현대 대부분의 첨단 소재는 multi-layer의 박막으로 구성되어 있으며, 다양한 기능성을 부여하기 위해 나노/마이크로 입자를 사용하고 있습니다. 코팅 또는 액체 공정 이후 고형화된 필름은 그 내부의 나노/마이크로 입자가 구성하고 있는 미세구조에 의해 물리, 화학, 전기, 광학적 성능이 결정됩니다. 본 연구단의 연구분야 중 하나는 해당 미세구조 분석하는 것입니다. 미세구조 분석은 정량화 된 데이터에 기초하여 어느 구조적 인자가 어떻게 제품의 성능에 영향을 미치는지에 대한 know-why를 찾아내는 과정으로, 모델링, 영상처리, 수치해석 등에 기반합니다.
특히, 배터리 전극구조의 경우는 다양한 종류, 크기, 성질을 가진 입자계로 구성된 박막으로 그 구조가 복잡하여 현재까지 많은 연구가 진행되고 있습니다. 본 연구단에서는 microstructural information을 추정하기 위해 3차원 구조분석장비 (x-ray CT, FIB-SEM 등)을 활용하여 그 구조를 시각화 하고, 영상처리에 기반하여 실제 전극의 형상을 재건하는 연구를 진행하고 있습니다.1 아울러 데이터를 얻는 과정에서의 시간, 비용적 단점을 보완하고자 실제 전극 구조와 통계적으로 등가의 가상 구조를 형성하는 기술을 보유하고 있으며, 해당 기술을 바탕으로 미세구조와 제품의 성능간의 상관 관계를 이해하는 것을 목표로 하고 있습니다.
$$ \begin{eqnarray*} \frac{\tau}{\epsilon} = \frac{\rho_\mathrm{eff}}{\rho_0} = \frac{\kappa_0}{\kappa_\mathrm{eff}} = \frac{D_0}{D_\mathrm{eff}} \end{eqnarray*} $$
1. Kim, D. et al. Image Segmentation for FIB-SEM Serial Sectioning of a Si/C–Graphite Composite Anode Microstructure Based on Preprocessing and Global Thresholding. Microsc Microanal 25, 1139–1154 (2019). ↩
