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- 조새벽 교수 공동 연구팀, 인쇄 가능한 초고속 3진법 반도체 소자 기술개발
- 조새벽 교수 공동 연구팀, 인쇄 가능한 초고속 3진법 반도체 소자 기술개발 화학공학/고분자공학부 조새벽 교수는 연세대 화공생명공학과 조정호 교수와 공동으로 인쇄공정을 통해 대량생산이 가능한 고성능의 3진법 전기화학 반도체 소자 기술을 개발했다. 공동 연구팀은 이같은 내용을 재료기술 분야의 세계적 학술지 어드밴스드 머티리얼스(IF: 32.086)에 발표했다. 1965년 고든 무어가 ‘18-24개월마다 반도체 성능은 2배로 증가할 것이다’라는 무어의 법칙(Moore’s Law)를 제안한 이후로 지난 50여 년간 반도체 기술은 이에 맞추어 꾸준히 진보해 왔다. 그러나 반도체 공정의 선폭이 수 나노미터(10억분의 1m) 수준까지 내려오면서, 급격히 높아지는 공정단가와 단위소자 당 전력소모로 인해 기술의 발전 속도를 유지하는 데 많은 어려움이 있다. 이에 고집적화를 넘어 기존과 다른 방식으로 한계를 돌파하고자 하는 비욘드 무어(Beyond Moore) 반도체 기술이 주목받고 있다. 비욘드 무어 기술의 큰 갈래로서, 기존의 ‘0’과 ‘1’을 기반으로 하는 2진법 소자가 아닌 3진법 이상의 정보를 단일연산으로 처리할 수 있는 다진법 소자 기술이 활발하게 연구되고 있다. 이러한 기술은 선폭을 줄이지 않고도 정보의 집적도를 50% 이상 끌어올릴 수 있으며 높은 집적도를 구현하기 어려운 생체형 전자소자 및 유연 전자소자 기술의 고성능화에 특히 더 크게 기여할 수 있다. 따라서 이를 구현해내기 위한 새로운 반도체 소재 및 소자 구조의 개발에 많은 연구역량이 집중되고 있다. 연구팀은 유기물 기반의 반도체 소재를 사용하게 되면 이들의 화학구조에 따라 산화 전위를 제어할 수 있으며, 산화 환원 상태에 따라 전도성이 크게 변화하는 점에 착안하였다. 서로 다른 두 개의 반도체 소재에 순차적인 전기화학적 반응을 유도하는 방식을 통해 3개의 전기화학적 논리상태를 구현할 수 있었다. 또한 반도체 소재의 약간의 화학적 변형만으로도 전기적인 특성을 세밀하게 제어할 수 있어 최적의 논리상태의 안정적인 구동이 가능하였다. 또한 전자적인 구동방식에 비해 상대적으로 느린 전기화학적 반응의 한계를 극복하기 위해 각각의 반도체 소재를 나노미터 수준의 박막으로 수직으로 적층한 새로운 반도체 소자 구조를 제안하였으며, 이를 통해 10MHz 이상의 고속 삼진법 논리 연산을 구현하였다. 새롭게 개발된 반도체 소자는 대면적의 고집적화를 위한 공정 기술 개발에도 유리하다. 전극이 수평으로 배치된 기존의 반도체 소자에 비해, 모든 구성 요소를 수직으로 배치하면 단위면적당 반도체 소자의 개수를 큰 폭으로 증가시킬 수 있다. 뿐만 아니라 사용한 반도체 소재 및 절연체 소재가 모두 유기물이기 때문에 이들을 잉크형태로 제조할 수 있으며, 이를 통해 인쇄하듯 찍어내는 방식으로 대면적의 대량 생산하는 것이 가능하다. 이러한 방식으로 인쇄된 반도체 웨이퍼는 다양한 다진법 논리연산을 균일하게 구현할 수 있었다. 조새벽 교수는 “본 연구는 생체친화성과 유연성을 모두 가지는 고성능, 고집적도의 3진법 소자를 인쇄공정만으로 구현할 수 있는 가능성을 열었다”며“이 기술은 향후 4차 산업혁명 시대에 걸맞는 고기능성 인쇄전자 분야의 주요 원천기술이 될 것으로 기대된다.”고 밝혔다. ※ 논문명: Monolithic Tandem Vertical Electrochemical Transistors for Printed Multi-valued Logic ※ 저널: Advanced Materials ※ DOI: https://doi.org/10.1002/adma.202208757
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- 작성일 2023-01-18
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- 신소재공학부 김윤석 교수, 이달의 과학기술인상 1월 수상자 선정
- 신소재공학부 김윤석 교수, 이달의 과학기술인상 1월 수상자 선정 - 차세대 반도체 소재인 하프늄옥사이드의 강유전성 발현 원인 규명 신소재공학부 김윤석 교수가 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 선정하는 ‘이달의 과학기술인상’ 1월 수상자로 선정되었다. ‘이달의 과학기술인상’은 우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 연구개발자를 매월 1명씩 선정하여 과기정통부 장관상과 상금 1천만 원을 수여하는 시상이다. 김윤석 교수는 차세대 반도체 소재인 하프늄옥사이드(HfO2)의 강유전성* 발현 원인을 밝히고, 이온빔을 이용해 HfO2의 강유전성을 높이는 기술을 개발하여 반도체 소자 기술 경쟁력을 강화한 공로를 높게 평가받아 이달의 과학기술인상으로 선정되었다. * 강유전성: 외부 전기장 등에 의해 물체의 일부가 양(+)극이나 음(-)극을 띠게 된 후 그 성질을 유지하는 성질. 각각의 분극 방향은 메모리에서 데이터를 저장하는 기본 구조인 ‘0’과 ‘1’에 대응될 수 있다. 강유전성이 큰 반도체 소재는 메모리에서 데이터를 저장하는 기본구조인 ‘0’과 ‘1’의 차이가 커져 저장된 데이터를 보다 정확하게 읽을 수 있다. HfO2는 수 nm의 얇은 막에서도 우수한 강유전성을 보여 메모리, 트랜지스터 등의 기존 산화물을 대체할 초고집적 차세대 반도체 소재로 꼽힌다. 하지만 아직까지 HfO2의 강유전성 발현 원인이 밝혀지지 않았으며, HfO2의 강유전성 증대를 위해 반복적인 전기장 인가 같은 복잡한 공정이 필요해 실제 전자소자의 초고집적화 실현에 어려움이 있었다. 김윤석 교수는 강유전성 발현 정도는 산화물 재료 결정구조의 산소 공공* 과 밀접한 관계가 있음에 착안하여, 이온빔**으로 산소결함을 정량적으로 조절하여 HfO2의 강유전성을 향상시키는 방법을 고안하였다. * 산소공공: 산화물 재료의 결정구조에서 산소 원자가 빠져 비어있는 자리 ** 이온빔 : 전기장이나 자기장으로 전하를 띤 원자(이온)의 방향을 정렬해 만든 흐름 연구팀은 가볍고 미세 제어가 가능한 헬륨이온빔을 HfO2 기반 강유전체에 조사해 산소 공공을 형성함으로써 기존의 복잡한 공정과 후처리 과정 없이 이온빔 조사밀도 조절만으로 강유전성을 강화하였다. 원자힘현미경으로 HfO2 기반 강유전체를 관찰한 결과 기존 대비 200% 이상 강유전성이 증가하였음을 확인하였다. 더불어 주사투과전자현미경을 이용하여 강유전성 증가 원인이 산소결함 밀도와 연계된 결정구조 변화에서 기인한다는 원리를 규명하였다. 이온빔이라는 하나의 변수만으로 강유전성을 향상시키는 기술은 현재 반도체 공정에 패러다임 변화 없이 적용 가능한 장점이 있다. 관련 연구성과는 국제학술지 사이언스(Science)지에 2022년 5월 게재됐다. 김윤석 교수는 “이번 연구는 하프늄옥사이드의 강유전성 발현 원인을 밝혀 강유전소재의 고성능화를 구현했다는데 의의가 있다”라며 “이번 연구를 통해 강유전성을 활용한 고효율 반도체 소자의 실용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대한다.”라고 밝혔다.
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- 작성일 2023-01-11
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- 화학공학/고분자공학부 방석호 교수, 종양 제거 및 검출용 전도성 하이드로겔 개발
- 화학공학/고분자공학부 방석호 교수, 종양 제거 및 검출용 전도성 하이드로겔 개발 - 활성산소 반응성 하이드로겔 기반 종양 제거 기술 - 전도성 기반 기계 및 전자제어를 통한 무선 모니터링 구현 ▲ 화학공학/고분자공학부 방석호 교수(왼쪽, 교신저자)와 임광범 박사(오른쪽, 제1저자) 화학공학/고분자공학부 방석호 교수 연구팀(제1저자 임광범 박사)이 한국교통대 박성영 교수 연구팀과 공동 연구를 통해 활성산소 반응성 기계 및 전자 제어가 가능한 전도성 하이드로겔 센서를 개발하였다. 암은 발병률과 치사율이 높기 때문에 인간의 건강에 심각한 위협이 된다. 조기 진단과 암 예방이 전 세계적으로 주요한 목표이며, 외과적 수술을 통해 모든 악성 조직을 감지하고 제거하기가 어려움이 존재한다. 면역 센서 및 면역 분석과 같은 종양 마커를 기반으로 하는 기존의 암 세포 검출 기술은 정교한 기술을 사용하는 임상 실험실에서 측정이 수행되기 때문에 임상 사용에 적합하지 않으며, 체액 수집과 결과 기록 사이에 적지 않은 시간이 소요된다. 따라서, 전문지식이나 특별한 지식 없이도 신속하고 구체적인 결과를 얻을 수 있는 새로운 방법에 대한 필요성이 대두되며, 현 연구에서는 휴대용 검사를 통해 암 환경을 선택적이고 정확하게 감지할 수 있는 휴대용 감지 방법에 대한 연구가 진행되었다. 하이드로겔은 대표적인 생체 적합성 소재로 유체 흡수를 위해 기공 크기를 조정할 수 있는 장점으로 바이오센싱에 이용되었다. 특히, 하이드로겔에 나노입자가 혼입된 전도성 하이드로겔은 온도, 산화환원, pH, 빛, 압력, 변형률 등 다양한 자극에 대한 전자신호를 감지할 수 있다. 그러나 세포외 pH 및 글루타티온(GSH)에 반응하는 하이드로겔에 기반한 의학적 진단 검사에 초점이 맞춰진 전례가 거의 없었으며, 압력-변형을 감지하는 하이드로겔을 기반으로 암 미세환경에 대한 연구가 진행된 전례가 없었다. 방석호 교수 연구팀은 ROS 반응성 디셀레나이드 탄소 도트 하이드로겔(dsCD-Hydrogel)을 기반으로 한 암 미세환경 선택적 전도성 하이드로겔 센서를 개발하였다. 이 센서는 높은 활성산소를 함유한 종양 미세 환경 속에서 디셀레나이드 결합을 파괴하여 암 선택성을 제공한다. 암세포의 존재는 정상 세포보다 더 큰 압력 및 변형 감지 반응을 모니터링하여 식별할 수 있다. 또한, dsCD-Hydrogel은 무선 감지 장치와 함께 사용되어 종양 보유 마우스에서 하이드로겔의 감지 기능을 모니터링할 수 있으며 스마트폰을 사용하여 현장 및 현장 외 감지 데이터를 수집할 수 있다.(그림1) ▲ 방석호 교수 스마트폰을 이용한 모니터링이 가능한 하이드로겔 기반 감지 시스템 연구팀이 개발한 하이드로겔은 dsCD의 활성산소 소거 및 광열 효과는 각각 혈관 내피 성장 인자(VEGF) 및 저산소증 유발 인자 1α(HIF-1α)를 하향 조절하고 종양 세포 제거를 유도하여 종양 크기를 감소시키는 것으로 확인됐다.(그림 2) ▲ 마우스 내 활성산소 소거 및 광열효과에 대한 자료 방석호 교수와 박성영 교수는 “후속 연구를 통해 암치료에 적합한 하이드로겔 센서 시스템을 구축하고, 이후 종양에 대한 신속 검출을 위한 실제 응용 가능성을 확인할 예정이다.”고 설명했다. 해당 연구 결과는 화학공학분야 세계권위지인 케미컬 엔지니어링 저널 (Chemical Engineering Journal, IF: 13.273)에 12월 5일 온라인 게재되었다. ※ 논문제목: ROS-responsive mechanically and electronically controllable conductive hydrogel sensor with NIR modulated photothermal therapy ※ 저널: Chemical Engineering Journal ※ 논문링크: https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.140729
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- 작성일 2023-01-10
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- 신소재공학부 김명길 교수 공동 연구팀, 멀티스케일 구조 조절기반 결정질 다공성 소재 개발
- 신소재공학부 김명길 교수 공동 연구팀, 멀티스케일 구조 조절기반 결정질 다공성 소재 개발 - 방사성 원소 제염을 위한 오염수 처리소재 기술 개발 신소재공학부 김명길 교수 연구팀이 기존 무질서한 표면으로 제한된 기능성을 가진 다공성 에어로겔 소재의 한계를 뛰어넘는 규칙적인 결정질 표면으로 이루어진 다공성 황화물 에어로겔 소재를 최초로 합성하고 이를 적용하여 방사성 원소 제염을 위한 오염수 처리소재 기술을 최초로 개발하였다. 연구팀은 이같은 내용을 과학기술 분야 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션(IF: 17.69)에 발표했다. 다공성 무기 소재인 에어로겔은 넓은 표면적, nm에서 ㎛에 이르는 다양한 기공구조, 낮은 밀도를 가지는 새로운 기능성 소재로 고성능 단열소재, 화학공정 촉매소재, 청정 수소발생 촉매소재, 유해물질 제거소재등의 다양한 분야에 응용되고 있다. 일반적인 물질 내 원자배열의 규칙성은 소재의 유용한 특성을 결정한다. 예컨대 탄소의 경우 원자의 규칙적인 배열에 따라, 투명하고 단단하나 부도체인 다이아몬드 혹은 높은 전기전도도를 가지는 흑연이 될 수도 있다. 나아가 배열이 완전히 흐트러지면 모든 방향으로 균등한 성질을 가지나 낮은 전기전도도를 가지는 비정질 탄소가 될 수도 있다. 일반적인 에어로겔 소재는 원자 간 무작위 연결로 형성되며, 이에 따라 원자배열이 불규칙한 비정질 소재로 얻어진다. 이처럼 에어로겔 소재 자체의 원자 배열을 조절하지 못하면 광학적 성질의 조절, 도핑을 통한 반도체 및 촉매 특성의 조절과 같은 새로운 소재 물성의 개발이 어려운 한계가 있다. 연구진은 기존 에어로겔 소재의 한계를 극복하기 위하여 이차원 결정질 나노판상을 형성하며 동시에 다양한 기공구조의 형성이 가능한 주석 이황화물계 소재군 및 반응조절법을 개발하고 자세한 반응기작을 연구하였다. 이를 통해 기존 무질서한 비정질 에어로겔 소재와 차별화된 결정질 주석황화물계 에어로겔 소재를 개발하였다. 이 소재는 기존 사면체 구조가 유지되는 단순 복분해(metathesis) 반응과 달리 반응속도의 조절을 통하여 안정된 육면체 구조로의 변환이 가능하며, 나아가 결정질 나노판상 소재의 형성이 가능함을 발견하였다. 이를 이용하여 다양한 금속-주석황화물계 결정질 에어로겔 소재를 개발하였다. 또한 연구진은 Cs-137와 Sr-90과 같은 방사성 핵종 제거에 유용한 KMS-1 소재와 동일한 원자배열을 가지는 나트륨-망간-주석 황화물계 에어로겔 소재를 개발하여 다공성 구조를 통한 빠른 방사성 핵종의 제거가 결정질 에어로겔 소재를 통하여 가능함을 보여주었다. 이는 높은 표면적이 필요한 화학촉매, 신재생 에너지 생산, 유해물질 제거 등에 유용하게 활용 가능하다. 김명길 교수와 오영탁 박사는 “본 연구는 기존에 무질서한 원자들의 배열로 여겨져 왔던 다공성 에어로겔 소재에서 규칙적인 결정질 소재의 형성이 가능함을 보여주어 결정질 에어로겔 소재라는 새로운 소재군의 확립과 고기능성 촉매 소재, 에너지 소재, 환경 소재등의 다양한 응용에 대한 가능성을 열었다.”고 밝혔다. ※ 논문명: Multiscale structural control of thiostannate chalcogels with two-dimensional crystalline constituents ※ 저널: Nature Communications ※ DOI: https://www.nature.com/articles/s41467-022-35386-z
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- 작성일 2023-01-10
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- 화학공학/고분자공학부 김재윤 교수, 다발성 경화증 치료백신 개발
- 화학공학/고분자공학부 김재윤 교수, 다발성 경화증 치료백신 개발 - 항원 특이적 면역 관용 유도 - 다양한 자가면역질환 치료백신 적용 가능성 ▲ (왼쪽) 김재윤 교수 / (오른쪽) NGUYEN Thanh Loc 박사 화학공학/고분자공학부 김재윤 교수 연구팀(제1저자 NGUYEN Thanh Loc 박사)이 자가면역질환인 다발성 경화증 치료백신을 개발하였다. 다발성 경화증은 뇌, 척수, 시신경으로 구성된 중추신경계에 발생하는 만성 염증 질환으로, 인체의 면역시스템이 자신의 신경계를 공격하여 신경신호 전달에 문제가 생겨 발생하는 자가면역질환이다. 주로 20~40세의 젊은 연령층과 여성에게서 많이 발생한다. 신경통증과 마비감이 대표적 증상이며, 악화될 경우 시신경염, 얼굴 감각장애, 운동장애, 사지마비 등으로 이어지게 된다. 다발성 경화증은 증상이 호전되는 듯하다가 다시 재발하는 것이 특징으로 대다수의 환자들은 질병의 악화와 완화가 반복된다. 현재까지는 다발성 경화증을 완치하는 치료법은 없으며, 주로 스테로이드제나 질병완화제제 등으로 병의 진행이나 악화를 늦추고 증상을 조절하는 수준이다. 연구팀은 생분해성 다공성 실리카 입자에 신경수초 자가항원을 탑재한 치료백신을 다발성 경화증 동물에 접종하여, 자가반응 면역세포를 억제하는 조절 T세포를 유도하였다. ▲ 뒷다리가 마비된 다발성 경화증 동물의 백신 접종 후 치료 결과 그 결과 두 뒷다리가 마비된 다발성 경화증 동물이 백신접종 후 뒷다리를 모두 사용하여 걸을 수 있는 치료 효과를 보였다. 또한 중추신경계에 침입한 자가반응 면역세포의 수가 현저히 감소함을 확인하였다. 다발성 경화증 동물에 자가항원과 무관한 항원을 탑재한 백신을 접종하거나, 치료백신과 더불어 조절 T세포 기능을 중화하는 중화항체를 함께 주입하였을 경우, 백신의 치료 효과가 나타나지 않았다. 이는 백신의 치료 효과가 항원 특이적 조절 T세포가 생성됨에 의해 나타난다는 것을 의미한다. ▲ 자가면역질환인 다발성 경화증 치료백신의 치료 메커니즘 나아가 연구팀은 세포 내 높은 활성산소종이 자가반응 면역세포의 활성화 과정에 관여되어 있다는 점에 착안하여, 활성산소종을 제거하는 나노입자를 추가로 탑재한 치료백신을 개발하였다. 이 치료백신은 면역관용을 더 효과적으로 유도하여 다발성 경화증이 가장 악화된 시점에서도 백신에 의한 치료 효과가 향상됨을 확인할 수 있었다. 연구를 이끈 김재윤 교수는 “개발된 치료백신 나노입자 플랫폼에 다른 자가항원을 탑재하여 다양한 자가면역질환 치료에 확대 적용할 수 있을 것으로 기대된다”고 설명했다. 이번 연구 결과는 국제저명학술지인 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 12월 2일 온라인판에 게재되었다. 본 연구는 한국연구재단의 중견연구사업, 바이오의료기술개발사업, 창의도전연구지원사업의 지원으로 수행되었다. ※ 논문제목: Immunosuppressive Biomaterial-based Therapeutic Vaccine to Treat Multiple Sclerosis via Re-establishing Immune Tolerance ※ 저널: Nature Communications ※ 링크: https://doi.org/10.1038/s41467-022-35263-9
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- 작성일 2023-01-10
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- 건축학과 류지현, 유익한 학우, 계룡장학재단 아이디어 공모전 건축부문 대상
- ▲ 성균관대 유류고팀 대상 수상 장면. 사진 가운데 이승찬 이사장 계룡장학재단이 20일 계룡건설 사옥에서 3회 '계룡장학재단 아이디어 공모전 시상식'을 개최했다. 이날 시상식에는 계룡장학재단 이승찬 이사장과 공모전 멘토로 함께 한 유현준 교수를 비롯해 수상자 70여 명 등 모두 80여 명이 참석했다. △건축부문 25팀 △아이디어부문 10팀 등 35팀이 최종 선발됐고 건축부문 대상 700만원 포함, 2520만원의 상금이 수여됐다. 식전 행사로 '차선이 모여 최선이 되는 인생'을 주제로 유현준 교수의 토크콘서트가 진행됐다. 수상작 전시, 인생네컷 포토부스 등 참여 이벤트가 더해져 축하 분위기를 돋웠다. 올해로 3회 차를 맞이하는 계룡장학재단 공모전은 새로운 시대를 이끌어갈 학생들이 본인만의 철학을 담은 창의적인 주거 해법을 고민해 보는 기회의 장을 제공하고 있다. 포스트 코로나시대, 주거 공간의 변화와 새로운 주거 속 공동의 공간을 주제로 진행된 1-2회 차에 이어 2022년에는 테크놀로지가 바꿔가는 새로운 미래 그리고 이에 대응하는 새로운 주거 건축을 주제로 진행됐다. 지난 7월 19일부터 약 6개월에 걸쳐 진행한 이번 공모전은 전국 76개 대학 132개팀이 출품하는 등 큰 호응을 얻었다. 내·외부 전문가로 구성된 심사위원단이 심사를 거쳐 영예의 대상을 수상한 건축부문 대상 수상자 유류고팀(성균관대학교 건축학과 류지현 외 1명)은 "시대적 이슈와 변화에 대해 심도 있게 고민해 볼 수 있는 뜻깊은 기회의 장이었다. 6개월 가까이 함께 해준 팀원에 감사하다"면서 "예비 건축가로서 나만의 철학을 만들어가며 꿈을 향해 계속 도전하겠다"고 수상 소감을 전했다. 이승찬 이사장(계룡건설 사장)은 "사회적 거리두기 완화로 일상 회복의 길로 나아가면서 약 3년 만에 처음으로 직접 만나 축하의 마음을 나눌 수 있는 공모전 시상식을 진행하게 돼 매우 기쁘다"며 "바쁜 학사 일정 속에서도 치열한 고민을 거듭해 얻은 오늘의 결과와 경험을 토대로 많은 사람들에게 선한 영향력을 주는 인재로 성장하길 응원한다"고 밝혔다. 기업의 사회적 책임을 다하기 위해 1992년에 설립한 계룡장학재단은 다양한 장학사업을 펼치고 있으며 지금까지 지급한 전체 장학금의 규모는 1만5000여 명 장학금 63억여 원에 달한다.
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- 작성일 2023-01-10
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- 신소재공학부 백정민 교수 연구팀, 열전 에너지 하베스팅 근본적 솔루션 제시
- 신소재공학부 백정민 교수 연구팀, 열전 에너지 하베스팅 근본적 솔루션 제시 - 마찰 전하 및 열전 캐리어 커플링 효과로 세계 최고 수준의 출력 전압 달성 - 에너지분야 국제학술지 Advanced Energy Materials 게재 신소재공학부 백정민 교수 연구팀이 UNIST 신소재공학과 손재성 교수 연구팀과 함께 마찰 전하 및 열전 캐리어 커플링 효과를 통해 열전 에너지 하베스터의 출력을 반영구적으로 향상시키는 기술을 개발하였다. 열전 에너지 하베스팅 기술은 외부에서 열이 가해질 때 소재 양단의 온도차로 인해 발생하는 전위차로 에너지를 생산하는 기술로, 단순한 구조, 낮은 유지비용, 높은 신뢰도 등의 장점으로 산업 현장 등에서 발생한 폐열을 지속가능한 에너지 생산으로 전환할 수 있는 좋은 해결책으로 평가되고 있다. 지금까지는 열원부와 열전 소자 사이의 접촉 저항 및 소자 내부 저항 때문에 에너지 변환 효율이 미비하였으며, 소재의 역률(power factor)에 의한 한계로 출력의 최적화를 이루지 못하여, 상용화 수준의 출력을 달성하지 못했다. * 역률(power factor): 열전소자 모듈이 생산하는 전력 밀도를 평가할 때 사용하는 성능지수로, 소재의 제백 계수의 제곱과 전기전도도의 곱으로 계산 * 제백 계수(Seebeck coefficient): 단위 온도당 소재 내부에 생성되는 전압차의 상관관계를 나타내는 계수이며, 제백 계수가 높은 물질을 열전 소재라고 부름 위의 한계를 돌파하고자 백정민 교수 연구팀은 상온에서 ZT(열전성능지수) 값이 가장 높은 BiSbTe 기반 열전 소자의 저온부에 반영구적으로 높은 음전하를 함유할 수 있는 폴리이미드 계열 소재를 개발 및 부착하고 열전 소재 내부의 캐리어들과 결합 효과를 유도하였다. 이를 통해 기존 출력 대비 4배 이상 출력이 증가하였으며 세계 최고의 출력전압(기존보다 2배 증가)을 달성하였다. 이 기술은 음전하 생성을 위한 외부의 물리적인 마찰 효과가 필요 없어 반영구적으로 작동되는 이점이 있다. 백정민 교수는 “이 연구는 기존의 열전 에너지 하베스팅의 한계점인 낮은 출력전압과 에너지 변환 효율을 개선할 수 있는 새로운 방향성을 제시할 것이며 에너지 하베스팅 뿐만 아니라 열전 냉각 효과에도 탁월한 성능을 보일 것 ”이라고 밝혔다. 이번 연구 결과는 에너지 분야 국제학술지 Advanced Energy Materials(IF: 29.698)에 12월에 게재되었다. 백정민 교수팀은 관련 특허 2건을 출원한 상태이며, 향후 열전 에너지 하베스팅을 다양한 분야에 적용할 수 있도록 연구를 진행 중이다. 이번 연구는 한국연구재단 중견연구사업 및 BRIDGE연구개발사업의 지원으로 수행되었다. ※ 논문명: Boosted Output Voltage of BiSbTe-Based Thermoelectric Generators via Coupled Effect between Thermoelectric Carriers and Triboelectric Charges ※ DOI: 10.1002/aenm.202202987
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- 작성일 2023-01-10
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- 시스템경영공학과 이동희 교수, 제10회 SK하이닉스 산학연구과제 포상서 우수상 수상
- 시스템경영공학과 이동희 교수, 제10회 SK하이닉스 산학연구과제 포상서 우수상 수상 ▲ (왼쪽부터) 김준수 SK하이닉스 R&D전략기획 TL, 시스템경영공학과 이동희 교수, 하용수 SK하이닉스 특허 직속 부사장 시스템경영공학과 이동희 교수가 제10회 SK하이닉스 산학연구과제 우수발명 포상에서 우수상을 수상하였다. 산학연구과제 우수발명 포상은 SK하이닉스와 산학협력을 진행 중인 대학에서 연구과제 수행 중에 출원한 특허 중 우수특허를 선별해 포상하는 제도로 지난 2013년부터 매년 열리고 있다. 우수상을 수상한 이동희 교수는 "웨이퍼 맵 상의 군집성 불량 관리를 위한 공정경로 도출 방법" 과제를 실시하며 웨이퍼 맵 상의 특이패턴 감지 및 특이패턴을 발생시킨 혐의설비를 탐색하는 알고리즘 개발 기술을 개발하였다. 하나의 웨이퍼에는 다수의 반도체 칩이 존재하는데, 웨이퍼 가공(fabrication)이 완료되면 probe test를 통해 웨이퍼에 존재하는 모든 반도체 칩의 검사 정보를 이미지 형태로 표현한다. 이를 웨이퍼 맵이라고 하며, 이를 통해 불량칩의 위치를 한눈에 파악할 수 있다. 웨이퍼 맵 상에서 불량칩이 특정 영역에만 다수 분포하는 등 일정한 패턴을 보이는 경우가 있는데, 이는 가공공정에서 설비고장 등의 문제가 발생했었음을 시사한다. 반도체는 대량 생산 체제이므로 이러한 문제를 적시에 탐지하고 조치하는 것이 피해를 최소화할 수 있다. 이동희 교수는 이번 과제에서 합성곱신경망(Convolutional neural network; CNN)을 이용하여 웨이퍼 맵을 자동으로 분류하였으며, 불량모드의 유사도를 정량화하여 유사도가 높은 불량모드를 가진 불량칩은 유사한 색상으로 웨이퍼 맵에 표현하는 기법을 개발하였다. 또한, 혐의설비를 추적하는 알고리즘을 '패턴 마이닝 기법'을 통해 개발하여 기존에 엔지니어가 발견하지 못한 새로운 특이패턴을 발견하였고 혐의설비를 효과적으로 탐색하는 방법을 개발하였다. 이러한 과정을 통해 수백 개의 공정 단계에서 수집 및 분석되는 대량의 공정데이터 중 손쉽게 확보할 수 있는 공정이력데이터를 분석하여 효과적으로 공정경로, 설비효과, 설비진단 등을 수행할 수 있게 되었다. 이동희 교수는 "수상하게 되어 영광이고 SK하이닉스에 감사드린다. 과제를 수행하면서 이론과 현실의 차이를 느끼게 되었고 이를 하나씩 해결하고 괴리를 좁혀가며 현장에 적용시켰던 과정이 보람찼다"고 밝히며 "앞으로도 지속적인 산학과제 수행을 통해 우수한 연구성과를 도출하겠다."고 포부를 밝혔다. 이번 포상식은 코로나19 감염 예방을 위하여 SK하이닉스 담당 조직에서 직접 수상자를 찾아 상패를 전하는 방식으로 진행되었다.
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- 작성일 2023-01-10
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- 화학공학/고분자공학부 박호석 교수, 에쓰오일과학문화재단 차세대과학자상 수상
- 화학공학/고분자공학부 박호석 교수, 에쓰오일과학문화재단 차세대과학자상 수상 에쓰-오일과학문화재단은 9일 서울 마포구 본사에서 제12회 에쓰-오일 우수학위 논문상과 제4회 차세대 과학자상 시상식을 열었다. 6개 분야에서 우수학위 논문상을 받은 젊은 과학자 12명과 지도교수 12명에게 연구지원금 1억3천800만원을 전달했다. 또 5개 분야에서 선정된 차세대과학자 5명에게 연구지원금 2억원을 전달했다. 우수학위 논문 대상은 KAIST 김대욱 박사(수학), 포항공대 서준호 박사(물리), 울산과학기술원 마경열 박사(화학), 연세대 김나혜 박사(생명과학), 한양대 김운혁 박사(화학공학·재료공학), KAIST 홍나리 박사(IT)가 받았다. 차세대 과학자상은 포항공대 김범준 교수(물리), 서울대 배상수 교수(생리의학), 성균관대 박호석 교수(화학공학·재료공학), 한양대 송태섭 교수(에너지), KAIST 이현주 교수(IT)에게 각각 돌아갔다.
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- 작성일 2023-01-10
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- 화학공학/고분자공학부 이동엽 교수 연구팀, 디지털 가상세포로 개인맞춤형 프로바이오틱스 설계 기술 개발
- 화학공학/고분자공학부 이동엽 교수 연구팀, 디지털 가상세포로 개인맞춤형 프로바이오틱스 설계 기술 개발 - 개인별 식이습관, 마이크로바이옴 조성에 따른 최적의 균주 배합 예측 가능 화학공학/고분자공학부 이동엽 교수 연구팀이 디지털 기술을 활용해 개인맞춤형 마이크로바이옴 기반의 차세대 프로바이오틱스 디자인 기술을 처음으로 공개했다. 연구팀은 디지털 트윈 가상세포 모델과 오믹스/마이크로바이옴을 비롯한 빅데이터를 통합적으로 활용해 다양한 프로바이오틱스 균주를 컴퓨터로 분석·평가한 후 최종적으로 개인별 맞춤형 균주를 선정할 수 있는 설계 기술을 개발하였다. '디지털 트윈 가상세포 모델'은 실제 세포의 유전체 정보로부터 수학적으로 디지털화한 소위 '세포 네비게이터' 혹은 '세포 아바타'이다. 이를 활용하면 여러 환경 조건에서 실제 세포 상태를 모사하고, 세포의 변화 양상을 예측할 수 있다. 근래 장내건강에 도움을 주는 프로바이오틱스는 국내뿐만 아니라 전 세계에서도 많은 인기를 얻고 있는 건강기능식품이다. 살아 있는 프로바이오틱스는 개인별 식이습관, 장내미생물(마이크로바이옴) 조성, 프리바이오틱스 등 다양한 요인에 영향을 받으며 상피세포 및 장내미생물과의 상호작용을 통해 건강 기능성을 갖는다. 하지만, 관련 메커니즘이 복잡하여 지금까지는 주로 연구가 경험적으로 진행되어 왔으며, 이는 많은 시간과 인력, 비용이 필요할 뿐만 아니라 관련 지식이 부족하여 개인맞춤형 프로바이오틱스 개발에는 많은 한계가 있었다. 이러한 한계를 극복하기 위해 이동엽 교수 연구팀은 디지털 가상세포을 활용하여 다양한 식이조건에서 여러 균주들의 생장, 군락화 능력, 건강 기능성 물질(포스트바이오틱스) 생산과 장내미생물과의 상호작용 등을 컴퓨터에서 미리 평가하여 개인에게 최적화된 균주를 선정하는 새로운 접근법을 제시하였다. 연구팀은 배양 실험, 동물 실험, 균주 공동배양(co-culture) 실험을 통해 예측 결과와 실험 결과가 매우 유사함을 확인하였고, 개발한 설계기술을 성공적으로 검증하였다. 이동엽 교수는 "현재는 단일 균주에서 다양한 복합 균주의 조합과 배합을 선정하는 연구로 확대하는 단계"라며 "이번 연구를 기반으로 건강기능식품뿐만 아니라, 바이오 화장품 및 마이크로바이옴기반 생균치료제(Live Biotherapeutic Products) 신약 개발에도 프로바이오틱스를 적극적으로 활용할 수 있을 것으로 기대된다"고 밝혔다. 본 연구는 한국연구재단의 중견연구사업, 농기평의 고부가가치 식품기술개발사업, 그리고 연구개발특구진흥재단의 화이트바이오 혁신 클러스터 사업의 지원으로 이루어졌으며 싱가포르 국립연구소 A*STAR와 공동으로 진행되었다. 이번 연구 결과는 과학분야 국제학술지 Cell Reports에 12월 6일 온라인 게재되었다. ▲ 개인맞춤형 프리/프로/포스트바이오틱스 설계를 위한 디지털 전환기술 및 활용 ※ 논문명: Systematic evaluation of genome-wide metabolic landscapes in lactic acid bacteria reveals diet-induced and strain-specific probiotic idiosyncrasies ※ 저널: Cell Reports ※ DOI: https://doi.org/10.1016/j.celrep.2022.111735
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- 작성일 2023-01-10
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