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- 소재공학부 백정민 교수 연구팀, 열전 에너지 하베스팅 연구의 새로운 패러다임 제시
- 신소재공학부 백정민 교수 연구팀, 열전 에너지 하베스팅 연구의 새로운 패러다임 제시 - 마찰대전 전계효과에 의한 BiSbTe 열전 소자의 출력 세계 최고 달성 - 국제적 학술지 ACS Energy Letters 2021년 2월 온라인 게재 [그림] 신소재공학부 백정민 교수, UNIST 신소재공학과 손재성 교수 신소재공학부 백정민 교수 연구팀이 UNIST 신소재공학과 손재성 교수 연구팀과 함께 기존 열전 소재의 특성 향상 없이 출력 파워를 크게 높이는 새로운 기술을 개발했다고 밝혔다. 열전 에너지 하베스팅은 외부에서 열이 가해질 때 소재 양단에 발생한 온도 차이를 활용해 유용한 에너지를 생산하는 기술이다. 단순한 구조, 낮은 유지비용, 높은 신뢰도 등의 장점이 있어, 산업 현장 등에서 발생한 폐열을 지속 가능한 에너지로 전환하는 데 용이하게 쓰인다. 지금까지는 에너지 변환효율을 높이기 위해 Bi2Te3, SnSe, PbTe 등 열전소재의 제백 계수, 열전도도, 전기전도도 등의 특성 향상에 집중하였으나, 여전히 매우 낮은 출력 전압으로 인해 상용화에 어려움이 있었다. ※ 제백 계수 : 단위 온도당 소재 내부에 생성되는 전압차의 상관관계를 나타내는 계수이며, 제백 계수가 높은 물질을 열전 소재라고 부른다. 위의 한계를 돌파하고자, 연구팀은 상온에서 ZT(열전성능지수) 값이 가장 높은 BiSbTe 기반 열전 소자의 저온부에 마찰대전 효과로 음전하를 갖는 폴리이미드 계열의 폴리머 층을 생성했다. 그 결과 출력 파워가 2배 이상 증가했으며, 세계 최고의 출력 전압(기존보다 50% 증가)을 달성했다. ※ 마찰대전: 서로 다른 재료를 마찰함으로써 각 재료의 경계에서 상호 간섭에 의해, 반대 부호의 전하가 기계적으로 나뉘는 것을 의미한다. 또한 바람개비 모양으로 제작된 쿨러 시스템 내부에서 금속과의 마찰이 이뤄지고 외부의 바람을 이용하기에 추가적인 에너지가 필요치 않으며, 마찰에 의한 소재 양단의 온도차에도 영향이 없었다. 백정민 교수는 “본 연구는 기존의 물리적 융합이 아닌 새로운 방식의 에너지 융합연구로 열전 에너지 하베스팅의 한계점을 극복하기 위한 새로운 방향성을 제시할 수 있을 것”이라고 밝혔다. 연구팀은 이미 관련 특허 2건을 출원하였으며, 비접촉 방식의 열전에너지 하베스팅 연구를 통해 상용화에 이르는 기술을 개발 중이다. 본 연구는 한국연구재단 중견연구사업 및 기초연구실 사업의 지원으로 수행되었으며, 에너지 분야 세계적 권위지인 ACS Energy Letters(IF: 19.003, JCR Ranking: 1.852 %)에 2월 게재되었다. ※ 논문 : Triboelectric Charge-Driven Enhancement of the Output Voltage of BiSbTe-Based Thermoelectric Generators ※ https : //doi.org/10.1021/acsenergylett.0c02483
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- 작성일 2021-05-12
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- 신소재공학부 강주훈 교수 공동 연구팀, 차세대 반도체 소재 합성기술 개발
- UNIST-성균관대 연구진, 차세대 반도체 소재 합성기술 개발 [사진 1] 액체 전구체와 촉진제를 이용한 2차원 반도체 합성 모식도 2차원 반도체 소재(원자 두께의 얇은 소재)를 넓고 고르게 성장시키는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 울산과학기술원(UNIST)은 신소재공학과 박혜성 교수팀이 성균관대 강주훈 교수팀과 함께 차세대 반도체 소재 합성 기술을 개발했다고 8일 밝혔다. 연구팀은 고체 원료만을 이용하던 기존 방식과 달리 액상 원료와 고체 원료를 함께 쓰는 방식으로 결정성(원자 배열의 규칙성)이 우수한 전이금속 칼코겐(chalcogen) 화합물을 합성하는 데 성공했다. 연구팀에 따르면 대표적 2차원 소재인 전이금속 칼코겐 화합물은 차세대 반도체 소재로 주목받고 있지만, 대면적 합성이 까다롭다. 고온에서 증기로 변한 고체 전구체(원료)로 합성하는 방식은 증기 농도가 불규칙해 동일한 품질의 박막을 여러 개 얻기 힘들고, 합성 가능한 크기도 한계가 있다. 액체 전구체를 이용할 경우엔 합성된 소재의 결정성과 같은 품질이 떨어지는 문제가 있었다. 연구팀은 액상 전이금속 원료를 기판 위에 코팅해 증기 상태 칼코겐 원소와 반응하도록 하는 방식을 썼다. 액상 원료 속 반응 촉진제(금속 할라이드)가 '칼코겐화'(chalcogenization) 화학 반응을 촉진해 결정성이 우수한 화합물을 쉽게 얻도록 한다. 또 촉진제를 쓰면 화합물이 수직 방향이 아닌 수평 방향으로만 성장해 하나의 얇은 층으로만 이뤄진 전이금속 칼코겐 화합물 합성이 가능하다. [사진 2] 연구진이 합성한 2차원 반도체 박막의 균일성 연구팀이 개발한 합성법은 전이금속 칼코겐 화합물의 종류에 관계없이 쓸 수 있다. 연구팀은 몰리브덴, 텅스텐 등 전이금속과 황, 셀레늄 등 칼코겐 원소 조합을 바꿔 다양한 단층 전이금속 칼코겐 화합물을 합성했다. 합성된 반도체 박막을 이용해 반도체 소자를 제작하는 데도 성공했다. 이셀레늄화몰리브덴 박막으로 전계효과 트랜지스터를 제작하고, 박막의 우수한 전기적 특성(전자이동도)도 확인했다. 박혜성 교수는 "이 합성법은 상업화 가능한 큰 크기의 고성능·동일 품질의 2차원 반도체 소재를 생산할 수 있는 기술"이라며 "2차원 소재 기반 전자 소자 개발과 상용화에 기여할 수 있을 것"이라고 말했다. 연구 결과는 나노·재료 분야 국제 학술지인 '에이시에스 나노'(ACS Nano)에 2월 23일 자로 출판됐다. 연구 수행은 한국연구재단 중견연구자지원사업과 기초연구실지원사업의 지원을 통해 이뤄졌다. 출처 : https://www.yna.co.kr/view/AKR20210308074600057?input=1195m
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- 작성일 2021-05-06
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- 화학공학/고분자공학부 이준엽 교수- 삼성전자 종합기술원 최현호 상무 공동 연구팀, 청색 OLED 초격차 신기술 개발
- 화학공학/고분자공학부 이준엽 교수 - 삼성전자 종합기술원 최현호 상무 공동 연구팀, 청색 OLED 초격차 신기술 개발 - 고효율/장수명 청색 OLED 분야에서 세계 최고 성능의 청색 소자 개발 [사진 1] 이준엽 교수 / 이경형 박사과정 [사진 2] TED 발광 메커니즘 및 소자 특성 화학공학/고분자공학부 이준엽 교수(제1저자 이경형 박사과정)와 삼성전자 종합기술원 최현호 상무(공동 제1저자 전순옥 전문연구원)가 공동 연구를 통해 청색 OLED 초격차 신기술을 개발했다고 밝혔다. 차세대 디스플레이로 각광받고 있는 AMOLED의 오랜 숙원인 고효율/장수명 청색 OLED 분야에서 세계 최고 성능의 청색 소자를 개발한 것이다. 본교-삼성종합기술원 공동 연구팀은 3성분계 소자로 Triplet Exciton을 안정화시키는 Triplet-Exciton-Distributed (TED)-TADF 메커니즘을 통해, 기존의 에너지 전이를 위한 발광층 소재 구성과는 차별화되는 전략으로 청색 OLED에서 고효율/장수명 특성을 동시에 확보 가능함을 제시했다. 현재 청색 OLED는 일반 형광 발광 재료를 사용하고 있으나, 낮은 효율로 인해 AMOLED의 소비전력을 높이는 단점이 있다. 이를 극복하고자 고효율 청색 OLED를 개발하기 위한 연구가 진행되어 왔으나, 효율이 높은 청색 소자의 경우 수명이 짧아 어려움이 있었다. 이러한 난제를 해결하기 위하여 공동 연구팀은 독자적인 고효율 형광 소자 기술을 개발하는 연구를 진행하였으며, 신규 소재를 적용한 삼중항 제어 열활성 지연 형광 소자 원천 기술을 개발했다. 이를 통해 세계 최초로 진청색 소자에서 청색 변환 효율 400cd/A 이상의 고효율 및 장수명을 동시에 달성하였다. 소재에 강점이 있는 삼성전자 종합기술원과 소자 분야를 선도하고 있는 성균관대의 기술을 접목하여 3성분계의 소자 구성에 있어 가장 효과적인 소자구성의 플랫폼을 제시함으로써, 배면구조 뿐만 아니라 전면구조에서도 高에너지, 高색순도, 高효율, 長수명 청색 OLED를 구현했다. 이준엽 교수는 “청색 OLED 분야의 신기술을 선점하고, 차세대 청색 소재 포트폴리오를 확장하는 데 기여하며, 시장에서의 지배력을 공고히 할 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다. 최현호 상무는 “신규 OLED 수명 개선 방향을 제시하여 3성분계에서의 Deep blue 개발 전략으로 활용가능하다”며 “향후 고성능 독자 소자플랫폼을 개발할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다. 본 연구결과는 광학 분야의 세계 최고 학술지인 네이처 포토닉스(Nature Photonics)에 2.16(화) 인터넷 속보판으로 게재되어 그 성과를 인정받았으며, 특허로도 출원되어 원천 기술 확보가 가능할 것으로 기대를 모으고 있다.
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- 작성일 2021-05-04
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- 신소재공학부 조형균 교수 연구팀(김영빈 박사과정), 물분해 수소 발생용 상복합구조 소재 개발로 광전류 급증과 교류전압 구동형 시스템 제시
- 신소재공학부 조형균 교수 연구팀(김영빈 박사과정), 물분해 수소 발생용 상복합구조 소재 개발로 광전류 급증과 교류전압 구동형 시스템 제시 [그림 1] 김영빈 연구원 신소재공학부 조형균 교수 연구팀(제1저자 김영빈 박사과정)이 교류전압에서 구동하는 고성능 태양광 물분해 시스템을 구현했다고 밝혔다. 연구팀은 Cu-In-Se계의 열역학적 상태도를 기반으로 미세한 조성조절을 위한 전기화학증착 기반 전구체 합성 공정을 설계하여 셀렌화 공정을 통해 2상(phase)이 공존하는 반도체소재구조를 디자인해 개발하고, 이를 기반으로 고효율 수소 생산이 가능한 교류전압(AC) 구동형 시스템을 구현했다. 본 다상복합구조는 반도체전극 내부와 표면에서 형성된 전하공핍영역의 확장효과로 인해 향상된 전하수송효율을 보이며, 다상의 존재로 인해 음(-) 전압 하에서의 환원과 양(+) 전압 하에서의 산화 반응에서 광전류를 발생시킬 수 있다. 따라서 교류전압으로 발생하는 광전류를 모두 유의미하게 활용할 수 있는 새로운 구동 시스템이다. 교류구동형 전기물분해는 손실을 야기하는 전극표면의 전하축적현상과 이온층형성을 파괴하여 수소생산효율 향상을 위해 도입되어 왔으나, 반도체전극을 활용하는 광전기화학 물분해 분야에서는 최초로 유의미한 성능을 구현했다. 또한 표면에 수소이온흡착을 용이하게 하고 가스 클러스터의 조대화를 억제하여 효율적으로 수소가 생성되는 것을 확인하였다. 특히 직류전압 시스템보다 156% 향상된 수소 발생량 확인을 통해, 교류전압 구동형 광전기화학 물분해 시스템의 우수한 성능을 검증했다. 석유 에너지를 대체할 신재생 에너지로써 친환경적이며 높은 효율을 보이는 수소 에너지에 대한 관심과 함께, 빛을 이용하여 전기화학적으로 물분해하여 수소를 발생시키는 연구가 매우 활발하다. 이에 태양광 하에서 높은 전류를 발생시킬 수 있는 광활성소재에 대한 연구가 진행되어 왔으나, 기존 연구는 주로 단일 전도성을 갖는 소재에 국한되었으며, 이러한 단일 전도성 소재는 박막 내부 영역의 중성(neutral)을 띄기에 광전하수송이 매우 낮은 효율을 보인다. 이에 연구진은 전 영역에 걸친 전하수송효율 향상이 가능한 상복합구조의 칼코제나이드 소재 개발에 집중하였으며, 전구체합성과 셀렌화 공정을 제어하여 광음극 및 양극으로 모두 활용을 가능하게 하였다. 본 연구는 삼성미래기술육성사업의 연구과제 "다상 복합체 상태도 재료를 활용한 인위적 상혼합구조를 갖는 광전극 소재 디자인”(SRFC-MA170206)의 지원을 받아 수행되었으며, 소재 및 환경공학 분야 상위 0.94% 이내 세계적인 학술지인 Applied Catalysis B: Environmental(IF 16.683)에 2021년 1월 온라인 게재되었다. [그림 2] 다상복합구조를 갖는 광전극 내부와 표면의 에너지 밴드 구조. 내부의 전하공핍 영역과 표면 에너지 밴드 굽힘 현상에 따른 광전하 분리 및 수송 효율 향상. [그림 3] (a) 양전압 및 음전압 하에서 발생하는 광전류 발생 거동 개형 (b) p형과 n형이 공존하는 구조 내에서의 광전하 발생 및 축적 상태와 교류형 전압 하에서의 전하 거동 개형. 1&3단계: 광흡수를 통한 고밀도 광전하 생성과 인가전압으로 인한 전하분리 및 이동으로 인한 폭발적 전류 생성, 2&4단계: 과잉공급된 전하의 축적현상으로 인한 전류감소 단계이며, 이어지는 인가전압의 전환을 통해 폭발적 전류발생을 유도함 (c) 교류전압 구동형 시스템의 광전류밀도 및 수소 생성량 [그림 4] (a) 음전압 하에서 발생하는 전기이중층 (EDL) 형성 (b) 전해액 내 환원 반응을 통한 수소 발생 메커니즘 (c) 직류전원 구동 시 발생하는 가스 조대화와 이로 인한 표면적 손실
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- 작성일 2021-05-04
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- 화학공학/고분자공학부 박남규, 신소재공학부 김상우 교수 공동연구팀, 직류 마찰 발전기 최초 개발
- 화학공학/고분자공학부 박남규, 신소재공학부 김상우 교수 공동연구팀, 직류 마찰 발전기 최초 개발 - 페로브스카이트 소재를 이용한 반도체 접합형 직류 마찰 발전기 최초 개발 - 향후 휴대 전자기기 충전 및 상처치료 등에 활용 [그림1] 화학공학/고분자공학부 박남규 교수, 신소재공학부 김상우 교수 화학공학/고분자공학부 박남규 교수(교신저자)와 마춘칭 박사(제1저자)가 신소재공학부 김상우 교수(교신저자) 및 김보성 연구원(공동 제1저자)과 함께 직류 마찰 발전기를 최초로 개발했다고 밝혔다. 마찰전기 나노발전기*(Triboelectric Nanogenerator)는 마찰에 의한 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 기술로, 미세 움직임을 이용하여 전기를 발생해 휴대용 전자기기의 에너지원 뿐만 아니라 사람의 몸의 움직임을 이용하여 피부상처를 치료하는 기술로도 응용될 수 있다. 일반적으로 마찰에 의한 발전은 교류를 수반하고, 교류는 직류/교류 변환기를 사용해야 하는 불편함이 있었다. 박남규 교수와 김상우 교수 공동 연구팀은 페로브스카이트 태양전지로 잘 알려진 할라이드 페로브스카이트 물질을 홀전도체 물질과 마찰할 경우 직류가 발생하는 것을 최초로 발견했다. 페로브스카이트 반도체 필름 위에 스피로계의 유기 홀전도체 막을 마찰하면 두 필름의 계면에 형성된 음전하와 양전하가 열역학적으로 안정한 에너지 준위로 이동하게 되어 전류가 발생한다. [그림 2] 페로브스카이트 소재를 이용한 직류 마찰 발전기의 모식도 (a)와 마찰에 의한 전류-전압 생성 곡선 (b). 마찰하는 동안(시간으로 표시) 직류 전압 (c) 및 전류 (d)가 발생 기존의 마찰전기는 마찰 방향에 따라 전류의 흐름이 바뀌기 때문에 교류가 발생하는 반면, 박남규 교수가 개발한 마찰전기는 반도체 접합에서 전하 분리 원리를 따르기 때문에 마찰 방향과 무관하게 직류가 가능하게 된다. 또한 직류 마찰 발전기에 압력을 가하거나 빛을 조사하게 되면 전압과 전류가 증폭되는 현상도 발견했다. 박남규 교수는 “직류를 발생하는 마찰 발전기는 교류/직류 변환기가 필요하지 않기 때문에 전자기기에 응용할 경우 에너지 장치의 부피를 줄 일 수 있다”고 기대를 밝혔다. 김상우 교수는 “미세 전기장이 필요한 상처치료 등에 응용할 경우 기존 교류 마찰전기에 비해 더 우수한 성능을 보여줄 것으로 기대를 모으고 있다”고 말했다. 본 연구는 한국연구재단의 미래소재 디스커버리 과제(NRF-2016M3D1A1027664)와 기초과학연구(NRF-2018R1A2A1A19021947)의 지원으로 수행되었으며, 세계적인 에너지 환경 권위지 ‘에너지와 환경 과학(Energy & Environmental Science, IF=30.289)’에 1월 5일 발표되었다. ※ 논문명 : Dynamic halide perovskite heterojunction generates direct current
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- 작성일 2021-04-27
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- 신소재공학부 김상우 교수, 정전기로 '고전압 플라즈마' 만들 원천기술 개발
- 신소재공학부 김상우 교수, 정전기로 '고전압 플라즈마' 만들 원천기술 개발 충남 천안의 한국기술교육대학교는 일상 속 정전기로 발전기 출력을 5000V 이상으로 극대화해 고전압 플라스마를 만들 원천기술이 개발됐다고 3일 밝혔다 한국기술교육대학교에 따르면 한국생산기술연구원, 성균관대학교와 함께 마찰대전 나노발전기의 전극 구조를 마이크로톱니(Micro-serrated) 형태로 만들고 그 전극의 방전 특성을 이용해 마찰전기의 출력을 극대화할 수 있는 원천기술을 개발했다. 겨울철 옷을 입거나 물건을 만질 때 생기는 정전기의 원리를 활용하면, 외부 전원 없이 LED 전구에 불을 밝힐 수 있다. 이를 위해선 '마찰대전 나노 발전기(Triboelectric Nanogenerator, TENG)'라고 불리는 별도의 에너지변환 장치가 필요하다. 이 장치는 서로 다른 두 물질을 마찰시킬 때 접촉 표면에 발생하는 운동에너지를 전기에너지로 변환해주는 역할을 한다. 이번에 개발된 기술은 기존 연구에서 수행하지 않았던 '전극 구조 변화’에 초점을 맞춰 세계 최고 수준의 5000V 이상 고전압을 구현했다. 이 같은 기술은 2000V 수준에 머물렀던 유사 연구들보다 2~3배 이상 뛰어난 출력이다. 생기원 정밀기계공정제어연구그룹 조한철 박사와 기술교육대학교 박진형 교수, 성균관대학교 김상우 교수, 김지혜 박사 공동 연구팀은 알루미늄판을 기계 가공할 때 생기는 부산물인 '알루미늄 울(wool)'의 재활용을 고민하다가 아이디어를 얻었다. 알루미늄 울의 가장자리는 마이크로미터(㎛) 크기의 톱날 형태가 연속된 구조로 되어 있어, 그 부근에 전극이 접근하면 마치 피뢰침이 번개를 맞는 것처럼 스파크 방전 효과가 발생하게 된다. 연구팀은 이를 토대로 어떠한 형태의 마찰대전 나노발전기에서도 출력을 극대화할 수 있는 마이크로니들 형태의 전극을 만들고 스파크 방전이 지속해서 일어나게 하는 증폭 장치를 독자적으로 설계, 제작했다. 연구팀에 따르면 제작된 증폭 장치는 증폭 전보다 약 25배 이상의 전압 출력과 120배 이상의 전류 상승을 유도하는 효과가 있는 것으로 나타났다. 연구팀은 "마찰대전 나노 발전기는 고전압 저전류라는 특성상 감전으로부터 안전하고 자가충전 할 수 있어 반영구적으로 활용 가능한 미래기술"이라며 "향후 상용화되면 지나가는 사람들의 운동에너지로 어두운 골목길을 밝히는 것부터 고전압을 활용해 공기 중 바이러스·세균을 플라스마로 제거하는 것까지 다양한 실생활 분야에서 활용이 가능하다"고 설명했다. 한국연구재단의 '신진, 기초연구 및 나노미래소재원천기술개발 사업' 지원을 받아 수행한 이번 연구의 논문은 2020년 11월 에너지 분야 상위 3%에 해당하는 유명 학술지 'Advanced Energy Materials(Impact Factor : 25.245)'에 게재되기도 했다. ※ 출처 : https://newsis.com/view/?id=NISX20210203_0001328288&cID=10807&pID=10800
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- 작성일 2021-04-23
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- 저온 플라즈마를 이용한 대면적 이황화몰리브데넘-이황화텅스텐 수직이종구조 제조 원천기술 개발 성공
- 저온 플라즈마를 이용한 대면적 이황화몰리브데넘-이황화텅스텐 수직이종구조 제조 원천기술 개발 성공 - 성균관대 기계공학부 김태성, 석지원 교수, 한국기계연구원 김형우 박사 공동연구팀 - 국제학술지‘ACS Nano’1.7(목) 온라인 게재 기계공학부 김태성 교수, 석지원 교수, 한국기계연구원 김형우 박사 공동연구팀(1저자 석현호, Yonas T. Megra, Chaitanya Kanade)이 ‘4인치 웨이퍼 크기의 이황화몰리브데넘-이황화텅스텐(MoS2-WS2) 수직이종구조 단일공정 제조’ 원천기술을 최초로 개발했다고 밝혔다. 대표적인 전이금속 칼코겐 화합물(Transition Metal Dichalcogenides)인 이황화몰리브데넘(MoS2), 이황화텅스텐(WS2)은 각기 다른 밴드갭을 갖는 물질로 차세대 전자소자 응용을 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 이황화몰리브데넘과 이황화텅스텐이 층상으로 쌓인 수직이종구조로 이뤄지면 밴드갭 조절이 가능해 더욱 다양한 응용이 가능하지만, 현재까지는 대면적으로 균일한 이종구조 제조가 어려웠다. 이에 연구팀은 화학기상증착법(CVD) 대비 상대적으로 낮은 온도인 300도에서 균일한 이황화몰리브데넘-이황화텅스텐 이종구조를 4인치 웨이퍼 위에 제작할 수 있는 단일공정 기술을 개발했다. 저온 플라즈마를 활용하여 이종 금속층(몰리브데넘-텅스텐)을 황화시키는, 간단하면서도 효과적으로 이종구조 물질을 제조하는 방법을 개발하여 관련 기술을 국내 특허로 출원했다. 나아가 연구팀은 대면적 이종구조와 웨이퍼 사이의 계면 접착 특성을 파괴역학 개념의 실험을 통해 분석함으로써, 이황화몰리브데넘-이황화텅스텐 수직이종구조의 구조 안정성을 검증했다. [그림] 2차원 전이금속 수직이종구조(MoS2-WS2) 모식도 및 시간대별 형성 과정 김태성 교수는 “전이금속 간 이종구조를 대면적으로 구현한 경우는 세계 최초로, 플라즈마 합성방법으로 구현한 것은 저온공정 및 높은 재현성, 균일도를 가지는 장점을 가지고 있다”며 “이번 기술을 통해 이종구조 연구에 진전 및 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다. 본 연구는 한국연구재단의 중견연구(NRF-2017R1A2B3011222, NRF-2019R1A2C2089785)와 기본연구(NRF-2018R1D1A1B07040292), 한국기계연구원의 지원으로 수행되었으며, Web of Science의 Materials Science, Multidisciplinary 분야 국제학술지인 ‘ACS Nano' (IF: 14.588, JCR 상위 10%이내)에 1.7(목) 온라인 게재되었다. ※논문명 : Low-Temperature Synthesis of Wafer-Scale MoS2-WS2 Vertical Heterostructures by Single-Step Penetrative Plasma Sulfurization
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- 작성일 2021-04-23
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- 신소재공학부 황동목 교수 연구팀, 이론적 한계를 뛰어넘은 초고감도 그래핀 이온 센서 개발
- 신소재공학부 황동목 교수 연구팀, 이론적 한계를 뛰어넘은 초고감도 그래핀 이온 센서 개발 - 이온의 투과 특성의 제어가 가능한 고품위 나노결정성 그래핀 합성 기술 확보 - 향후 사물인터넷(IoT) 기기나 의료진단기기 적용 기대 [그림 1] Nano Letters 표지 신소재공학부 황동목 교수(교신저자) 연구팀이 성균나노과학기술원 정수호 박사(제1저자), 아주대학교 이재현 교수(교신저자) 등과 함께 기존의 이온 선택성 전계 효과 트랜지스터(ISFET)의 이론적 한계를 극복한 초고감도 그래핀 이온 센서 기술을 개발했다고 밝혔다. 단원자 층의 탄소 육각구조로 이루어진 그래핀은 전기전도성이 뛰어나며 구성원자들이 모두 표면에 노출되어있어 이상적인 감지 물질로 여겨져 왔다. 하지만 결함의 밀도가 낮은 고결정성의 그래핀은 표면의 반응성이 매우 낮아 감지하고자 하는 물질(이온, 분자 등)이 그래핀 표면에 부착되기 어렵다는 치명적인 단점을 갖고 있었다. 이를 해결하고자 지금까지는 외부물질의 흡착력을 높여주기 위해 그래핀 표면에 인위적인 결함을 유도했다. 하지만 기계적 결함의 증가로 인해 그래핀이 가진 뛰어난 물성의 급격한 감소 현상이 동시에 발생됨으로써 여전히 이론적 감도 한계의 극복에 어려움을 겪고 있다. [그림 2] 기판 상태에 따른 나노결정성 그래핀 pH 센서의 민감도 변화 이에 연구팀은 이온의 선택적인 투과가 가능한 결정립계(Grain Boundary) 결함의 밀도가 제어된 나노결정성 그래핀을 “핵성장 밀도 제어법”을 통해 구현했으며, 이를 활용하여 외부로 노출된 그래핀 표면에서만 이온을 감지하는 기존의 감지 메커니즘이 아닌 그래핀을 투과한 이온과 아래 기판의 반응을 통한 새로운 형태의 감지 메커니즘을 제시했다. 연구결과, 나노결정성 그래핀 기반의 pH 센서는 기존의 그래핀 pH 센서와 차별화된 새로운 감지 메커니즘을 보였으며, 일반적 pH 센서의 한계 민감도인 Nernst limit 값(59mV/pH)을 뛰어넘어 최적화된 조건에서 약 140mV/pH 정도의 민감도를 갖는 고감도 그래핀 pH 센서를 구현했다. [그림 3] 나노결정성 그래핀 pH 센서의 센싱메커니즘 황동목 교수는 “본 연구는 결정립계 결함의 밀도가 제어된 고품위의 나노결정성 그래핀 소재를 통해 이론적 한계를 뛰어넘은 새로운 감지 메커니즘을 제시한 첫 사례”이며 “향후 사물인터넷(IoT) 기기나 의료진단기기에 적용 가능한 고감도 반도체 이온센서로 발전 가능성을 제시한 것으로 기대를 모으고 있다”고 말했다. 연구결과는 세계적 권위지인 ‘나노 레터스 (Nano Letters, IF=11.238)’ 21권 1호에 1.13(수) 수록되었으며, 표지 논문으로 선정되었다. 본 연구는 한국연구재단의 중견연구(NRF-2017R1A2B2010663), 기초연구실사업(NRF-2020R1A4A4079397)의 지원으로 수행되었다. ※ 논문명 : Super-Nernstian pH Sensor Based on Anomalous Charge Transfer Doping of Defect-Engineered Graphene
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- 작성일 2021-04-23
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- 신소재공학부 백정민 교수 연구팀, 비접촉 방식의 고출력 마찰 발전기 개발
- 신소재공학부 백정민 교수 연구팀, 비접촉 방식의 고출력 마찰 발전기 개발 - C60 기능화 폴리이미드를 도입하여 비접촉 방식의 마찰 발전기 개발 - 국제적 학술지 Energy & Environmental Science 2021년 1월 온라인 게재 [그림] 신소재공학부 백정민 교수 신소재공학부 백정민 교수 연구팀이 UNIST 에너지화학공학과 양창덕 교수, 이준희 교수 연구팀과 함께 C60으로 기능화된 폴리이미드를 개발하여 비접촉 방식의 고출력 나노발전기를 개발했다. 서로 다른 두 물질이 마찰할 때 발생하는 접촉 대전(contact electrification) 현상을 이용하여 주변의 기계적인 에너지를 유용한 전기에너지로 변환하는 마찰 발전기는 소형전자기기의 전원공급에 이용되고 있으며, 전자 피부, 터치스크린, 의료 기기 및 보안 시스템에서 순간적인 자극을 감지하는 데에도 사용되고 있다. 그러나 두 표면 사이의 물리적 접촉은 재료 마모로 인한 출력 전력의 감소, 기기 교체 필요성, 작동으로 인한 소음 등의 문제점이 제기되어 왔다. 이러한 문제를 해결하기 위해 최근에는 비접촉 방식의 마찰 전기 발전기가 대안으로 부상하고 있으나, 두 소재 사이의 거리가 증가함에 따라 전기 출력이 감소하는 문제가 있다. 이에 연구진은 위의 한계를 돌파하고 소재에 높은 전하 포집 특성을 부여하고자 탄소 동소체인 C60을 선정하여 이전 연구에서 개발한 폴리이미드에 펜던트(pendent) 형태로 도입했다. 그 결과 PFA 불소수지 기반의 나노발전기에 비해 4.3배 더 높은 출력과 3배 높은 전하유지효율의 성능을 나타냈다. 나아가 연구진은 우수한 특성을 바탕으로 세계 최초로 비접촉 방식의 도어락과 자동차 스피드센서에 적용해 우수한 성능과 소자 안정성을 선보였다. 본 연구에서 개발한 탄소 동소체를 보유한 소재의 경우, 실제 어플리케이션 도입의 가능성과 비접촉 마찰 소자의 수준이 높았다. 백정민 교수는 “본 연구는 향후 비접촉시 고효율 에너지 수확기술은 물론, 바이러스 확산 방지를 위한 다양한 nontact 센서 기술에도 응용이 가능해, 코로나바이러스감염증-19와 같은 바이러스 확산을 방지할 수 있다”고 밝혔다. 본 연구는 2017년 12월 삼성미래육성사업 후속과제로 선정돼 지원을 받았으며, 국제적 학술지 Energy & Environmental Science에 2021년 1월 온라인 게재되었다. ※ 논문명 : Sustainable highly charged C60-functionalized Polyimide in non-contact mode triboelectric nanogenerator ※ https://doi.org/10.1039/D0EE03057K(주소 클릭 시 논문페이지로 이동)
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- 작성일 2021-04-22
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- 건설환경공학부 송두삼 교수 국토교통부 장관 표창 수여
- 건설환경공학부 송두삼 교수 국토교통부 장관 표창 수여 우리 대학 건설환경공학부 송두삼 교수가 국토교통부장관 표창을 수여하였다. 송두삼 교수는 정부에서 추진하는 그린뉴딜 사업인 국토부 주관 그린리모델링 사업에 관한 기획, 그리고 사업을 통한 지역 전문 인력의 양성을 위한 그린리모델링 지역거점 플랫폼(대학) 사업을 기획하는 등 탄소중립 구현을 위한 국토부 사업에 많은 기여를 하고 있다. 또한 관련 우리 대학은 국토부에서 공모한 권역별 ‘그린리모델링 지역거점 플랫폼 사업(사업책임자 송두삼 교수)’에 수도권 대표 거점대학으로 선정되었다.
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- 작성일 2021-04-22
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