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주요 연구성과

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이제찬 교수, '친환경 휘발유 대체물질 생산공정' 개발 위치 확인

우리 학교 이제찬 교수(환경안전공학과)가 유기성 폐기물로부터 친환경 휘발유 대체물질을 생산하는 공정을 개발했다. 이번 연구를 통해 음식물 쓰레기 등의 유기성 폐기물에서 바이오에탄올보다 연료로서 물성이 뛰어난 부탄올의 생산가능성을 높이게 됐다. 이제찬 교수가 참여한 연구는 최근 ‘Applied Energy (화공/에너지분야 상위 3%)’ 온라인 최신호에 게재됐다. 논문의 제목은 "유기성폐기물 유래 휘발성 유기산으로부터 바이오알콜 생산 공정 개발에 관한 연구(Bioalcohol production from acidogenic products via a two-step process: A case study of butyric acid to butanol)"이다. 이 연구는 세종대학교 연구팀, 전북대학교 연구팀, 루이지애나주립대학교 연구팀과 공동연구로 진행됐고, 이제찬 교수는 교신저자로 참여했다. 이제찬 교수는 "이번 연구에서 기존에 상용화된 바이오알콜 생산 공정에서 쓰이는 발효 등의 생물 공정이 아닌 불균일계 촉매 공정을 통해 부탄올의 수율과 생산성을 향상시켰다"고 말했다. 이어 이 교수는 "해당 실험연구를 바탕으로 large-scale의 공정모사 및 경제성평가를 수행한 결과, 기존 식용작물에서 바이오에탄올의 생산 비용과 거의 비슷한 가격으로 유기성 폐기물 유래 물질로부터 에탄올보다 더 뛰어난 연료물성을 가진 부탄올을 생산할 수 있음을 실증했다"고 설명했다.
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- 작성일2019-07-16
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서형탁·김상완 교수팀, '미래반도체 신소자원천기술개발사업' 선정 위치 확인

우리 학교 서형탁·김상완 교수팀의 연구과제가 과학기술정보통신부가 주관하는 '미래반도체 신소자원천기술개발사업'에 선정됐다. 공동 연구팀은 이번 사업 수행을 통해 세계적으로 새로운 비메모리 분야의 신소자 기술을 확보하게 될 전망이다. 우리 학교 서형탁 교수(에너지시스템학과·신소재공학과)와 김상완 교수(전자공학과) 연구팀은 이번 연구개발사업 공모에서 ‘Mott 소스-Si 채널 이종접합 구조 기반 Tunneling-FET/MOSFET 가변형 Hybrid-Mott TFET (MTFET) 신소자 개발’을 연구주제를 제안했다. 연구 과제가 선정됨에 따라 연구팀은 3년간 총 6억원의 연구비를 지원받게 된다. 국내 반도체 산업은 메모리 편중 현상이 심각해 비메모리 신소자의 개발 필요성이 높고, 집적회로의 미세화에 따라 아직 전 세계적으로 확보되지 않은 '비실리콘 기반 신소자 기술개발 사업'이 현재 정부 주도로 진행중이다. 이에 과학기술정보통신부에서는 반도체 시스템 소모전력을 획기적으로 절감할 수 있는 초저전력 반도체 신소자 핵심 선도기술 개발을 위해 '미래 반도체 원천기술개발사업'의 세부 수행 과제를 올해 신규 공모했다. 우리 학교 연구팀은 ‘모트-터널링 하이브리드 트랜지스터’라는 최초의 소자 개념을 제안해 심사에서 호평을 받았다. ‘모트-터널링 하이브리드 트랜지스터’는 절연제와 도체 사이에서 소재의 전도성이 10-12초 시간 내에 가역적으로 변하는 모트 전이 소재가 차세대 CMOS(상보적 금속-산화물-반도체) 로직 소자에 적용돼 터널링 트랜지스터에 결합하는 것이다. 이번 연구과제 선정은 서형탁 교수 연구팀의 모트 소재 및 소자 전문 연구역량과 김상완 교수 연구팀의 터널링 트랜지스터 전문 연구역량을 결합해 교내 연구진의 반도체 분야 연구 능력을 인정받은 결과다. 서형탁 교수는 "이번 연구와 관련된 선행결과에서 인경신경회로망에 적합한 새로운 이온스위칭형 트랜지스터 소자 기능이 발견됐다"며 "인공지능 소자로도 확장하는 목표를 가지고 연구를 진행할 예정"이라고 말했다.
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- 작성일2019-07-08
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장혜영 교수 연구실, '친환경 기술개발 연구' 논문 해외저널에 게재 위치 확인

우리 학교 장혜영 교수(에너지시스템학과) 연구실의 친환경 기술개발 연구 논문이 해외 저널에 실린다. 우리 학교 장혜영 교수 연구실은 친환경 촉매기술 연구 결과가 'Advanced Synthesis & Catalysis'에 게재된다고 밝혔다. 'Advanced Synthesis & Catalysis'는 화학분야 순위 5% 이내에 드는 저널로, 이 연구결과는 Very Important Publication (VIP) article 및 논문 front cover (2019년 7월자, 13호)로 선정됐다. 이번 연구를 통해 장혜영 교수 연구팀은 전이금속을 사용하지 않고 guanidine 계열의 유기물만을 이용해 일산화탄소를 포집했다고 설명했다. 보통 일산화탄소의 구조적인 특성으로 전이금속 촉매를 이용했을 때에만 화학적 전환이 가능했다. 그 외에도 연구팀은 포집된 일산화탄소를 또 다른 유기물로 전달해 산업적으로 유용한 다양한 구조의 포름아마이드 화합물을 합성할 수 있었다. 지구온난화를 유발하는 기체로 알려진 일산화탄소(CO)는 대부분 발전소와 제철소의 배기가스로 방출된다. 일산화탄소의 환경적인 유해성을 줄이고 지속가능한 탄소원으로 활용해 석유 의존적인 화학산업에서 탈피하고자 하는 연구가 진행되어 왔다. 장혜영 교수는 "이번 연구에서 전이금속을 사용하지 않고 일산화탄소를 포집하고 전달할 수 있는 지속가능한 친환경반응 프로세스를 발견했다"며 "일산화탄소의 화학적 전환 공정의 친환경 플랫폼으로 이용될 수 있을 것"이라고 말했다.
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- 작성자통합 관리자
- 작성일2019-06-21
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김주민 교수 연구팀, 나노입자 분산액에서 ‘입자 집속현상’ 발견 위치 확인

우리 학교 김주민 교수 연구팀이 나노입자가 분산된 유체 흐름에서 직경이 수 마이크론인 입자가 유로 중앙에 집속되는 현상을 발견했다. 이번에 발견된 ‘입자 접속현상’은 미세입자 분포의 불균일성을 이해하는데 중요한 실마리를 제공해 이차전지의 제조 공정을 개선시킬 것으로 기대된다. 우리 학교 김주민 교수(화학공학과·대학원 에너지시스템학과)가 주도하는 연구팀은 나노입자 분산액의 탄성을 정량화할 수 있는 ‘미세유체 기술’을 제시했다고 12일 밝혔다. 이번 연구는 20년 넘게 이론적으로만 예측된 ‘나노입자 분산액의 탄성’에 의한 독특한 유동현상을 보고한 것으로, 산업적 활용도가 높아진 나노입자 분산액의 역학적 이해를 돕는데 크게 기여할 전망이다. 해당 연구는 중요성을 인정받아 세계적 학술지인 에 6월 7일자로 온라인 게재됐다. 논문의 제목은 이다. 해당 논문의 제 1저자는 우리 학교 김부건 학생(에너지시스템학과·박사 과정)이고, 유태현 교수(응용화학생명공학과)가 공동저자로 참여했다. 에너지 저장소자로 각광받는 이차전지는 개별 기능을 지닌 작은 입자(나노 및 마이크론 크기)를 용매에 분산시킨 뒤 기판 등에 도포해 제조된다. 이 때 이차전지의 성능은 다양한 크기의 입자를 얼마나 공간적으로 균일하게 분산시키느냐에 따라 많이 좌우된다. 김주민 교수팀이 발견한 독특한 유동 현상은 나노 크기의 입자들에 의해 발현된 탄성 때문에 마이크론 크기 입자들의 공간적인 분포가 불균일해질 수 있다는 것을 입증한다. 김주민 교수 연구팀은 미세채널(내경 25μm) 속 나노입자 분산액 내 폴리스티렌 입자(직경 6μm)의 움직임을 관찰해 입자 집속현상을 발견했다. 그 외 입자 집속현상은 혈액의 혈장을 구성하는 단백질 용액에서도 발견됐다고 김주민 교수는 설명했다. 이번 연구의 또 다른 성과는 미세유체소자를 활용해 ‘나노입자 콜로이드 분산액’의 탄성을 정량화하는 방법을 제시한 것이다. 나노입자 콜로이드 분산액은 점성만을 가지는 뉴튼유체로 간주돼 탄성의 특성은 보통 무시되어 왔다. 콜로이드 분산액은 식품, 화장품 및 각종 전자 제품의 소재 등에서 흔히 관찰할 수 있는 물질의 한 상태로, 마이크론 크기 이하의 입자가 용매에 분산되어 있는 물질이다. 김주민 교수는 “입자 집속 현상의 발견을 통해 오랜 기간 예측되어 왔던 콜로이드 유변학 이론을 증명함과 동시에 이차전지 재료 및 인체 혈장의 물리적 특성을 이해하는데 있어서 중요한 실마리를 제공할 것”이라고 설명했다.
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- 작성자통합 관리자
- 작성일2019-06-21
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김성환·박지용 교수, 단백질 기반의 ‘마찰전기 수확소자’ 개발 위치 확인

우리 학교 연구진이 실크 단백질을 활용해 피부로부터 마찰전기를 높은 효율로 얻어낼 수 있는 에너지 소자를 개발했다. 이에 따라 헬스케어 분야의 원천 기술을 확보함과 동시에 천연 소재의 새로운 활용 가능성을 높이게 됐다. 우리 학교 김성환·박지용 교수(물리학과·대학원 에너지시스템학과)는 5일 피부나 옷감에 붙여 이들의 진동에 따라 생성된 마찰전기를 고효율로 수확할 수 있는 전자소자를 구현했다고 밝혔다. 이번에 개발한 전자소자는 생체친화 소재로, 높은 인장력과 탄성을 지닌 섬유로 관심을 받아온 실크 단백질을 활용했다는데 그 의의가 있다. 해당 연구는 에너지 분야 저명 학술지인 에 6월 1일자로 온라인 게재됐다. 논문의 제목은 이다. 신체 조직에 부착이 가능한 전자·광학 소자는 차세대 헬스케어 소자로 주목받으면서 현재 전 세계적으로 관련 연구가 활발히 진행 중이다. 생체신호를 직접 읽고 분석할 수 있기 때문인데, 이를 위해서는 생체조직과 같이 유연하고 늘릴 수 있는 전자소자가 필요하다. 앞서 많은 연구팀들이 유연 기판에 전극과 전자소자를 집적해 다양한 인체 신호를 읽고 분석하는 소자들을 보고한 바 있다. 이는 피부를 인공적으로 모방한 전자소자라는 개념으로 해석돼 ‘전자피부’라 불리고 있다. 그러나 이들 전자소자가 구동되려면 전기에너지 공급이 필수적이고 전자피부의 개념에서 기존의 배터리 사용이 아닌 인체로부터 직접 에너지를 수확하는 기술개발이 있어야 한다. 기술 가운데 인체의 움직임을 전기에너지로 변환할 수 있는 마찰전기 발생기가 관심받고 있다. 우리 학교 연구팀은 생체조직을 구성하는 성분 중 하나인 단백질, 그 중에서 자연에서 구할 수 있는 우수한 기계적 물성을 지닌 실크 단백질에 주목했다. 연구팀은 실크 단백질 분자수준에서의 물성개질을 위해 글리세롤을 도입해 투명하고 늘릴 수 있는 수화젤 필름을 구현했다. 수화젤은 많은 수분을 머금을 수 있는 고분자 물질인데, 고분자 분자들이 연결되면 만든 공간에 물 분자들이 들어갈 수 있고 이 때문에 말랑말랑한 물성을 지니게 된다. 우리 인체 조직도 수화젤 중 하나로 볼 수 있다. 연구팀은 새로 구현된 투명 실크필름에 은 나노와이어 전극을 집적해 안정적으로 수확된 전자들이 흐르게 했다. 또 CD의 표면을 활용해 실크 단백질 필름에 주기적인 패턴을 형성해 접촉면을 증가시켰다. 이렇게 제작된 마찰전기 수확소자는 피부에 직접 접촉시 더 좋은 성능을 보였고, 5개의 직렬연결 LED를 켤 수 있을 정도의 에너지 수확을 가능하게 했다. 이는 최초로 피부표면에 부착할 수 있는 마찰전기 에너지 수확이 가능함을 보여준 것이다. 그 외에도 광학적으로 투명하기 때문에 다른 전자기기에 부착한 터치센서, 인체의 움직임을 감지하는 동작센서로도 응용이 가능하다. 김성환·박지용 교수는 “현재 인체로부터 에너지를 수확하려는 연구는 많은 진전을 이뤘지만 생체적합성 및 생체조직과의 인터페이스 문제는 상대적으로 간과되어 왔다”며 “발상의 전환을 통해 생체 구성 성분인 단백질을 활용해 에너지 수확소자 구현이 가능하다는 것을 보여줬고, 이를 활용할 경우 생체조직과 전자소자 사이 상이한 물성 차이를 극복할 인터페이스를 제공할 수 있다”고 설명했다. 이어 “이번에 개발한 소재 기술은 바이오 소재들이 물리기반 소자 구현에도 적용될 수 있을 뿐 아니라 향후 다양한 헬스케어 소자에 적용될 수 있다”고 덧붙였다.
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- 작성자통합 관리자
- 작성일2019-06-21
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