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[연구] 기계공학부 정형모 교수팀, ‘숨은 산소’ 깨워 그린 수소 만든다... 차세대 물 분해 촉매 원천기술 개발

기계공학부 정형모 교수 연구팀은 경북대학교 신소재공학과 이지훈 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해, 원자 단위의 결합 간격을 정밀하게 제어하여 소재 내부에 숨겨진 ‘격자 산소’를 반응에 직접 참여시키는 고효율 비귀금속 물 분해 촉매 소재를 개발했다. 온실가스 배출 없이 깨끗한 수소를 생산하는 수전해(물 분해) 기술은 탄소중립 실현을 위한 꿈의 기술로 불린다. 하지만 물을 분해하여 수소를 얻는 과정에서 산소가 발생하는 반응은 그 속도가 매우 느려, 전체 수소 생산 효율을 떨어뜨리는 가장 큰 ‘병목 현상’으로 작용해 왔다. 이를 해결하기 위해 기존에는 이리듐(Ir)이나 루테늄(Ru) 같은 고가의 귀금속 촉매를 사용해야만 했으며, 이는 수소 생산 비용을 높이는 원인이 되었다. 정형모 교수 공동 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 ‘하향식(Top-down) 소재 설계 기술’을 도입했다. 연구팀은 전기화학적 방법을 통해 기존의 덩어리 형태 코발트 산화물을 2나노미터(nm) 이하의 미세한 나노 클러스터로 쪼개는 데 성공했다. 이 과정에서 코발트 금속과 산소 원자 사이의 결합 길이를 기존보다 약 0.1 옹스트롬(Å, 100억 분의 1미터) 수축시켜 미세하게 조절했다. 포항가속기연구소(PAL)의 고성능 분석 결과, 약 2.03 Å의 원자 결합 길이가 새로운 반응 경로를 유도하는 최적의 조건임을 세계 최초로 규명해낸 것이다. 이 기술의 핵심은 금속과 산소 사이의 결합을 강하게 만들어, 촉매 내부 구조에 숨어있던 ‘격자 산소’를 반응에 직접 참여시킨 점에 있다. 이를 통해 개발된 나노 촉매는 고가의 상용 이리듐 촉매보다 더 낮은 에너지에서도 탁월한 성능을 발휘했다. 특히 실제 시스템 적용 시 고전류 조건에서 100시간 이상 성능 저하 없이 구동되는 강력한 내구성을 증명했으며, 차세대 에너지 저장 장치인 아연-공기 전지에서도 우수한 충전 안정성을 보여주며 다목적 에너지 활용 가능성을 입증했다. 기계공학부 정형모 교수는 “이번 연구는 원자 단위의 결합 거리를 미세하게 제어함으로써 촉매 반응의 경로 자체를 완전히 바꿀 수 있음을 실증한 성과”라며, “값비싼 귀금속을 대체해 고효율 그린 수소를 생산하는 것은 물론, 향후 다양한 차세대 친환경 에너지 장치의 상용화를 앞당기는 중요한 기준이 될 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원으로 수행되었으며, 연구 결과는 환경·에너지 분야 세계적 권위지인 ‘Applied Catalysis B: Environment and Energy (IF: 21.1)’에 게재되었다.
- 작성일 2026-05-22
- 조회수 863
[연구] 흔한 천연 감미료가 고성능 에너지 소재로 스테비아-PVA 하이드로젤 기반 마찰대전 나노발전 기술 개발

성균관대학교 기계공학부 최경후 교수 연구팀(제1저자 트렁 루 티엔, 부이 민 꽝)은 경희대학교 화학공학과 김진수 연구팀과 협업해 기존 하이드로젤 기반 마찰대전 나노발전기(TENG)의 낮은 출력·기계적 강도·투명성의 한계를 생체모방 스테비아(Stevia)를 활용해 동시에 극복하는 전략을 제시했다. 스테비아를 폴리비닐알코올(PVA)에 첨가함으로써, 풍부한 수산기(-OH)가 수소결합 기반 가교 구조와 결정성 도메인을 동시에 강화해 기계적 강도 및 이온 전도성을 획기적으로 향상시켰다. 그 결과, 스테비아-PVA 하이드로젤 TENG(S-TENG)은 기존 2D 소재, 바이오 소재, 투명 소재 기반 TENG 대비 기계적 강도는 약 2~5배, 전기 출력은 약 3~8배 향상되었으며, 70% 이상의 가시광선 투과율을 유지했다. 인장강도는 25 MPa(습윤 상태)을 초과하고 510% 이상의 연신율을 보였다. 또한, 연구팀은 개발한 S-TENG가 16,000회 접촉-분리 반복 시험에서도 안정적인 출력(~800V)을 유지함을 보였으며, 30일간 상온 보관 후에도 전기 출력이 저하되지 않음을 확인했다. 스테비아 하이드로젤은 물을 이용한 재용해-재겔화 공정으로 재활용이 가능하며, 재활용 후에도 약 600V의 높은 출력 전압을 유지해 친환경 소재로서의 가능성도 입증했다. 더불어 연구팀은 S-TENG를 손목, 팔꿈치, 무릎, 손가락, 목 등 신체 각 부위에 부착하여 다양한 인체 동작을 감지하는 자가발전 센서로 활용했다. 손가락 굽힘에 대한 반응 상승 시간은 13ms로 매우 빠른 응답 특성을 나타냈으며, 동작 분류를 위해 11가지 머신러닝 모델을 평가한 결과, XGBoost 알고리즘이 95.29%의 최고 분류 정확도를 달성했다. 연구 책임자인 최경후 교수는 "바이오매스 유래 스테비아를 활용해 투명성, 기계적 성능, 전기 출력을 동시에 향상시킨 하이드로젤 전극을 개발했으며, 재활용 가능성까지 확보했다는 점에서 의미가 크다"라며 "이 기술을 IoT 기반 웨어러블 디바이스, 재활 모니터링, 지능형 인간-기계 인터페이스 등 다양한 분야에 적용하는 연구를 지속할 계획이다"라고 밝혔다. 본 연구는 4단계 BK21 인간 중심 융합기계솔루션 미래인재양성 교육연구단과 과학기술정보통신부의 지원을 받아 수행되었으며 재료 과학 분야의 세계적 권위지인 Advanced Materials(IF 26.8, JCR 상위 3% 이내)에 2026년 4월 온라인판에 게재되었다. 또한 본 논문은 Advanced Materials의 inside front cover로 선정되었다.
- 작성일 2026-05-22
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[연구] 기계공학부 이원영 교수 높은 소결 저항성 및 촉매성을 가진 고내구성 고체산화물 연료전지를 위한 연료극 개발

이원영 교수 연구팀 (제1저자 방세희, 유현식 석박통합과정생)은 삼성전기와의 공동연구로 세계적으로 권위있는 학술지 중 하나인 Advanced Functional Materials (IF=19.0, JCR<5 %)에 코어-쉘 구조에서 합금으로 순차적으로 변화하는 촉매를 개발하여 고체산화물 수전해전지 연료극의 소결 저항성과 촉매성을 동시에 개선한 연구결과를 게재하였다. 고체산화물 수전해전지는 고성능, 고효율 그린수소 생산이 가능한 에너지변환시스템으로 주목받고 있으나, 기존 제작 공정으로는 고온 소결 및 후속 연료극 환원 과정에서 발생하는 상당한 구조적 변화 때문에 전기화학적 성능 향상에 한계가 있다. 성균관대학교삼성전기 공동 연구팀은 분말 원자층 증착법 (ALD)를 사용해 소결 저항성이 우수하고 자발적으로 합금화가 이루어질 수 있는 NiO@CoO 코어-쉘 촉매를 제작했다. 균일한 CoO 쉘은 소결 과정에서 NiO의 조대화를 억제하여 연료 전극의 반응 면적을 확장하고, 후속 환원 과정에서 코어-쉘 구조가 추가적인 후처리 없이 자발적으로 균일한 NiCo 합금으로 변환되어 수소 발생 반응에 대한 촉매 활성을 향상시킬 수 있다. 단일 제작 공정 내에서 순차적으로 구조적 안정화와 촉매 활성화를 수행함으로써, 세계 최고 수준의 고체산화물 수전해 전지를 개발하였다. 이 연구 성과는 과학기술정보통신부 (2022R1A2C3012372, RS-2024-00448287), 산업통상자원부 (20223030040080), 삼성전기 연구개발의 지원을 받아 수행되었다. 논문정보 https://doi.org/10.1002/adfm.202525596
- 작성일 2026-02-05
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[연구] 이진기 교수 연구팀, AI 기반 이중에멀젼 생성 자동화 시스템 개발

이진기 교수 연구팀, AI 기반 이중에멀젼 생성 자동화 시스템 개발 - AI 기술로 정밀한 이중에멀젼 라이브러리 생성 완전 자동화 성공 - 세포생물학·약물전달·소재 합성 등 다양한 분야에서 활용 기대 우리 학교 기계공학부 이진기 교수 연구팀이 펜실베니아 대학교 (University of Pennsylvania) 화학·분자생명공학부 이대연 교수 연구팀과 공동 연구를 통해 인공지능 기술을 활용하여 이중에멀젼* 라이브러리 생성 과정을 자동화한 시스템인 ADLib**(Automated Droplet Library generator)을 개발했다고 밝혔다. 이 기술은 고속카메라와 딥러닝 기반 객체 인식 모델, 피드백 제어 알고리즘을 통합하여, 이중에멀젼을 정밀하게 생성·분류·수집하는 과정을 완전 자동화한 것이 특징이다. * 이중에멀젼: 내부 액적이 또 다른 액적 내부에 유화되어 존재하는 구조로, 세포배양, 바이오어세이, 약물전달 및 스마트소재 합성 등 다양한 응용 가능성을 지닌 복합 유체 구조 기존의 미세유체기기를 활용한 이중에멀젼 생성은 고도의 숙련을 요구하며 외부 요인에 민감해 사용자의 지속적인 관찰과 개입이 필요했으나, 연구팀의 ADLib 시스템은 이 과정을 완전 자동화하여 반복성과 신뢰성을 획기적으로 향상시켰다. 연구팀은 객체 인식** 모델을 통해 이중에멀젼 생성상태를 실시간으로 분석하고, 이상 상태 감지 시 자동으로 회복 조치를 취해 정밀한 생성 모드를 유지할 수 있도록 했다. 또한, 그래픽 사용자 인터페이스 (GUI)를 통해 원하는 특성 (크기, 셸 두께, 농도)의 범위를 입력하면 25종의 균일한 이중에멀젼으로 이루어진 액적 라이브러리를 자동으로 생성·수집할 수 있다. ** 객체 인식(Object detection): 영상 또는 이미지에서 특정 물체를 찾아내고, 위치와 종류를 식별하는 인공지능 기술로, 자율주행, 보안, 헬스케어 등 다양한 분야에 활용된다. 이진기 교수는 “이번 연구는 미세유체 기반 복합 액적 생성의 전 과정을 인공지능으로 대체한 최초의 사례로, 자동화 실험 시스템의 새로운 기준을 제시한 것”이라며 “향후 약물전달체 설계, 고속 생물학 실험, 신소재 탐색 등 다양한 분야에서 실험 효율성과 정확도를 크게 높일 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다. 본 연구는 4단계 BK21사업 대학원생 해외연수 지원사업과 교육부, 과학기술정보통신부, 미국 NSF의 지원을 받아 수행되었으며, 나노 및 재료과학 분야의 권위 있는 국제학술지 Small (IF: 13)에 2025년 3월 온라인 게재되었다. ※ 논문명: Artificial Intelligence‐Empowered Automated Double Emulsion Droplet Library Generation ※ 저널: Small ※ DOI: doi.org/10.1002/smll.202412099 ※ 저자정보 - 1 저자: 신성훈 박사과정(성균관대학교) - 공동 저자: Owen D. Land 박사과정, Warren D. Seider 교수 (펜실베이니아 대학교) - 교신 저자: 이진기 (성균관대학교), 이대연 교수 (펜실베니아 대학교)
- 작성일 2025-04-07
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[연구] 기계공학부 이원영 교수 고성능 및 고내구성의 나노파이버 기반 고체산화물 전지 개발

기계공학부 이원영 교수 연구팀 (제1저자 한승우 석박통합과정)이 에너지분야에서 세계적으로 권위있는 학술지 중 하나인 Journal of Materials Chemistry A (IF=10.8, JCR<10%)에 나노파이버 기반 전극 설계를 통한 고성능, 고내구성 고체산화물 전지를 개발한 연구결과를 표지논문으로 게재하였다. 고체산화물 전지는 고성능, 고효율 전력생산 및 그린수소 생산이 가능한 에너지변환시스템으로 주목받고 있으나, 700도 이상의 작동온도에서 열화로 인한 내구성 문제와 700도 이하의 작동온도에서 부족한 생산성능 문제로 상용화에 어려움을 겪고 있다. 이원영 교수 연구팀이 개발한 다공성 나노파이버는 높은 반응면적과, 높은 결함 농도라는 특징을 보여, 고체산화물 전지의 주요 반응을 개선하여 기존 전극 대비 높은 성능을 보였고, 활성화 에너지를 낮춰 작동온도가 낮을수록 더 큰 성능 개선 효과를 볼 수 있었다. 이를 통해 고체산화물 전지 분야에서 상용화를 위해 추구하는 낮은 작동온도에서도 높은 생산성능을 보이는 고체산화물 전지를 개발하였다. 이 연구 성과는 한국연구재단의 지원을 받아 수행되었다. (2022R1A4A1031182 ,2022R1A2C3012372) 논문정보 DOI 10.1039/D4TA05916F
- 작성일 2025-03-05
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[연구] 기계공학부 이원영 교수 저온 구동형 고성능 프로톤 세라믹 전기화학전지 개발을 위한 계면 엔지니어링

기계공학부 이원영 교수 연구팀 (제1저자 최민기 서울과학기술대학교 교수와 김동욱 석박통합과정생)이 에너지분야에서 세계적으로 권위있는 학술지 중 하나인 Advanced Energy Materials (IF=24.4, JCR<2.01 %)에 계면 엔지니어링을 통해 헤테로구조 전극 기반의 고성능 프로톤 세라믹 전기화학전지를 개발한 연구결과를 표지논문으로 게재하였다. 프로톤 세라믹 전기화학전지는 전해질의 높은 이온전도도로 인해 500 ℃ 이하의 중온 영역에서도 고효율 전력생산 및 수소생산에 대한 잠재력으로 주목받고 있으나, 여전히 높은 전극저항으로 인해 기대에 못 미치는 성능을 보이며 디바이스의 장점을 저해한다는 문제점이 있다. 이원영 교수 연구팀은 전기화학반응이 가장 많이 발생하는 전해질 계면에 수십 나노미터의 공기극/전해질 복합 기능층 박막을 합성함으로써 전극 성능에 큰 영향을 끼치는 화학적 결함인 산소 공공의 농도를 큰 폭으로 증가시켰고, 또한 산소 공공 형성 메커니즘까지 도출했다. 이를 통해 500 ℃ 이하에서도 고성능, 고효율 프로톤 세라믹 전기화학전지 잠재력 및 개발 가능성을 입증하였다. 이 연구 성과는 한국연구재단, 한국에너지기술평가원, 한국전력공사의 지원을 받아 수행되었다. (2022R1A2C3012372, 2022R1A4A1031182, 2021K1A3A1A20002574, 2021R1C1C2006657, 2020M1A2A2080866, 2021M3I3A1084844, 20223030040080, R23XO03) 논문정보 DOI 10.1002/aenm.202400124
- 작성일 2025-03-05
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[연구] 기계공학부 이원영 교수 크롬 저항성이 높은 고내구성 고체산화물 연료전지를 위한 공기극 구조 개발

기계공학부 이원영 교수 연구팀 (제1저자 방세희 석박통합과정생)이 에너지분야에서 세계적으로 권위있는 학술지 중 하나인 Journal of Materials Chemistry A (IF=10.7, JCR<10 %)에 크롬에 대한 저항성을 높일 수 있는 헤테로구조 전극 기반의 고내구성 고체산화물 연료전지를 개발한 연구결과를 표지논문으로 게재하였다. 고체산화물 연료전지는 고성능, 고효율 전력생산이 가능한 에너지변환시스템으로 주목받고 있으나, 장기간 고온에서 스택 구동 중 발생하는 증기화된 크롬으로 인하여 전극이 피독되어 내구성이 크게 저하되는 문제로 상용화에 어려움을 겪고 있다. 이원영 교수 연구팀은 크롬 피독이 전극 물질의 일부가 표면으로 석출되는 현상에 의한 것임을 밝혀냈다. 또한, 기존 전극 표면에 수 나노미터의 박막을 코팅한 복합전극구조를 설계하여 석출에 대한 원동력을 억제하였고, 이를 통해 장기구동시에도 크롬 피독으로 인한 내구성의 저하없이 안정적으로 구동할 수 있는 고체산화물 연료전지를 개발하였다. 이 연구 성과는 한국연구재단, 산업통장자원부, 친환경자동차 인력양성사업의 지원을 받아 수행되었다. (2022R1A2C3012372, 2022R1A4A1031182, 2021R1C1C2006657, 20223030040080, P0017120) 논문정보 DOI 10.1039/D4TA04215H
- 작성일 2024-10-25
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[연구] 기계공학부 이상원 교수 · 현대자동차그룹, 국내 8개 대학과 차량 고장 예측 기술 위한 공동 연구실 설립

- 모빌리티 시스템의 고장을 예측하는 PHM 기술에 대한 공동 연구체계 구축 - 전동화 및 자율주행 기술 고도화에 따라 증가하는 시스템 복잡성 대응 목적 - PHM 요소기술, H/W 및 S/W 개발 플랫폼 기반기술, 센싱 및 데이터 전략 등 개발 현대자동차그룹이 국내 최고 연구기관들과의 협력을 통해 차량의 고장을 미리 파악할 수 있는 기술을 개발한다. 현대자동차그룹은 서울대학교와 건국대학교, 성균관대학교, 인하대학교, 한국기술교육대학교, 한양대학교, GIST, UNIST 등 8개 대학들과 함께 차량 고장을 예측하고 예방할 수 있는 PHM(Prognostics and Health Management, 고장 예측 및 관리) 기술을 개발하기 위한 공동 연구실을 설립한다고 16일(수) 밝혔다. PHM 기술은 자율주행과 전동화 시대에 차량 시스템의 신뢰성을 높이는 핵심 기술로 부상하고 있다. 시스템의 복잡성 증가로 발생할 수 있는 잠재적 고장을 사전에 예측하고 관리할 수 있어 유지보수 비용 절감과 안전성 향상에 기여할 수 있기 때문이다. 서울대학교 엔지니어하우스에서 열린 협약식에는 현대자동차·기아 R&D본부장 양희원 사장, 차량성능기술센터장 조병훈 상무, 차량성능열화리서치랩 성대운 연구위원과 현대엔지비 오정훈 대표이사 등 회사 관계자, 서울대학교 공과대학장 김영오 교수 및 기계공학부 윤병동 교수, 성균관대학교 이상원 교수 등 참여 대학 관계자들이 참석했다. 이날 참석자들은 공동 연구실을 통해 2027년까지 PHM의 요소 기술과 차량에 탑재되는 하드웨어 및 소프트웨어 개발, PHM 플랫폼 개발을 위한 기반기술을 연구하기로 합의했다. 또한 차량 시스템별 센싱 및 데이터 전략을 수립하고 알고리즘 및 프로세서의 효율화, PHM 플랫폼 및 인프라 개발을 위해 노력하기로 했다. 특히 공동 연구실은 차량 시스템의 고장을 실시간으로 예측하기 위한 센서 데이터 수집과 예측 알고리즘 최적화에 중점을 두고 개발을 추진한다. 이를 통해 PHM 플랫폼을 차량 내 임베디드 시스템 또는 클라우드 기반으로 구현해 고장 예측의 정확성을 높일 예정이다. 공동 연구실을 총괄하는 현대자동차·기아는 PHM 기술 검증 및 양산 차량 적용을 목표로 연구를 진행할 계획이며, 대학들과의 유기적 협력 체계를 바탕으로 PHM 경쟁력을 강화한다. 현대엔지비는 글로벌 전문가 네트워크를 통해 최신 연구 트렌드를 파악하며, 이를 통해 참여 기관에 올바른 개발 방향을 제시한다. 또한 공동연구실이 더 효과적인 결과를 낼 수 있도록 유기적인 협력을 독려한다. 현대자동차·기아 양희원 사장은 “PHM 기술은 시스템이 복잡해지는 자율주행 시대의 핵심 기술로 꼽힌다”며 “국내 대학들과의 협력을 통해 기술력을 강화해 다가올 자율주행 시대를 선도하는 경쟁력을 갖출 것으로 기대한다” 고 밝혔다. 한편, 현대자동차·기아는 이번 연구 성과를 기반으로 PBV의 예방정비 시스템을 국내 협력 업체들과 연계해 상용화하는 것을 목표로 하고 있다. 이를 통해 PHM 기술을 자율주행 차량 뿐 아니라 다양한 모빌리티 분야로 확장할 계획이다. 기사 URL : https://www.hyundai.co.kr/news/CONT0000000000162541
- 작성일 2024-10-16
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[연구] 성균관대학교 기계공학부 백승현 교수 연구팀, 산화된 구리입자를 비산화 구리로 재생하는 기술 개발

성균관대학교 기계공학부 백승현 교수 연구팀, 산화된 구리입자를 비산화 구리로 재생하는 기술 개발 - 산화된 구리입자를 비산화 구리로 재생 기술 개발 - 높은 전기전도성, 열전도성, 장기안정성 나노복합재료 합성 □ 성균관대학교 기계공학부 백승현 교수 연구팀이 산화된 구리입자를 이용하여, 화학적 방법으로 비산화 고전도성 구리 나노복합재료를 합성하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 연구팀은 기존 구리 기반 나노복합재료의 문제점으로 지적되어 왔던 구리의 산화로 인한 성능 저하 문제를 해결함과 동시에 매우 높은 전기전도도와 열전도도를 가진 나노복합재료를 합성하는데 성공했다. 이 연구에는 K.P. 파실라 박사와 C. 무하매드 박사가 공동1저자로 참여하였다. □ 은과 금은 산화 방지가 가능하며 높은 전기전도도와 열전도도로 인해 나노 복합재료에 많이 사용된다. 반면, 구리는 유사한 전기전도도와 열전도도를 갖고 비교적 저렴하기 때문에 대규모 산업에서 은과 금의 유망한 값싼 대체재로 여겨진다. 하지만 구리는 공기 중에서 산화가 쉽게 되는 특성으로 인해 구리 기반 나노복합재료의 성능이 저하된다는 점이 한계로 지적되어 왔다. □ 연구팀은 포름산을 활용하여 에폭시 고분자 기지 안에서 구리 식각과 환원 반응을 통해 산화된 구리를 비산화된 구리와 구리 나노위성입자로 재생했다. 해당 기술로 합성된 나노복합재료는 별도의 처리 과정 없이 매우 높은 전기전도도와 열전도도를 달성하였으며, 장기간 안정성을 확보하였다. □ 연구팀은 산화된 구리, 포름산, 에폭시 등을 혼합함으로써 구리의 근본적인 산화문제를 해결했다. 구리의 표면 산화층은 포름산을 사용하여 현장 식각되어 제거되며 구리 포메이트를 형성한다. 구리 포메이트는 소결을 통해 비산화 구리와 구리 나노위성입자로 열적 환원되어 고전도성 구리 나노복합재료를 형성한다. □ 저렴한 산화된 구리를 이용하여, 간단하게 현장에서 비산화된 구리 나노복합재료를 합성하는 기술은 전기 및 열관리 응용 분야에 활용될 것으로 기대된다. □ 연구팀의 이번 연구는 삼성미래기술육성사업, 과학기술정보통신부 한국연구재단 중견연구자지원사업, 나노및소재기술개발사업 미래기술연구실, 교육부 대학중점연구소지원사업으로 수행되었다. □ 본 연구결과는 과학기술분야 세계적인 학술지인 어드밴스드 평셔날 머티리얼즈 (Advanced Functional Materials)에 9월 8일 온라인 게재됐다. ※ 논문명: In-situ regeneration of oxidized copper flakes forming nanosatellite particles for non-oxidized highly conductive copper nanocomposites, K.P. Faseela (공동1저자), C. Muhammed Ajmal (공동1저자), 차석재, 백승현 (교신저자), Advanced Functional Materials, 2023, 2304776, https://doi.org/10.1002/adfm.202304776 [그림1] 산화된 구리입자를 비산화된 구리입자와 구리 나노위성입자로 재생하는 개념도와 투과전자현미경 이미지 [그림2] 상온 환경에서 나노복합재료의 전기전도도 장기간 안정성 실험
- 작성일 2023-10-17
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[연구] 기계공학부 백승현 교수 연구팀, 재사용 가능한 상변화물질 기반 고성능 열계면소재 개발

기계공학부 백승현 교수 연구팀, 재사용 가능한 상변화물질 기반 고성능 열계면소재 개발 - 전자장비, 전자소자, 기계장비 등의 냉각 및 방열에 활용 기대 기계공학부 백승현 교수 연구팀이 재사용 가능한 상변화물질 기반 고성능 열계면소재를 개발했다고 밝혔다. 연구팀은 고분자 기지와 상변화물질의 화학적 기능화를 통해 기존 상변화물질의 한계로 지적되어 왔던 새는(leaking) 문제를 해결함과 동시에 손상 후 치유가 가능한 고열전도도 저열저항 열계면소재를 개발하는 데 성공하였다. 이번 연구에는 샤바스 아함메드(박사과정)과 김태훈 박사가 공동1저자로 참여하였다. 열계면소재는 열을 발생시키는 소자와 열을 외부로 방출하는 히트싱크 사이의 틈을 메움으로써 발열소자를 효과적으로 냉각시키는 역할을 한다. 상변화물질 기반 열계면소재는 비교적 낮은 온도에서 고체에서 액체로 상태가 변화하기 때문에, 효율적으로 틈을 메울 수 있게 된다. 하지만 상변화로 인한 새는 문제(leaking)와 비교적 낮은 열전도도가 한계로 지적되어 왔다. 연구팀은 상변화물질과 고분자의 기능화를 통해서 새는 문제를 해결하고, 수소 결합을 통해 손상 후 치유하여, 재사용 가능한 열계면소재를 개발하였다. 또한, 은입자와 기능화된 탄소나노튜브를 이용하여 높은 열전도도와 낮은 열저항을 달성하였다. 또한 컴퓨터에 실장 테스트를 진행하여, 기존 상변화물질 기반 열계면소재 대비 우수한 방열 성능과 재사용성을 확인하였다. 개발된 상변화물질 기반 열계면소재는 우수한 방열 성능과 재사용 가능한 특성을 나타내고 있어 △전자장비 △전자소자 △기계장비의 냉각 및 방열에 활용이 기대된다. 또한, 열계면소재 재사용은 전자부품 폐기물 감소에 긍정적인 효과가 있을 것으로 예상된다. 연구팀의 이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단 중견연구자지원사업, 나노및소재기술개발사업 미래기술연구실 및 교육부 대학중점연구소지원사업으로 수행되었다. 연구결과는 과학기술분야 세계적인 학술지인 어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)에 6월 10일(토) 온라인 게재됐다. ▲ 손상 후 치유 가능한 열계면소재 이미지 ※ 논문명: Covalently Functionalized Leakage-Free Healable Phase-Change Interface Materials with Extraordinary High-Thermal Conductivity and Low-Thermal Resistance, Shabas Ahammed Abdul Jaleel (공동1저자), 김태훈 (공동1저자), 백승현 (교신저자), Advanced Materials, 2300956. ※ DOI: https://doi.org/10.1002/adma.202300956 ○ 관련 언론보도 - 성대 백승현 교수 연구팀, 재사용 가능한 고성능 열계면소재 개발 <파이낸셜뉴스, 2023.06.16.> - 백승현 성균관대 교수, ‘재사용 가능’ 상변화물질 기반 고성능 열계면소재 개발 <메트로신문, 2023.06.16.> - 성균관대 기계공학부 백승현 교수 연구팀, 재사용 가능한 상변화물질 기반 고성능 열계면소재 개발 <교수신문, 2023.06.16.> - 성균관대 백승현 교수팀, 재사용 가능한 상변화물질 기반 고성능 열계면소재 개발 <에너지경제, 2023.06.16.>
- 작성일 2023-07-07
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연구

Research highlights