도를 구현할 수 있어, 중량에 민감한 미세소자나, 장치의 전체 중량에 영향을 끼칠 정도로 폭넓은 면적에 걸쳐 고내구성·저마찰 코팅이 적용되는 경우, 보다 유용하게 적용할 수 있다.In addition, even if a bulk coating is disclosed that can achieve the same degree of friction and wear reduction performance, according to the embodiment of the present invention, a relatively small density can be realized by the
상기 CNT층(20)은 1㎚이상 내지 5㎛이하의 두께 범위 내에서, 상기 연질층(30)은 10㎚이상 내지 600㎚이하의 두께 범위 내에서, 그 실시 조건을 종합적으로 고려하여 보다 적합한 것을 적용하는 것이 바람직하다.
The
다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 고내구성·저마찰 코팅의 형성방법에 대해 설명하기로 한다.Next, a method of forming a high durability and low friction coating according to an embodiment of the present invention will be described.
상기 본 발명의 제1실시예에 따른 고내구성·저마찰 코팅의 적용대상이 되는 마이크로 동적 시스템은, 마이크로 벌크 마이크로머시닝(bulk micromachining)과 표면 마이크로머시닝 (surface micromachining) 등을 포함한 공지의 마이크로 가공 공정의 조합에 의해 지정 형태로 가공할 수 있다.The micro dynamic system to which the high durability and low friction coating according to the first embodiment of the present invention is applied includes known micromachining processes including micro bulk micromachining, surface micromachining, and the like. It can be processed into a specified form by the combination of.
본 발명의 제1실시예에 따른 고내구성·저마찰 코팅의 형성방법은, 상기 마이크로 동적 시스템의 접촉소자(10)의 접촉부 표면에 탄소나노튜브(CNT, carbon nanotube)를 결합 또는 증착하여 상기 CNT층(20)을 형성하는 CNT층형성상태와, 상기 탄소나노튜브보다 연성인 소재를 상기 CNT층(20) 표면에 결합 또는 증착하여 상기 연질층(30)을 형성하는 연질층형성상태를 순차적으로 거쳐 이루어질 수 있다.In the method for forming a high durability and low friction coating according to the first embodiment of the present invention, the CNT is formed by bonding or depositing carbon nanotubes (CNTs) on the contact surface of the
상기 CNT층형성상태에서는, 상기 접촉소자(10)의 접촉부를 탄소나노튜브 용액에 침지하는 딥-코팅(dip-coating) 방식에 의해 상기 탄소나노튜브 가닥이 서로 엉켜있는 메쉬(mesh) 구조로 형성한다.In the CNT layer forming state, the carbon nanotube strands are formed in a mesh structure in which the carbon nanotube strands are entangled with each other by a dip-coating method in which the contact portion of the
상기 탄소나노튜브 용액은 이소프로필 알코올(IPA, isopropyl alcohol)을 분산제(dispersing agent)로 하여 상기 탄소나노튜브 가닥을 CNT : IPA = 1~10볼륨% : 90~99볼륨% 의 비율로 혼합하여 제작할 수 있다.The carbon nanotube solution may be prepared by mixing the carbon nanotube strands at a ratio of CNT: IPA = 1 to 10% by volume: 90 to 99% by volume with isopropyl alcohol (IPA, isopropyl alcohol) as a dispersing agent. Can be.
본 발명의 제1실시예에서는 상기와 같은 딥-코팅 방식에 의해 상기 다수의 탄소나노튜브가 서로 엉켜져 있는 불균일한 형상으로 상기 CNT층(20)을 형성하고 있으나, 상기 다수의 탄소나노튜브가 불균일하게 서로 엉켜져 있는 구조로 상기 CNT층(20)을 형성할 수 있다면, 다른 딥-코팅 방식이나, 화학기상증착법(CVD, chemical vapor deposition) 등의 다른 방식이 적용될 수도 있다.In the first embodiment of the present invention, the
또한, 본 발명의 제1실시예에서는 상기 CNT층(20)을 형성함에 있어서 상기 다수의 탄소나노튜브가 서로 엉켜져 있는 불균일한 형상으로 형성하고 있으나, 상기 서술한 바와 같은 마찰, 마모 저감 특성을 구현가능하다면, 화학기상증착법 등에 의해 탄소나노튜브 어레이(CNT array, Carbon Nano Tube array) 형태로 형성한 실시예를 포함하여 특정한 구조와 형상으로 한정되지 않는다.In addition, in the first embodiment of the present invention, in forming the
상기 연질층형성상태에서는, 스퍼터링(sputtering)에 의해 연질 입자들이 메쉬(mesh) 구조를 이루는 상기 탄소나노튜브 가닥 사이로 일부 침투되도록 증착할 수 있으며, 상기 탄소나노튜브 가닥 사이로 침투된 연질 입자에 의해 상기 CNT층(20)과 상기 연질층(30)간 결속(anchoring) 구조를 구현하게 된다.In the soft layer forming state, by sputtering, the soft particles may be deposited to partially penetrate between the carbon nanotube strands forming a mesh structure, and the soft particles penetrate between the carbon nanotube strands. An anchoring structure between the
매우 높은 에너지를 가진 입자를 음극물질에 충돌(예를 들어, 이온 빔 등)시키면, 충돌위치 주변의 원자들에게 그 에너지가 전달되어 원자들 중 일부는 외부로 튕게 나가게 되는데, 이러한 현상을 스퍼터링(sputtering) 현상이라 부르며, 표적재료 원자들은 증기상으로 방출되어 반대측에 위치한 피처리물(본 발명의 제1실시예에서는 상기 접촉소자(10)의 접촉부)에 증착된다.When a particle with a very high energy impinges on a cathode material (eg ion beam), the energy is transferred to the atoms around the collision site and some of the atoms bounce outwards. Called a sputtering phenomenon, target material atoms are released in the vapor phase and deposited on the workpiece (the contact portion of the
이러한 스퍼터링에 의하면 충돌 입자의 운동량을 표적재료 원자들에 직접 전달할 수 있어, 일반적인 진공증착(vacuum evaporation)이나 이온플레이팅(ion plating)에 비해, 표적재료 원자들을 상기 CNT층(20) 내부로 명확하고 용이하게 침투시킬 수 있다.
This sputtering allows the impingement of impingement particles to be transferred directly to the target material atoms, resulting in clear target material atoms into the
다음으로, 상기 본 발명의 실시예에 따라 실제로 제작된 고내구성·저마찰 코팅의 고내구성(High durability), 저마찰(low friction) 특성을 다양한 실험을 통해 확인하기로 한다.Next, the high durability and low friction characteristics of the high durability and low friction coating actually manufactured according to the embodiment of the present invention will be confirmed through various experiments.
도 2, 3, 4는 각각 실리콘 웨이퍼(Si wafer)(비교예1)의 표면에 평균 350㎚ 두께의 Ag 코팅을 적용한 비교예2, 평균 3㎛의 두꺼운(thick) CNT 코팅을 적용한 비교예3, 평균 300㎚의 얇은(thin) CNT 코팅을 적용한 비교예4의 주사전자현미경(SEM, scanning electron microscope) 사진이다.2, 3, and 4 are Comparative Examples 2 in which an Ag coating having an average thickness of 350 nm was applied to a surface of a Si wafer (Comparative Example 1), and Comparative Example 3 in which an average 3 μm thick CNT coating was applied. , Scanning electron microscope (SEM) photograph of Comparative Example 4 to which an average of 300 nm thin CNT coating was applied.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 제작된 시제품 중 상기 비교예3의 두꺼운 CNT 코팅과 상기 비교예2의 Ag 코팅을 다층(dual-layer) 적용한 시제품1의 주사전자현미경 사진이며, 도 6는 도 5의 단면 사진이고, 도 7은 도 6의 점선영역의 확대 사진이며, 도 8은 도 7의 점선영역(상기 CNT결속부(32))의 확대사진이다.FIG. 5 is a scanning electron microscope photograph of the
그리고, 도 9은 본 발명의 실시예에 따라 제작된 시제품 중 상기 비교예4의 얇은 CNT 코팅과 상기 비교예2의 Ag 코팅을 다층 적용한 시제품2의 주사전자현미경 사진이며, 도 10은 도 9의 단면 사진이고, 도 11은 도 10의 점선영역(상기 CNT결속부(32))의 확대 사진이다.And, Figure 9 is a scanning electron microscope photograph of the prototype 2 applied a thin CNT coating of Comparative Example 4 and the Ag coating of Comparative Example 2 of the prototype produced according to an embodiment of the present invention, Figure 10 is 11 is an enlarged photograph of a dotted line region (the CNT binding portion 32) of FIG.
상기 시제품1, 2를 제작함에 있어서, 상기 CNT층(20)을 형성함에 있어서는 실리콘 웨이퍼상에 다중벽 탄소나노튜브(Multi-walled Carbon Nanotube)를 메쉬 구조로 코팅하고, 상기 연질층(30)을 형성함에 있어서는 스퍼터링 방식에 의해 일부 Ag 입자들이 메쉬 구조의 상기 CNT층(20)으로 침투되도록 형성하였다. In manufacturing the
핀-왕복운동(pin-on-reciprocator) 방식의 마찰계(tribotester)를 이용하여 상기 비교예1, 비교예2, 비교예3, 비교예4, 시제품1, 시제품2의 마찰·마모 실험을 수행하였다.Friction and wear experiments of Comparative Example 1, Comparative Example 2, Comparative Example 3, Comparative Example 4,
왕복운동의 스트로크(stroke)는 왕복 변위 4㎜, 속도 1㎐로 구동되었으며, 코팅 표면을 마모시키기 위한 핀(pin)은 0.5㎜ 직경인 지르코니아(Zirconia, ZrO2) 재질의 구형 볼을 이용하였다. 또한, 모든 실험에 대해 수직하중 20mN을 일괄적으로 적용하고, 전체 슬라이딩 마찰 시간을 3,600 cycles로 동일하게 적용하였다.The stroke of the reciprocating motion was driven at a reciprocating displacement of 4 mm and a speed of 1 kPa, and a pin for abrasion of the coating surface was made of a spherical ball made of Zirconia (ZrO2) material having a diameter of 0.5 mm. In addition, for all experiments, the vertical load of 20mN was applied in a batch, and the total sliding friction time was applied equally to 3,600 cycles.
도 12는 3,600 cycles의 슬라이딩 마찰 실험 동안 상기 비교예1, 비교예2, 비교예3, 비교예4, 시제품1, 시제품2의 마찰 계수의 실시간 변화를 나타낸 그래프이고, 도 13은 슬라이딩 마찰 실험의 초기 상태(after 10 cycles)와 최종 상태(after 3,600 cycles)에서의 마찰 계수를 비교하여 나타낸 그래프이다.12 is a graph showing a real-time change of the friction coefficient of Comparative Example 1, Comparative Example 2, Comparative Example 3, Comparative Example 4,
도 12, 13을 참조하면, 상기 비교예1(도 12, 13의 Si wafer), 비교예2(Ag 코팅)(도 12, 13의 Ag)는, 초기에는 낮은 마찰 계수를 가지다가, 실험이 지속됨에 따라 마모로 인해 마찰 계수가 0.55~0.6까지 지속적으로 증가하는 경향을 가지는 것을 확인할 수 있다.12 and 13, Comparative Example 1 (Si wafer of FIGS. 12 and 13) and Comparative Example 2 (Ag coating) (Ag of FIGS. 12 and 13) initially have a low coefficient of friction, As it continues, it can be seen that the friction coefficient tends to increase continuously from 0.55 to 0.6 due to wear.
이와 비교해, 상기 비교예3(두꺼운 CNT 코팅)(도 12, 13의 T)은, 초기에는 탄소나노튜브 가닥들에 의한 구조적인 영향과 강한 강성에 의해 0.55 정도의 높은 마찰 계수를 가지다가, 실험 지속됨에 따라 마찰 계수가 0.74까지 증가된 후 스테이디(steady) 상태로 수렴하는 것을 확인할 수 있다.In comparison, Comparative Example 3 (thick CNT coating) (T of FIGS. 12 and 13) initially had a high coefficient of friction of about 0.55 due to structural influences and strong stiffness caused by carbon nanotube strands. As it persists, the friction coefficient increases to 0.74 and then converges to a steady state.
상기 비교예4(얇은 CNT 코팅)(도 12, 13의 t)은, 초기에는, 상기 비교예3과 마찬가지로, 0.55 정도의 마찰 계수를 가지다가, 100 cycles 정도에서 마찰 계수가 최대가 된 후, 500 cycles 지점까지 급격히 감소하고, 그 후 완만한 감소 추세를 보이다가 0.3 정도의 작은 마찰 계수로 스테이디(steady) 상태로 수렴하는 것을 확인할 수 있다. Comparative Example 4 (thin CNT coating) (t in FIGS. 12 and 13) initially had a friction coefficient of about 0.55, similarly to Comparative Example 3, and after the friction coefficient became maximum at about 100 cycles, It can be seen that it rapidly decreases to 500 cycles, then slowly decreases, and then converges to a steady state with a small coefficient of friction of 0.3.
상기 시제품1, 2(두꺼운 CNT-Ag 코팅, 얇은 CNT-Ag 코팅)(도 12, 13의 T/Ag, t/Ag)는 초기에는 100 cycles 부근에서 0.3~0.35 정도의 비교적 작은 마찰 계수를 가지다가, 실험이 지속되어도 확연한 변화 없이 일정하게 스테이디(steady) 상태를 유지하는 것을 확인할 수 있다.
상기 비교예1, 비교예2, 비교예3, 비교예4, 시제품1, 시제품2에 대한 3,600 cycles 동안의 장시간 마찰 실험을 통해, 초기 상태(10 cycles 직후)의 마찰 계수보다 최종 상태(3,600 cycles 후)의 마찰 계수(마찰력)가 현격히 증가하는 것을 확인할 수 있다.Through the long-term friction test for 3,600 cycles for Comparative Example 1, Comparative Example 2, Comparative Example 3, Comparative Example 4,
이는, 초기 상태에서는 코팅의 표면이 마모되기 전의 상태로 마찰 계수가 측정되었으며, 최종 상태에서는 코팅의 표면에 마모가 발생된 상태로 마찰 계수가 측정된 것을 의미한다.This means that in the initial state, the friction coefficient was measured before the surface of the coating was worn, and in the final state, the friction coefficient was measured with the wear occurring on the surface of the coating.
또한, 상기 시제품1, 2의 마찰 계수 상승폭이, 비교예1 내지 4의 코팅들에 비해 작은 것은, 상대적으로 우수한 마찰 감소 성능을 구현하는 것을 의미하며, 상기 시제품1, 2가 낮은 마찰 계수를 지속적으로 유지하는 것은 코팅 상태가 마모없이 지속적으로 유지되는 것을 의미한다.In addition, the smaller friction coefficient rise of the
도 14의 (a), (b)는 상기 비교예2(Ag 코팅)의 마모 메커니즘을 설명하고자 도시한 개념도이며, 도 15의 (a), (b)는 상기 시제품1, 2(두꺼운 CNT-Ag 코팅, 얇은 CNT-Ag 코팅)의 마모 저감 메커니즘을 설명하고자 도시한 개념도이다.14 (a) and 14 (b) are conceptual views illustrating the wear mechanism of Comparative Example 2 (Ag coating), and FIGS. 15 (a) and 15 (b) illustrate the
상기 비교예2(Ag 코팅)의 경우, 접촉대상물(핀-왕복운동(pin-on-reciprocator) 방식의 마찰계(tribotester)의 핀(pin))과의 슬라이딩 마찰에 의해, 도 14의 (a)에 도시된 바와 같이, Ag층의 표면 일부가 밀려 박리(delamination)되며 파편(debris)이 발생되다가, 최종 상태에서는, 도 14의 (b)에 도시된 바와 같이, 대부분이 마모되며 실리콘 웨이퍼가 노출되었다.In the case of Comparative Example 2 (Ag coating), by sliding friction with the contact object (pin of the tribotester of the pin-on-reciprocator method), (a) As shown in Fig. 6), a portion of the surface of the Ag layer is pushed to delamination and debris is generated. In the final state, as shown in FIG. Exposed.
이와 비교해, 상기 시제품1, 2(두꺼운 CNT-Ag 코팅, 얇은 CNT-Ag 코팅)의 경우, 초기에는, 도 15의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 연질층(30)(Ag 코팅)의 표면 일부가 밀려 떨어져 나가며 파편이 발생되었으나, 마찰 실험의 시간이 지속되더라도, 도 15의 (b)에 도시된 바와 같이, 확연한 마모의 진행없이 상기 CNT층(20)상에 상기 연질층(30)이 결속된 상태가 안정적으로 유지되었다.In comparison, in the case of the
도 16은 상기 비교예1, 비교예2, 비교예3, 비교예4, 시제품1, 시제품2을 3,600 cycles로 슬라이딩 마찰 실험한 상태의 마모율(마모량)을 나타낸 그래프이다.16 is a graph showing the wear rate (abrasion amount) of the comparative example 1, Comparative Example 2, Comparative Example 3, Comparative Example 4,
도 16을 참조하면, 상기 비교예3(T)의 마모율이 가장 크고, 다음으로 상기 비교예1(Si), 비교예2(Ag)의 순서로 마모율이 크게 측정된 것을 확인할 수 있으며, 상기 시제품1(T/Ag), 시제품2(t/Ag)는 가장 작은 마모율을 가지는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 16, it can be seen that the wear rate of the comparative example 3 (T) is the largest, and the wear rate of the comparative example 1 (Si) and the comparative example 2 (Ag) is measured in the order of the largest, and the prototype It can be seen that 1 (T / Ag) and prototype 2 (t / Ag) have the smallest wear rate.
상기 비교예4(t)의 마모율은 상기 비교예3(T)과 비교해 현저히 낮은 것을 확인할 수 있으나, 도 16의 마모율은, 상기 비교예1, 비교예2, 비교예3, 비교예4, 시제품1, 시제품2 각각의 코팅층 부피에 대한 상대값이 아니라, 절대값을 나타내는 것으로, 상기 비교예4(t)의 마모율은 상기 비교예4(t)를 구성하는 얇은 CNT 코팅층의 부피와 동일한 정도이므로, 얇은 CNT 코팅 전체가 완전히 마모된 것으로 판단할 수 있다.It can be seen that the wear rate of Comparative Example 4 (t) is significantly lower than that of Comparative Example 3 (T), but the wear rate of Figure 16, Comparative Example 1, Comparative Example 2, Comparative Example 3, Comparative Example 4, a
즉, 도 16에서 상기 비교예4(t)의 마모율이 상대적으로 작은 것이 얇은 CNT 코팅의 내마모성이 우수하다는 것을 뜻하지는 않으며, 도 12, 13에서 상기 비교예4(t)의 최종 상태(after 3,600 cycles)의 마찰 계수(마찰력)가 상기 비교예1(Si)의 초기 상태(after 10 cycles)의 마찰 계수와 유사한 0.27 정도로 낮게 측정된 것 또한, 얇은 CNT 코팅의 완전한 마모로 인한 것으로 판단할 수 있다.That is, the relatively low wear rate of Comparative Example 4 (t) in FIG. 16 does not mean that the wear resistance of the thin CNT coating is excellent, and the final state of the Comparative Example 4 (t) in FIGS. 12 and 13 (after 3,600). The friction coefficient (frictional force) of the cycles) measured as low as 0.27 similar to the friction coefficient of the initial state (after 10 cycles) of Comparative Example 1 (Si) can also be judged to be due to the complete wear of the thin CNT coating. .
도 17 내지 도 22는 3,600 cycles로 슬라이딩 마찰 실험한 상기 비교예1, 비교예2, 비교예3, 비교예4, 시제품1, 시제품2 각각의 마모트랙의 광학 사진(optical images)으로, 마모트랙을 따라 7개소로 분할하여 촬상한 후 연속되게 통합하였다.17 to 22 are optical images of the wear tracks of the comparative example 1, comparative example 2, comparative example 3, comparative example 4,
상기 비교예1의 마모트랙을 촬상한 도 17을 참조하면, 실리콘 웨이퍼 표면(녹색)에 마모가 발생한 것을 명확하게 확인할 수 있다.Referring to FIG. 17, which captures the wear track of Comparative Example 1, it can be clearly seen that wear has occurred on the silicon wafer surface (green).
상기 비교예2의 마모트랙을 촬상한 도 18을 참조하면, Ag 코팅(연노랑색)의 두께방향 대부분이 마모되어 실리콘 웨이퍼(녹색)가 노출되고, 마모과정에서 박리된 Ag 파편이 마모트랙의 가장자리, 특히 왕복 변위의 양단부로 밀려난 것을 발견할 수 있다.Referring to FIG. 18 in which the wear track of Comparative Example 2 is photographed, most of the Ag coating (light yellow) in the thickness direction is worn and the silicon wafer (green) is exposed, and the Ag debris peeled off during the wear process is the edge of the wear track. In particular, it can be found that they are pushed to both ends of the reciprocating displacement.
상기 비교예3의 마모트랙을 촬상한 도 19를 참조하면, 두꺼운 CNT 코팅(은색)이 압착된(squeezed) 상태로 그대로 유지되어 있는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 19 in which the wear track of Comparative Example 3 is imaged, it can be seen that the thick CNT coating (silver) is kept in a squeezed state.
상기 비교예4의 마모트랙을 촬상한 도 20을 참조하면, 얇은 CNT 코팅(금색)의 두께방향 대부분이 마모되어 실리콘 웨이퍼(흰색) 표면이 드러난 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 20, in which the wear track of Comparative Example 4 is photographed, it can be seen that most of the thickness direction of the thin CNT coating (gold) is worn and the silicon wafer (white) surface is exposed.
상기 실시예1, 2의 마모트랙을 촬상한 도 21, 22를 참조하면, 두꺼운 CNT-Ag 코팅(Ag : 노란색)과 얇은 CNT-Ag 코팅(Ag : 노란색)의 Ag가 압착된 상태로 그대로 유지되어 있는 것을 확인할 수 있으며, 이로부터 상기 CNT층(20)과 연질층(30)간 결합(anchoring) 구조에 따른 마찰 및 마모 저감 효과를 확인할 수 있다.21 and 22 of the wear tracks of the first and second embodiments, the thick CNT-Ag coating (Ag: yellow) and the thin CNT-Ag coating (Ag: yellow) are kept in a compressed state. It can be confirmed that, from this it can be confirmed the friction and wear reduction effect according to the structure (anchoring) structure between the
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 상기 실시예들을 기존의 공지기술과 단순히 조합적용한 실시예와 함께 본 발명의 특허청구범위와 상세한 설명에서 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 변형하여 이용할 수 있는 기술은 본 발명의 기술범위에 당연히 포함된다고 보아야 할 것이다.
While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It is to be understood that the techniques which can be used by those skilled in the art to which the present invention belongs are included in the technical scope of the present invention.
10 : 접촉소자 20 : CNT층
30 : 연질층 31 : 연질접촉부
32 : CNT결속부 50 : 접촉대상물10: contact element 20: CNT layer
30: soft layer 31: soft contact portion
32: CNT binding unit 50: contact object
Claims (14)
상기 동적 시스템의 구동부에 구비되며, 접촉대상물과 슬라이딩 접촉되는 접촉소자(10);
상기 동적시스템의 접촉소자(10) 표면에 다수의 탄소나노튜브(CNT, carbon nanotube)가 결합되어 형성되며, 표면단부측에서 국부적으로 전달된 하중을 상기 다수의 탄소나노튜브로 분산 지지가능한 불규칙한 메쉬(mesh) 구조로 형성되는 CNT층(20); 및
상기 탄소나노튜브보다 연성인 금속 소재를 포함하여 구성되며, 상기 CNT층(20) 표면에 상기 CNT층(20)보다 낮은 표면조도로 상기 슬라이딩 접촉면을 형성하며 수직방향 접촉 하중을 상기 CNT층(20)측으로 전달하는 연질접촉부(31)와, 상기 연질접촉부(31) 중 상기 CNT층(20)과의 접촉단에 연속형성되며 금속 입자가 상기 탄소나노튜브 가닥 사이로 침투되어 상기 CNT층(20)과의 결속(anchoring) 구조를 구현하는 CNT결속부(32)가 구비되는 연질층(30);
을 포함하는 마이크로 동적 시스템.
In a micro dynamic system having a drive,
A contact element (10) provided in the driving unit of the dynamic system and in sliding contact with the contact object;
A plurality of carbon nanotubes (CNTs) are formed on the surface of the contact element 10 of the dynamic system, and an irregular mesh capable of distributing and supporting the load transferred locally from the surface end side to the plurality of carbon nanotubes. CNT layer 20 formed of a (mesh) structure; And
It is composed of a metal material that is softer than the carbon nanotubes, the sliding contact surface is formed on the surface of the CNT layer 20 with a lower surface roughness than the CNT layer 20 and the vertical contact load is applied to the CNT layer 20 The soft contact portion 31 to be delivered to the side, and the continuous contact is formed at the contact end with the CNT layer 20 of the soft contact portion 31 and the metal particles penetrate between the carbon nanotube strands and the CNT layer 20 and Soft layer 30 is provided with a CNT binding portion 32 to implement the anchoring structure of (anchoring);
Micro dynamic system comprising a.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020110069389A KR101285221B1 (en) | 2011-07-13 | 2011-07-13 | micro-dynamic system applying high durability·low friction coating |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020110069389A KR101285221B1 (en) | 2011-07-13 | 2011-07-13 | micro-dynamic system applying high durability·low friction coating |
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KR20110067794A (en) * | 2009-12-15 | 2011-06-22 | 한국전기연구원 | Method of fabricating carbon nanotube reinforced metal composite film and the probe device for chip testing produced thereby |
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Patent Citations (2)
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JP2010536710A (en) | 2008-04-03 | 2010-12-02 | エスエヌユー アールアンドディービー ファウンデーション | Conductive nano thin film and micro electro mechanical system sensor using the same |
KR20110067794A (en) * | 2009-12-15 | 2011-06-22 | 한국전기연구원 | Method of fabricating carbon nanotube reinforced metal composite film and the probe device for chip testing produced thereby |
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