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- 화학공학/고분자공학부 김지용 교수 연구팀, 탄소 중립을 위한 최적 탄소자원화 기술 규명
- 화학공학/고분자공학부 김지용 교수 연구팀, 탄소 중립을 위한 최적 탄소자원화 기술 규명 - 70여개의 이산화탄소를 이용한 에너지 생산 경로 개발 - 최적화 기법을 이용하여 국내 실정에 적합한 최적 탄소자원화 기술 규명 - 향후 탄소 중립을 위한 기술 개발 및 정책 수립에 핵심 자료로 활용 기대 성균관대학교(총장 신동렬) 화학공학부 김지용 교수 연구팀(공동 제1저자 Do Thai Ngan, 유찬희 연구원)이 탄소중립을 위한 최적 탄소 자원화 경로를 규명했다. 이로써 최근 활발히 진행되고 있는 탄소 중립 실현을 위한 다양한 정책과 기술 개발에 큰 기여를 할 것으로 기대를 모으고 있다. 탄소 중립이란 인간의 활동에 의한 온실가스 배출을 최대한 줄이고, 남은 온실가스는 포획, 제거 또는 재활용함으로써 실질적인 배출량이 0(Zero)가 되는 개념이다. 최근 전 세계적으로 파리 협정 등 기후 변화 대응을 위한 탄소 중립 체제 구현에 많은 노력을 가하고 있다. 특히 해외 에너지 의존도가 높고, 이산화탄소 배출량이 상대적으로 많은 국내 에너지 구조의 특징으로 인해 탄소를 이용하여 에너지를 재생산하는 “탄소자원화” 전략은 탄소 중립을 실현하는 가장 적극적인 기술이다. 이를 위해 정부 주도의 R&D 및 국내 많은 에너지 기업들은 탄소 자원화를 위해 다양한 기술을 개발하고 실증화하고 있다. 현재 개발 중인 탄소자원화 기술은 촉매반응 전환, 열화학적 및 전기화학적 분해 방법 등 매우 많은 종류의 전환기술이 있으며, 생산 가능한 고부가가치 물질 또한 메탄올, 올레핀, 휘발유 등 매우 다양하다. 즉 2050 탄소 중립을 위한 실효적인 탄소자원화 목표와 전략 수립이 매우 시급한 반면, 다양한 기술들의 경제적 경쟁력과 환경적 효과는 아직 규명되지 못하고 있는 실정이다. [연구 그림] 고부가가치 물질 연료 생산 기술 개발 및 분석 이에 김지용 교수 연구팀은 전 세계적으로 그 효과가 탁월한 70개의 모든 탄소자원화 경로를 분석하였으며, 공정 모델 개발을 통해 각 기술들의 경제적, 환경적, 에너지 관점에서 수준과 한계를 정량적으로 분석하였다. 특히 국내 에너지 구조 분석을 통하여 최적화 모델 기반 국내 실정에 가장 적합한 탄소 자원화 기술을 규명하였다. 김지용 교수는 “탄소 중립을 위한 정부 R&D 지원 정책의 선택과 집중을 지원함으로써 이산화탄소 저감 및 에너지 국산화에 가장 실효적인 정책을 수립할 수 있고, 국내 주요 에너지 기업들의 미래 에너지 시장에서의 사업 모델 구축 및 투자 전략 수립에도 큰 기여를 할 수 있을 것”이라며 “현재 탄소 중립을 위한 다양한 정부 기관 및 기업들과의 협력을 통해 본 연구 성과의 확산에 집중하고 있다”고 연구 의의를 설명했다. 본 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 기후변화대응기술 개발사업의 지원으로 수행되었으며, 국제학술지 에너지환경과학(Energy & Environmental Science, Impact Factor=38.53, JCR 환경과학분야 상위 0.1%)에 12.20(월) Advance Article 논문으로 출판되었다. ※논문명 : A CO2 utilization framework for liquid fuels and chemical production: techno-economic and environmental analysis ※저자 : 김지용 교수(교신저자, 성균관대학교 화학공학부), Do Thai Ngan 연구원 (공동 1저자, 성균관대학교 석박통합과정), 유찬희 연구원(공동 1저자, 성균관대학교 석박통합과정)
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- 작성일 2022-01-19
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- 신소재공학과 정현석 교수, 페로브스카이트 태양전지 상용화 공정기술로 2021 과학기술부 기후변화대응 대표기술 10선 선정
- 신소재공학과 정현석 교수, 페로브스카이트 태양전지 상용화 공정기술로 2021 과학기술부 기후변화대응 대표기술 10선 선정 원천기술 확보하여 상업화 단계로의 진입 장벽을 낮추고, 친환경적이고 지속가능한 태양전지 재활용 기술개발로 국가기술경쟁력을 높이는데 기여 신소재공학과 정현석 교수가 개발한 페로브스카이트 태양전지 상용화 공정기술이 과학기술정보통신부(한국연구재단) 주관 2021년 범부처 기후변화대응 대표기술 10선에 선정되어 과학기술정보통신부 장관상을 수상했다. 지난 12월 22일 일산 킨텍스에서 개최된 2021 기후변화대응 대표기술 10선 성과공유회 및 시상식에서 정현석 교수는 페로브스카이트 태양전지의 상업화를 위해 대면적화 및 태양전지 재활용 관련 연구를 수행하여 다수의 특허 등록 및 출원으로 원천기술을 확보하여 상업화 단계로의 진입 장벽을 낮추고, 친환경적이고 지속가능한 태양전지 재활용 기술개발로 국가 기술경쟁력을 높이는데 기여한 공로를 인정받아 수상의 영예를 안았다. 정 교수의 연구성과로 인하여 우리나라는 대면적 코팅 공정 기술, 모듈화 기술 개발로 실용화가 가능한 페로브스카이트 태양전지 생산 기술을 확보하여 새로운 광에너지 소자에 대한 국제적 경쟁력을 제고하고, 혁신 소재 및 에너지 소자 분야의 산업화를 국제적으로 선도할 것으로 기대된다. 또한 태양전지 재활용 기술 개발을 통해 태양전지의 환경유해성을 보완함으로써 친환경이고 지속 가능한 페로브스카이트 태양전지 시장 성장의 기반이 되어 우리나라의 해외 기술 의존도를 낮추고, 태양전지 미래 시장을 선점하는 데 큰 기여를 할 것으로 평가되었다. 정현석 교수는 금번 수상에 대하여 “페로브스카이트 태양전지 상용화 기술개발을 위해 함께 열정적으로 연구해왔던 대학원생 및 공동연구원, 그리고 동료교수님들 모두의 성과”라며 “성균관대학의 지속적인 지원에 힘입어 이렇게 좋은 결실을 맺음에 진심어린 감사 말씀드린다. 앞으로도 성실하게 연구와 교육에 정진하여 국가과학기술 발전에 이바지 할 수 있도록 최선을 다하겠다”고 소감을 밝혔다. [그림 1] 대면적 페로브스카이트 코팅공정 기술 [그림 2] 페로브스카이트 태양전지 모듈 재활용 기술
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- 작성일 2022-01-19
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- 신소재공학과 강주훈 교수 연구팀, 부분적 도핑 공정을 활용한 3진법 소자 개발
- 신소재공학과 강주훈 교수 연구팀, 부분적 도핑 공정을 활용한 3진법 소자 개발 - 2진법 소자의 물리적 한계를 극복할 수 있는 차세대 반도체 소재․소자 기술 [사진] 이동준 박사, 강주훈 교수, 정명진 연구원, 김지현 연구원(좌측부터 시계방향으로) 성균관대학교(총장 신동렬) 신소재공학과 강주훈 교수 연구팀(제1저자 김지현 박사과정, 정명진 석사과정 연구원)이 3진법 연산이 가능한 차세대 반도체 소재 및 소자 기술을 개발했다. 최근 4차 산업혁명의 핵심인 인공지능, 자율주행, IoT 등의 기술에 대한 수요가 많아지면서 대규모 정보 처리 기술에 대한 수요가 높아지고, 이를 빠르게 처리하는 고성능 반도체 연구개발 또한 주목을 받고 있다. 0과 1 두 가지 숫자로 정보를 처리하는 2진법 기반의 반도체 소자는 단위 면적당 집적도 향상을 위한 물리적 한계에 가까워지고 있으며, 이에 짧은 정보처리 시간, 높은 성능, 낮은 소비전력 등의 조건을 만족하기 위한 새로운 패러다임으로 0, 1, 2 의 세 가지 숫자, 혹은 그 이상의 숫자로 정보를 처리하는 다진법 소자 구현에 관한 연구가 대안으로 제시되었다. 기존의 다진법 소자는 일함수가 다른 반도체 물질을 이종 접합하여 두 개 이상의 문턱 전압을 형성하는 방식으로 구현했다. 하지만 서로 다른 반도체 물질을 정교하게 접합하는 공정은 생산성이 떨어지고, 따라서 실산업 응용을 위한 대면적화에 어려움이 있었다. [연구 그림] 소자 구조의 모식도와 구동원리 이러한 난제를 해결하기 위해 연구팀은 용액 공정을 활용하여 대면적의 단일 반도체 물질 필름을 형성하고, 다진법 소자를 구현할 수 있는 기술을 개발했다. 차세대 반도체 물질로 각광 받는 이차원 이황화 몰리브덴에 국소적 화학 처리를 통해 단일 물질에서 서로 다른 문턱전압을 갖는 영역을 형성하고, 이를 순차적으로 구동하여 3진법 정보 처리를 위한 “0”, “1”, “2” 상태를 안정적으로 구현했다. 더불어 본 3진법 반도체 소자를 이용하여 대규모 정보 처리를 위한 다양한 논리 연산 또한 안정적으로 구동하는 것을 확인했다. 강주훈 교수는 “본 기술 구현을 위한 소자구조는 기존의 반도체 공정상의 큰 변경이나 추가 없이 웨이퍼 단위의 대면적 다진법 소자 구현이 가능하다는 점에서 기초연구를 넘어 실제 반도체 산업에 적용이 가능할 것으로 기대된다”고 밝혔다. 연구진은 향후 이상적인 반도체 소재 조합을 추가로 설계하고 실제 구현을 통해 3진법을 초과하는 다진법 연구에 본 기술을 확장하여 적용할 계획이다. 본 연구는 과학기술정보통신부 신진연구자지원사업(No. 2020R1C1C1009381) 등의 지원을 받아 수행되었으며, 소재 분야의 권위지인 나노레터스(Nano Letters, IF=11.189)에 11.15(월) 온라인 게재되었고, 향후 표지논문으로 정식 출판될 예정이다. ※ 논문명 : Area-Selective Chemical Doping on Solution-Processed MoS2 Thin-Film for Multi-Valued Logic Gates
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- 작성일 2022-01-19
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- 화학공학/고분자공학부 박재형 교수 연구팀, 종양유래 엑소좀 억제제 기반의 면역치료 전략 제시
- 화학공학/고분자공학부 박재형 교수 연구팀, 종양유래 엑소좀 억제제 기반의 면역치료 전략 제시 - 세포 독성 T 세포활성화를 통한 면역관문억제제의 한계 극복 기대 [사진] 박재형 교수, 신정민 박사(왼쪽부터) 성균관대학교(총장 신동렬) 화학공학/고분자공학부 박재형 교수 연구팀(제1저자 신정민)이 경북대학교 의과대학 백문창 교수 연구팀(공동 제1저자 이찬형)과 함께 암세포의 엑소좀(exosome) 생성 및 분비를 억제하는 약물을 기반으로 면역관문억제제의 효능을 크게 향상시키는 병용치료 기술을 개발했다. 면역관문억제제(immune checkpoint inhibitor)는 세포 독성 T세포(cytotoxic T cell)의 활성을 유도하는 항체기반 면역치료제로서, 흑색종, 두경부암, 폐암, 유방암 등 다양한 암 종에 효과가 있다. 특히, 일부 말기 암 환자를 완치시키는 놀라운 효과로 인해 3세대 항암제로 부각되고 있으며, 2018년 노벨 생리의학상을 수상한 꿈의 치료제이다. 하지만 이러한 꿈의 치료제도 단일요법으로는 효과를 보이는 환자가 15-45%에 불과해 여전히 많은 사람들이 치료제의 혜택을 보지 못하고 있는 실정이다. [그림 1] SFX와 aPD-L1 항체의 치료기작 개념도 최근 면역관문억제제가 듣지 않는 결정적 이유로 엑소좀 PD-L1(exosomal PD-L1)이 지목되었다. 종양세포에서 분비된 엑소좀 PD-L1은 혈액을 통해 온몸을 순환하면서 세포 독성 T세포의 사멸을 유도하고 면역관문억제제의 기능을 저해하는 것으로 알려져 있다. 즉, 암세포는 엑소좀 PD-L1을 이용해 암 세포를 공격하는 면역세포를 비활성화 시키고 투여된 치료제를 무력화시키는 전략으로 대항을 하고 있는 것이다. [그림 1] 엑소좀 분비 억제 및 종양 성장 억제 효능 공동연구진은 암 세포의 엑소좀 분비를 억제할 수 있다면 면역관문억제제의 한계를 극복할 수 있을 거라는 판단아래, 임상에 적용되고 있는 약물을 대상으로 고속대량스크리닝(high throughput screening)을 통하여 기존에 항생제로 사용되고 있던 설피속사졸 (sulfisoxazole, SFX)을 후보약물로 선정하여 연구를 수행하였다. 그 결과, SFX는 암세포의 엑소좀 PD-L1 분비를 효과적으로 억제하였고, 이러한 억제 효과가 T 세포의 활성화로 이어짐을 확인하였다. 또한, 동물실험을 통해 면역관문억제제와 SFX의 병용 투여가 T 세포 기반의 항암면역반응을 유발하여 단일 요법 대비 종양 치료 효과를 대폭 향상시킬 수 있음을 검증하였다. 연구를 주도한 박재형 교수는 "종양유래 엑소좀 PD-L1 분비억제 기능이 있는 SFX는 면역관문억제제로 치료가 되지 않거나 효능이 미비한 환자에게 적용 가능하며, 기존 면역관문억제제로 치료되지 않았던 다양한 암종에 확대적용 가능 할 것으로 기대된다”고 연구의 의의를 설명하였다. 현재 SFX는 엑소좀 치료제 바이오 벤처인 ㈜엑소스템텍에 기술 이전되어, 엑소좀 분비억제제와 면역관문억제제 병용치료로는 세계 최초 사례로 임상시험(1/2a 상)이 진행 중이다. 연구팀은 후속 연구로 SFX를 포함하는 고분자-약물접합체(Polymer-Drug Conjugate, PDC)와 항체-약물접합체(Antibody-Drug Conjugate, ADC)기반의 나노의약품 개발에 매진하고 있다. 본 연구성과는 삼성미래기술육성센터가 주관하는 삼성미래기술육성사업의 지원으로 수행되었으며, 국제 학술지 `어드밴스드 사이언스(Advanced Science, IF 16.806)'에 12월 20일(월) 게재되었다. ※ 논문명 : Sulfisoxazole elicits robust antitumour immune response along with immune checkpoint therapy by inhibiting exosomal PD-L1
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- 작성일 2022-01-10
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- 신소재공학과 15학번 이형욱 학생, '일상생활 영상 데이터 인공지능 모델 알고리즘 개발 해커톤' 최우수상 수상
- 신소재공학과 15학번 이형욱 학생, '일상생활 영상 데이터 인공지능 모델 알고리즘 개발 해커톤' 최우수상 수상 신소재공학과와 컬처앤테크놀로지 융합전공을 복수전공하고 있는 15학번 이형욱 학생이 과학기술정보통신부와 한국지능정보사회진흥원 그리고 (주)메트릭스에서 주최한 '일상생활 영상 데이터 인공지능 모델 알고리즘 개발 해커톤'에서 최우수상을 수상해 상금 500만원을 받았다. 이형욱 학생은 건국대 컴퓨터공학과에 재학중인 친형 이형일과 팀으로 참가해 '일상생활 영상 데이터를 이용한 메타버스 3D Map 구현'이라는 작품을 제출했다. 본 작품은 브이로그의 촬영위치와 영상 데이터를 분석하여 메타버스에 활용유저들이 즐길 수 있는 3D Map 구현이다. 이형욱 학생은 “짧은 기간 안에 준비하여 부족한 점이 많았지만, 수상의 영광을 얻게 되어 매우 기쁩니다. 앞으로도 성균관대의 이름을 빛내는 융합형 인재가 될 수 있도록 노력을 계속하겠습니다”라고 말했다. ※ 대회 홈페이지 https://dataton.gabia.io/sub.php?code=6&mode=view&no=9&category=&page=1&search=&keyword=
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- 작성일 2022-01-10
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- 화학공학/고분자공학부 유필진 교수 연구팀, 전해질 내 극미량 금속이온과 촉매 구조 간 상호작용 규명을 통한 고활성 수전해 촉매기술 개발
- 화학공학/고분자공학부 유필진 교수 연구팀, 전해질 내 극미량 금속이온과 촉매 구조 간 상호작용 규명을 통한 고활성 수전해 촉매기술 개발 - 고효율/고안정성 차세대 전기촉매 소재 개발을 위한 전해질/촉매 간 상관관계의 기초원리 규명 성균관대학교(총장 신동렬) 화학공학/고분자공학부 유필진 교수 연구진(제1저자 Clament Sagaya Selvam 박사 및 공동저자 최관현 박사)과 윤원섭 교수 연구진은 서울대학교 이원보 교수의 계산연구진과 함께, 물에 전력을 인가하여 수소‧산소 기체를 생산하는 수전해 기술의 효율을 결정하는 산소발생반응(수소발생반응의 짝반응) 촉매의 표면과 전해질과의 상호작용 기초 원리를 규명하고 이를 기반으로 높은 효율과 안정성을 보이는 고성능 촉매를 개발하는 데 성공했다. * 수전해(Water electrolysis): 물 전기분해라고도 불리며, 전기 에너지를 통해 물에 산화/환원 화학반응을 유도하여 수소와 산소 기체로 분해시키는 기술 2050 탄소중립이라는 공공의 목표를 위해 전 세계적인 탈탄소화 전략이 논의되고 있으며, 우리나라는 탄소중립 아젠다의 적극적인 실현을 위해 청정 수소를 10대 기술 중 하나로 선정해 총괄적인 수소관련 기술 개발을 진행하고 있다. 따라서 수소에너지는 산업적, 경제적 파급효과가 막대한 미래 에너지 기술 자원이자 새로운 신성장 동력이다. [연구그림 1] 산소발생반응 각 단일 단계 반응의 모색도 현재까지도 수소 생산의 97% 이상은 석탄과 같은 화석에너지 연료 기반의 개질공정을 통해 이루어지고 있고, 이를 대체하기 위해 적은 에너지로도 물을 분해하여 수소 및 산소를 생산할 수 있는 고성능 전기촉매의 개발이 요구되고 있다. 하지만 수전해 과정에서 상대적으로 용이하게 진행되는 수소발생 반응과는 달리 산소발생 반응은 높은 에너지 부하를 요구하면서도 촉매활성의 저하가 빠르게 진행되어, 수전해 기술의 상용화를 가로막는 가장 큰 걸림돌로 작용해왔다. 연구진은 나노구조를 가진 다양한 전도성 기재(코발트-황, 코발트-인, 코발트-셀레늄 화합물) 표면 3종류에 대해 산소 발생 반응 전후의 구조 변화 관찰을 통해, 각 촉매 소재가 전해질 상으로 용해되는 현상을 관찰하고, 그 결과 코발트-황 화합물 소재가 장시간 구동 안정성이 확보된 형태의 우수한 전도성 기재임을 확인했다. [연구그림 2] 최종 촉매 구조의 형성 모색도 하지만 코발트-황 기재에서의 황 원소가 촉매 구동 중 용출이 되는 현상이 발생하여, 이러한 용출 현상을 개선하면서도 촉매 성능을 향상시키기 위해 효과적인 산소발생 촉매로 알려진 니켈옥시하이드록사이드(NiOOH) 층을 전기도금법을 이용하여 얇게 코팅했다. 그 결과, 동일한 조건에서 구동 안정성이 비약적으로 향상되면서, 이와 동시에 촉매 효율도 높아지는 특성을 확보했다. 나아가 연구진은 촉매의 효율과 내구성이 동시에 향상되는 현상이 단순히 표면에 새롭게 코팅된 니켈옥시하이드록사이드 층의 우수한 촉매 성능에서 기인한 것이 아니라, 전해질 내 1pm 수준으로 극미량 존재하는 철 이온이 촉매 성능에 지대한 영향을 주는 것을 규명했다. 특히, 니켈옥시하이드록사이드 촉매 표면과 전해질 내의 철 이온이 동적으로 실시간 상호작용을 함으로써 철이 도핑된 형태의 니켈옥시하이드록사이드 촉매 층으로 재건되는 현상을 세계최초로 규명했다. * 1 ppm: 백만분의 1 (0.0001%)에 해당하는 극미량 농도 또한 연구진은 다양한 전기화학적 분석, 실시간 X-선 흡수 분광법* 및 계산과학을 이용한 분석 결과를 바탕으로 촉매 성능 향상의 주요 원인이 기존 니켈옥시하이드록사이드 촉매 표면 상 미량의 철 금속 원자가 효과적으로 함침되어 발생되는 다양한 시너지 효과임을 규명했다.* 실시간 X-선 흡수 분광법(operando X-ray Absorption Spectroscopy): 물질 내 전자가 X-선을 흡수하는 성질이 물질에 따라 다르다는 특성을 이용. 특히 촉매의 산화수 및 결합 구조 등이 전기화학 반응 중 어떻게 변화하는지에 대한 정보를 실시간으로 얻을 수 있는 고도 분석 방법 연구진은 철 금속원자 도핑-니켈옥시하이드록사이드로 이루어진 신규 산소발생 촉매를 수전해 장치의 음극에 적용하였으며, 그 결과 기존의 이리듐 촉매를 사용한 상용 수전해 장치에 비해 비약적으로 향상된 산소 발생 성능을 달성하였고(0.345 V 과전압 인가조건에서 400 mA 전류 출력 발생), 50시간 이상의 장기구동에서도 높은 전류 출력 성능을 유지함으로써 높은 내구성을 갖는 것을 확인했다. 개발된 기술은 새로운 촉매구조를 제안하고 신규 반응기작을 규명한 연구의 일환으로, 고효율 산소발생반응용 촉매 소재 디자인의 범주를 넓힐 수 있고, 향후 다양한 금속산화물 기반 촉매소재 개발을 통한 산업발전에도 직접적으로 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구는 한국연구재단의 미래소재디스커버리 사업, 중견연구자사업 및 기초연구실 사업의 지원으로 수행되었으며, 에너지과학/첨단소재 분야의 세계적 권위지인 미국 화학회의 ACS Energy Letters (Impact Factor: 23.101, JCR 나노과학기술분야 상위 3.3%) 저널에 표지논문으로 12월 10일자로 게재되었다. ※ 논문명 : “Unveiling the Impact of Fe Incorporation on Intrinsic Performance of Reconstructed Water Oxidation Electrocatalyst” ※ https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.1c01983
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- 작성일 2022-01-10
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- 성균관대학교 HEVEN팀 대학생 자작자동차대회 기술아이디어부문 최우수상 수상
- 성균관대학교 HEVEN팀 대학생 자작자동차대회 기술아이디어부문 최우수상 수상 한국자동차공학회에서는 미래의 자동차산업인 육성을 위해 대학생 자작자동차대회를 2007년부터 매년 개최하고 있다. 이번에는 코로나로 2차례 연기한 끝에 지난 12월 3일부터 5일까지 3일간 새만금군산자동차경주장에서 개최되어 76개대학, 113팀이 참가하였다. 여기서 성균관대학교 자작자동차동아리 HEVEN(지도교수 황성호교수; 회장 최유선)에서는 EV 기술아이디어부문과 디자인부문에 참가하였으며, The Great HEVEN팀(팀장 조동욱)이 ‘A-pillar 사각지대 시야 확보’라는 아이디어로 기술아이디어부문 금상을 수상하였다. 기계공학부 학생들뿐만 아니라 전자전기공학, 토목공학, 공학계열학생 등 다양한 전공의 학생들이 함께 협력하여 진정한 융합기술을 통하여 우수한 성과를 내었다. 기술아이디어부문 출품작(A-pillar 사각지대 시야 확보)
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- 작성일 2021-12-29
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- 2021 성공 공로상 시상식 개최
- 공과대학은 12월 8일(수) ‘2021 성공 공로상 시상식’을 개최하여 성공 공로상 수상하신 교수님들께 상패 및 부상을 전달했다. 성공 공로상은 공과대학과 학과의 발전을 위해 헌신하신 교수님들께 드리는 상이며, 성공 공로상 수상자들에게는 성공 공로상 상패와 부상으로 골드코인이 수여되었다. 2021 성공 공로상 수상자는 화학공학/고분자공학부 김동환, 김재윤 교수님, 신소재공학부 주진호, 백정민 교수님, 기계공학부 송성진, 최혁렬 교수님, 건설환경공학부 김진구, 윤홍식 교수님, 시스템경영공학과 노상도 교수님, 건축학과 권문성 교수님, 나노공학과 이진욱 교수님이다. 이날 행사에는 성공 공로상 수상자, 이내응학장, 백승현, 박승희부학장, 각 학부(과)장 및 행정실 관계자가 참석하였다.
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- 작성일 2021-12-22
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- 기계공학부 정형모 교수 연구팀, 원자 수준의 공간을 가지는 고성능 이산화탄소 환원 전기화학 촉매 소재 개발
- 기계공학부 정형모 교수 연구팀, 원자 수준의 공간을 가지는 고성능 이산화탄소 환원 전기화학 촉매 소재 개발 - 재료 분야 국제학술지 Advanced Functional Materials 10월 23일 게재 - 탄소자원화 및 에너지 소재 개발을 위한 핵심 원천기술 될 것으로 기대 성균관대학교(총장 신동렬) 기계공학부 정형모 교수 연구팀(제1저자 김문경 박사과정 연구원)이 UNIST 권영국 교수, DGIST Stefan Ringe 교수와의 공동연구를 통하여 원자 수준의 공간을 가지는 이산화탄소 환원 전기화학 촉매 소재를 개발해 이산화탄소 환원 반응의 경쟁 반응인 수소 발생 반응을 효과적으로 억제하여 이산화탄소 환원 반응의 높은 활성도, 선택도 및 안정성의 특성을 가지는 전기화학 촉매 소재를 개발했다. [그림 1] 전기화학적 양이온 주입 공정의 개략도 전기화학적 이산화탄소 환원 기술은 온실가스 배출이 없는 친환경 에너지원으로부터 생산된 전기에너지를 바탕으로 이산화탄소를 고부가가치의 화합물 또는 연료를 변환하는 기술로 에너지 및 환경 문제를 동시에 해결할 수 있는 차세대 미래 기술로 주목받고 있지만, 이산화탄소 환원 반응의 경쟁 반응인 수소 발생 반응에 의해 활성도 및 선택도가 제한되어 실질적인 적용과 활용이 어려운 실정이다. 정형모 교수 연구팀은 전기화학적 양이온 주입 공정을 개발하여 주석 산화물 소재 내 원자 수준의 결함 및 공간을 단계적 공정 조건에 따라 연속적으로 제어하였고, 주사 투과 전자 현미경을 이용한 단층 촬영 및 3차원 구조화를 통해 전기화학적 양이온 주입 공정을 활용하여 주석 산화물 소재 내 원자 수준으로 계면을 제어할 수 있음을 밝혀냈다. [그림 2] 양이온 주입 공정 전기화학적 양이온 주입 공정의 양이온 주입량 조건을 단계적으로 제어하여 입계와 같은 결함이 형성되고, 형성된 결함이 증식 및 확장되어 주석 산화물 소재 내 원자 수준의 공간이 형성되는 것을 확인하였으며, 따라서 원자 수준(6Å)의 공간을 가지는 주석 산화물 소재 합성을 성공하였다. [그림 3] 주석 산화물 입자 간 공간 분석 6Å 크기의 공간을 가지는 주석 산화물 소재는 공정이 적용되지 않은 상용 주석 산화물 소재와 비교하여 낮은 과전압을 보일 뿐만 아니라 17.4배 및 1.2배 향상된 활성도 및 선택도를 보였으며, 50시간 동안 활성도 및 선택도가 유지되어 높은 활성도, 선택도 및 안정성을 갖는 주석 산화물 기반 이산화탄소 환원 전기화학 촉매 소재를 개발하였다. [그림 4] 주석 산화물의 전기화학적 이산화탄소 환원 성능 또한 밀도범함수이론(Density Functional Theory) 계산을 통해 주석 산화물 소재가 6Å 크기의 원자 수준 공간을 가질 때, 수소 발생 반응을 효과적으로 억제할 수 있어 율속 단계의 중간화합물 형성 에너지가 안정화될 수 있음을 밝혀냈다. [그림 5] 이산화탄소 환원 반응의 메커니즘 정형모 교수는 “소재 내 빈 공간도 원자 수준 크기로 존재하면 활성 기능을 가지는 신개념의 소재 설계 요소로 볼 수 있으며, 공간 특이성을 가지는 소재 설계 개념이 실제적인 에너지 변환 기술을 위한 고활성 및 고선택도의 소재 설계를 위한 새로운 요소가 될 것이다” 또한, “본 연구에서 개발한 공정을 활용하여 원하고자 하는 소재의 미세구조를 원자 수준으로 제어할 수 있으므로 에너지 변환 및 저장 소재 뿐만 아니라 다양한 분야에서 활용될 수 있다”며 “탄소 자원화 및 에너지 소재 개발을 위한 핵심 원천기술이 될 것으로 기대한다”고 말했다. 본 연구는 한국연구재단의 중견연계 신진후속 연구지원과제, carbon to X 기술개발사업과 한국과학기술연구원(No. NRF-2021R1A2C4001777, No. NRF-2021R1A2C2007823, NRF-2021R1C1C1008776 및 No. 2020M3H7A1098231)의 지원을 받아 수행되었으며, 재료 분야 국제학술지 Advanced Functional Materials(IF: 18.808, JCR<5%)에 10월 23일자 온라인 게재되었으며, 표지 논문으로 선정되었다.
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- 작성일 2021-12-15
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- 기계공학부 학부연구-대학원생 팀(다물리시스템 해석공학연구실) MATLAB AI Challenge 우승
- 기계공학부 학부연구-대학원생 팀(다물리시스템 해석공학연구실) MATLAB AI Challenge 우승 [사진] 다물리시스템 해석공학연구실(지도교수 이은호) 정영찬, 박정현, 김태현 공과대학 기계공학부의 다물리시스템 해석공학연구실(지도교수 이은호)의 학부연구생과 대학원생으로 이루어진 UTS(User-friendly Topology Simulator) Team [정영찬(기계공학부), 박정현(기계공학부), 김태현(지능형팹테크융합전공 대학원)]은 인공지능을 활용하여 산업계에서 쉽게 사용할 수 있는 "Topology Optimization Simulator" 개발 프로젝트를 진행하였으며, 이를 바탕으로 2021년 7월 1일~8월 30일 MATLAB Korea 주관으로 진행하였던 MATLAB 대학생 AI Challenge에서 2021년 10월 20일에 우승을 차지했다. 해당 프로젝트의 주제 Topology Optimization Simulator에서 Topology Optimization은 위상 물체의 형상을 경량화시키면서도 강성을 유지하는 좋은 디자인 방법론이지만, 전문 지식과 긴 해석 시간이 소요되기 때문에 관련분야 전공자 외엔 접근하기에 힘든 단점이 있다. 이러한 이유로 UTS team은 MATLAB 기반의 GUI에 원하는 형상을 입력해주면, 학습된 딥러닝 모델을 포함한 알고리즘을 통해 위상 최적화된 Image를 제공해 주는 프로그램을 개발하였다. 이를 통해 전공자가 아니더라도 쉽고 편리하게 위상 최적화를 시도할 수 있다. 본 프로그램에서 모델의 정확도 향상을 위해 딥러닝 네트워크를 ResUNet 2개, UNet1개, 즉 3가지로 나누어서 구성하는 새로운 시도를 통해 딥러닝 모델을 구축하여, 첫번째 ResUNet을 통해 응력 분포를 예측하고, 두번째 ResUNet을 통해 위상 최적화를 진행하고, 마지막으로 U-Net을 이용하여 이미지의 해상도를 향상 시켰다. 이러한 Simulator 기술을 2D를 넘어 3D에도 적용될 수 있도록 확장시켜 나간다면, 실제 산업에도 크게 도움이 될 수 있는 전망하며, 추후 이은호교수 연구팀은 인공지능을 활용한 위상최적화 모델이 소성변형까지 고려할 수 있도록 연구를 지속적으로 발전시킬 계획이다. [그림] Unet을 활용한 2D 위상 최적화 simulator 진행과정
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- 작성일 2021-12-01
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