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- [교수동정] 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 2023-01-05
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- [연구] The 1st Advanced materials for carbon neutrality in SKKU-KIST collaboration research 제1회 국제워크샵 개최
- The 1st Advanced materials for carbon neutrality in SKKU-KIST collaboration research 제1회 국제워크샵 개최 지난 9월 29일 – 30일 양일간 ‘The 1st Advanced materials for carbon neutrality in SKKU-KIST collaboration research’을 주제로 강릉 KIST 연수원에서 국제워크샵을 개최했다. 이번 국제워크샵은 지난 3월 설립된 한국과학기술연구원과 우리대학간 연구 협력 프로그램인 KIST-SKKU 탄소중립 공동연구센터 설립을 기념하고 에너지 및 탄소중립 분야에서의 공동 연구협력 성과 발표 및 향후 융합연구 협력체계를 논의하고자 마련되었다. 워크샵에서는 박남규 SIEST 원장(SKKU), 정광덕 Ctx 사업단장(KIST)과 Zhong Lin Wang 교수(조지아텍), Seung-Woo Lee 교수(조지아텍), Mark C. Hersam 교수(노스웨스턴대학) , Bo Hou 교수(카디프대학), Katie H. Lim 박사(Los Alamos연구소), Sergei V. Kalinin 교수(테네시대학) 등 국내외 8분의 초청연사들의 발표와 함께 센터 소속 6분의 발표와 질의응답으로 진행되었다.
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- 작성일 2022-10-07
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- [연구] 신소재공학과 최재영 교수 및 연구팀, 열에너지 저장을 위한 Ultrahigh-Porosity MgO Microparticles 개발
- 신소재공학과 최재영 교수 및 아주대학교 류학기 교수 연구팀, 열에너지 저장을 위한 Ultrahigh-Porosity MgO Microparticles 개발 성균관대학교 신소재 공학과 최재영 교수 및 아주대학교 첨단신소재 공학과 류학기 교수 연구팀은 열 에너지 저장을 위한 우수한 저장 효율 및 구조적 안정성을 갖는 Ultrahigh-Porosity MgO Microparticles을 개발하였다. 최재영 교수는 현재 C&C Materials 공동대표를 역임 중이다. 본 연구 결과는 재료공학분야의 세계적인 학술지인 Advanced Materials에 "Ultrahigh-Porosity MgO Microparticles for Heat-Energy Storage"을 게재하였다. 전세계적으로 탄소중립을 이루기 위한 신재생 에너지 보급 확대 움직임과 함께, 버려지는 열에너지를 회수해 활용가능한 에너지로 변환하는 연구가 초미의 관심사로 떠오르고 있다. 그 중에서도 필연적으로 발생하는 산업 폐열을 화학적 에너지로 저장하는 연구가 주목받고 있으며, 열에너지 저장 효율을 향상시키기 위한 소재 개발의 필요성은 증가하고 있다. 그림. Ultrahigh-Porosity MgO Microparticles의 모식도 및 구조 이미지 이에 연구팀은 폐열의 저장 용도로 주목받고 있는 산화마그네슘(MgO)에 초다공성 구조를 도입하여 우수한 열에너지 저장 성능을 갖는 소재를 개발하였다. 본 연구로 개발된 초다공성 MgO는 상용 MgO 대비 4배 높은 표면적을 갖기 때문에 열에너지 저장 과정에서 부피 팽창 문제가 발생하지 않아 구조적 안정성이 향상되었으며, 열 저장률이 상용 MgO 대비 7.2배 개선되었다. 본 연구를 통해 개발한 초다공성 MgO는 산업 폐열을 화학적 에너지로 저장하는데 있어 핵심적인 소재로서의 역할을 할 것으로 기대되며, 본 연구팀은 향후 새로운 물질의 합성 및 기존 물질의 구조적 제어를 통해 다양한 응용 분야에서 나노 재료의 한계점을 해결하는 후속 연구를 진행할 계획이다. 기초연구지원사업(중견연구), 기초연구실 지원으로 수행된 이번 연구는 재료과학(Materials science) 분야 상위 3% 이내의 세계적인 학술지인 “Advanced Materials (IF =32.086)”에 2022년 7월 게재되었다. ※ 논문명: Ultrahigh-Porosity MgO Microparticles for Heat-Energy Storage ※ 저자명: 김영호1, Dong Xue1, 채수동1, Ghulam Asghar, 최성웅, 김범준#, 최재영#, 류학기# ※ 관련링크: https://doi.org/10.1002/adma.202204775 1 : 주저자 # : 교신저자
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- 작성일 2022-09-19
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- [연구] 신소재공학부 하마드코티바 교수 연구 그룹 '마그네슘 기반 소재의 연성-취성 특성의 이해와 인공지능의 활용' 발표
- Mg 기반 소재의 연성-취성 행동(ductile-brittle behavior)을 이해하고 특징(특성)하는 인공지능 6월 11일, 신소재공학부의 Kotiba Hamad 교수가 이끄는 연구팀은 Clarivate’s Journal Citation Reports’ (JCR) 따른 금속공학 부문에서 1위에 해당하는 " Magnesium and Alloys (IF =11.8)"에 " Brittle and ductile characteristics of intermetallic compounds in magnesium alloys: A large-scale screening guided by machine learning"을 발표했다. 이 연구는 재료 발견 및 설계 분야에서 AI 기술의 적용 가능성과 잠재력을 조사하기 위해, 연구팀이 수행한 작업 중 하나이다. 본 연구의 결과는 AI의 기술인 머신러닝을 통해 마그네슘 기반 합금에서 형성되는 금속간 화합물의 연성-취성(brittle-ductile) 특성이 안정적이고 정확하며 빠르게 예측된다는 것을 보여주었다. 머신러닝 결과는 아래 그림과 같이 밀도범함수 이론(density functional theory)을 이용한 이론적 계산에 통해 검증되었다. 이러한 결과는 구조적 적용을 위한 고성능 마그네슘 합금의 설계를 용이하게 할 수 있다. 이는 컴퓨터의 능력의 증가로 인해 인공지능의 하위 범주인 머신러닝이 기존 실험이나 심지어 물리 기반 모델링 및 시뮬레이션보다 훨씬 빠른 데이터 기반 모델을 구축하는 능력으로 재료 발견 및 설계 분야에서 크게 활용되고 있다고 말했다. 현재의 연구 그룹인 Kotiba Hamad (Professor), Russlan Jaafreh (PhD candidate), 강유성 (Graduate collaborator/Currently working in ‘Computer Systems and Intelligence Laboratory’), Santiago Pereznieto (Masters Student)는 재료 과학과 공학 분야에서 AI의 능력을 활용하고 있으며, 이 주제에 관한 여러 논문을 ACS Applied materials & interfaces, Journal of Materiomics와 같은 고급 학술지에 발표했다. 관련된 링크: - Russlan Jaafreh, Yoo Seong Kang, Kotiba Hamad, Journal of Magnesium and Alloys 2022, DOI: doi.org/10.1016/j.jma.2022.05.006. - Russlan Jaafreh, Yoo Seong Kang, and Kotiba Hamad, ACS Applied Materials & Interfaces 2021 13 (48), 57204-57213, DOI: doi.org/10.1021/acsami.1c17378 - Professor Kotiba’s Website: kotibahamad995.wixsite.com/aem-skku
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- 작성일 2022-08-16
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- [연구] 신소재공학부 김윤석 교수 이온빔 활용 차세대 반도체 소재 고성능화 최초 구현해 사이언스지에 발표
- 김윤석(신소재공학과), 김영민(에너지과학과) 교수, 이온빔 활용 차세대 반도체 소재 고성능화 최초 구현해 사이언스지에 발표 - 반도체 소자의 초고집적화를 위한 응용 가능성 열어- [사진]김윤석 교수 신소재공학과 김윤석 교수 및 에너지과학과 김영민 교수 연구팀[공동교신저자 허진성 박사(삼성전자 종합기술원), Sergei Kalinin 박사(미국 오크리지 국립연구소)이 차세대 반도체 소재로 주목받고 있는 하프늄옥사이드(HfO2)에 ‘이온빔’을 이용해서 강유전성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 방법을 세계 최초로 구현했다. 과기정통부 개인기초연구사업(중견연구, 기본연구) 등의 지원으로 수행된 이번 연구 성과는 국제학술지인 사이언스(Science)에 5월 13일 게재되었다. 강유전성이란 외부 자기장 등에 의해 물체의 일부가 양(+)극이나 음(-)극을 띠게 된 후 그 성질을 유지하게 되는 성질을 말하며, 강유전성이 크면 메모리에서 데이터를 저장하는 기본구조인 ‘0’과 ‘1’의 차이가 커져 저장된 데이터를 보다 정확하게 읽을 수 있게 된다. 이러한 강유전성을 지니는 물질을 사용할 경우, 나노미터의 매우 얇은 막 상태에서도 우수한 강유전성을 통해 반도체 소자의 집적도를 높일 수 있다는 아이디어가 이미 40여 년 전에 제안되었으나, 최근 새로 도입된 소재인 하프늄옥사이드에서도 강유전성 증대를 위한 후처리과정이 추가로 필요하고 여러 공정 조건들이 강유전성에 큰 영향을 미치는 등 실제 적용에는 공정상 큰 한계점이 있어 실제로 구현되지는 못했었다. 이에 연구팀은 후처리과정이나 복잡한 공정최적화 과정 없이, ‘이온빔’이라는 하나의 변수만으로 하프늄옥사이드의 강유전성을 손쉽게 조절하고 획기적으로 향상시킬 수 있는 방법을 제시하였다. 강유전성의 발현 정도는 산소 공공(산화물 재료의 결정구조에서 산소 원자가 빠져 비어있는 자리)과 밀접한 관계가 있다고 알려져 왔으며, 연구팀은 이에 착안하여 이온빔을 이용한 산소 공공의 정량적 조절을 통해 강유전성을 향상시키는 방법을 고안하였다. 연구팀은 이온빔을 적용한 결과, 강유전성의 증가 원인이 산소결함 밀도와 연계된 결정구조 변화에서 기인한다는 원리를 밝혀냈으며, 이온빔을 적용하지 않을 때보다 강유전성을 200% 이상 증가시킬 수 있었다. 김윤석 교수는 “이번 연구를 통해 강유전성을 활용한 고효율 반도체 소자의 실용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다”며 “현재의 방법론적 연구 결과를 토대로 실제 반도체 산업에 적용하기 위해서는 최적 조건 탐색 등 후속 연구가 지속적으로 필요하다”고 말했다.
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- 작성일 2022-05-30
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- [연구] KIST-SKKU 탄소중립 공동연구센터 1차 융합 연구 사업 발표회 개최
- KIST-SKKU 탄소중립 공동연구센터 1차 융합 연구 사업 발표회 개최 ‘KIST(한국과학기술연구원)-SKKU(성균관대학교) 탄소중립 공동연구센터’가 지난 26일 KIST 글로벌게스트 하우스 커뮤니티라운지에서 ‘1차년도 융합 연구 사업 발표회’를 개최했다. KIST-SKKU 탄소중립 공동연구센터는 △과학기술인재 양성을 위한 SKKU-KIST 융합교육과정 개발 및 운영 △우수연구인력 교류를 촉진할 학연교수 운영 △그린 에너지 및 탄소 중립 분야에서 새로운 협력 모델 및 공동융합연구 사업을 진행하고 있다. 본 센터에는 KIST와 SKKU의 전문가 13인이 참여하고 있으며, 이번 행사에는 선정된 6개의 융합 사업 과제 책임자의 과제 설명회와 함께 연구과제의 성공을 위한 상호 협력의지를 확인하고 향후 상호 공동연구를 심화하고 확대하는 방안이 논의되었다. 이번 행사에는 윤석진 KIST 원장, 김진상 KIST 전북 분원장, 이내응 SKKU 공대 학장 등 20여명이 참석했다. 백정민 연구센터장은 ‘센터의 성공적인 출발과 미래 혁신기술을 도출하기 위한 전략을 공유하는 뜻 깊은 자리였다’고 평가했으며, 앞으로 지속적인 연구 인력 및 기술 교류를 통한 그린 에너지 및 탄소 중립 분야에서의 선도적인 역할을 기대했다. 본 센터 소속 학생들에게는 등록금 전액지원 (장학금 지급) 및 추가적인 최고 수준의 인건비 지급, 논문 인센티브 등 많은 혜택이 부여된다.
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- 작성일 2022-05-09
- 조회수 3409
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- [교수동정] 신소재공학부 김미소 교수, 대기수분을 이용한 고성능 압전 고분자 섬유 소재 개발
- 신소재공학부 김미소 교수, 대기수분을 이용한 고성능 압전 고분자 섬유 소재 개발 - 공기 중 수분을 이용해 압전 고분자 섬유 구조를 제어하는 기전 규명 - 자가발전 가능한 섬유 모션 센서 기술 제시 성균관대학교(총장 신동렬) 신소재공학부 김미소 교수 연구팀(제 1공동저자 김다빈 연구원)이 대기 중 수분을 이용하여 섬유형 자가발전 모션 센서를 개발했다. 기계적 변형에 의해 전기를 생산할 수 있는 압전 소재 중 압전 고분자 섬유 소재는 납을 포함하지 않아 환경친화적이며 유연한 특성이 있어 의료용이나 웨어러블 자가발전 센서로 주목을 받고 있다. 하지만 납을 포함하고 있는 압전 세라믹 소재에 비해 성능이 떨어지는 한계가 있어, 이를 극복하기 위해 소재의 화학적 물성을 제어하여 압전 성능을 향상시키는 연구가 활발히 진행되어 왔다. 이에 연구팀은 압전 소재의 구조적인 측면에 주목해, 구조 제어가 압전 섬유 자가발전 센서 소자의 성능을 향상시킬 수 있는 방법을 제시하였다. 동일한 압전 섬유소재라도 표면에 다공성을 가지는 구조로 제작하면 훨씬 더 우수한 압전 센서 성능을 구현할 수 있다는 점을 이론으로 확인했다. [연구그림] 섬유소재에 다공성 표면이 만들어지는 과정 모식도 실험적인 검증을 위해 대기 중 수분을 이용하여 다공성 표면을 유도할 수 있는 공정 조건을 파악했고, 이를 전기를 이용하여 섬유를 제작하는 전기방사(electrospinning) 방법과 결합해 다공성 압전 고분자 섬유 소재를 성공적으로 제작했다. 다공성 표면을 가진 압전 고분자 섬유를 이용하여 기존보다 훨씬 뛰어난 압전 전압 및 전력 성능을 가지는 자가발전 모션 센서를 구현할 수 있었다. 김미소 교수는 “대기 중 수분을 이용한 다공성 구조 제어 방법은 압전 섬유 기반의 자가발전 모션 센서의 성능 향상 뿐 아니라 다공성 고분자 압전 소재 개발의 원천기술을 확보한 점이 의미가 있다”고 덧붙였다. 본 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구지원사업(중견연구), 미래소재디스커버리사업 및 나노소재기술개발사업의 지원으로 수행되었다. 연구성과는 국제 학술지 ‘Small’(IF=13.281)에 최근 온라인 게재되었으며, 정식 출간본 표지로 선정되었다. ※ 논문 : “Ambient Humidity-Induced Phase Separation for Fiber Morphology Engineering toward Piezoelectric Self-Powered Sensing”,Small, 2022 온라인: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.202105811
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- 작성일 2022-04-21
- 조회수 2899
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- [연구] 신소재공학부 백정민 교수 연구팀, 미세 먼지 저감 고효율 SCR 촉매 개발
- 신소재공학부 백정민 교수 연구팀, 미세 먼지 저감 고효율 SCR 촉매 개발 - Cu-Ce 이종나노 복합체 합성 및 분산기술을 활용한 저온용 SCR촉매 개발 - 국제적 학술지 Chemical Engineering Journal 2022년 2월 온라인 게재 성균관대학교(총장 신동렬) 신소재공학부 백정민 교수 연구팀이 한국생산기술연구원 김홍대 박사, UNIST 박혜성 교수 연구팀과 함께 저온 구간(180oC~220oC)에서 높은 활성을 가지는 질소산화물(NOx) 제거 촉매를 개발했다. 선택적 촉매 환원법(Selective Catalytic Reduction; SCR)은 미세먼지 원인물질인 NOx의 제거를 위해 암모니아를 환원제로 이용하여 무해한 N2 및 H2O로 전환하는 기술로서 현재 산업공정에서 널리 쓰이고 있다. 하지만 일반적으로 널리 사용되는 VO2/TiO2계 촉매는 250℃ 이상의 고온에서 우수한 특성을 보이는데, 이는 높은 유지 비용 뿐만 아니라 입자의 응집현상으로 인해 촉매 비활성의 원인이 된다. 이에 200℃ 정도의 저온에서 높은 활성을 갖는 촉매 개발이 중요한데, 이 경우 SO2 및 수분에 의한 활성저하의 문제점이 있다. 이러한 한계를 돌파하고자, 백정민 교수 연구팀은 3~5nm 크기의 Cu-Ce 산화물 구조를 가지는 나노 이종복합체를 제조하고, 이를 VO2/WO3/TiO2 촉매에 효과적으로 분산시키는 기술을 개발하여, 저온에서 기존 상용촉매보다 약 44% 향상된 NOx 제거 효율을 달성했다. 또한 SO2 분위기 하에서 K-factor (K16h/K0) 값도 0.60에서 0.83으로 크게 향상시켰으며, 수분이 존재하는 경우에도 활성이 저하되지 않는 등 SO2와 수분에 의한 피독저항성 크게 향상 시켰다. 백정민 교수는 “본 연구는 곧 산업현장에서 실증 실험을 통해 그 적용 가능성을 점검할 예정이며, 추가 연구를 통해 200℃ 이하에서도 장시간 높은 활성을 지니는 촉매를 개발할 예정이다”고 밝혔다. 백정민 교수 연구팀은 이미 관련 특허 2건을 출원한 상태이며, 기술 성공 시 공장, 제철소 등 산업 현장에 배출되는 NOx 배출 저감 비용을 획기적으로 줄일 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다. 이번 연구는 2019년 4월 산업통상자원부 과제 (Wide Temperature Window NOx 제거 촉매 개발)로 선정돼 지원을 받았으며, 국제적 학술지 Chemical Engineering Journal에 2월 온라인 게재되었다. ※ 논문명 : Cu- and Ce- promoted nano-heterostructures on vanadate catalysts for low-temperature NH3-SCR activity with improved SO2 and water resistance ※ https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.135427
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- 작성일 2022-03-16
- 조회수 3094
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- [학생실적] 신소재공학과 박보연 학생, SKKU Research Matters 수상
- SKKU Research Matters 시상식 개최 대학원팀은 3월 11일 오후 3시 600주년기념관 제1회의실에서 ‘SKKU Research Matters 표창 시상식’을 신동렬 총장, 조준모 부총장, 권기헌 대학원장, 지성우 대외협력처장을 비롯한 대학관계자 및 주요 내외빈이 참석한 가운데 개최했다. ‘SKKU Research Matters’는 교육부가 시행하는 대학원혁신지원사업의 대표 사업 중 하나로, 대학원생들이 ‘본인의 연구가 왜 중요한지’에 대해 발표하는 연구경쟁 스피치 대회이다. 미국 브라운대학교에서 2014년도부터 시작한 연구공유프로그램을 BK21대학원혁신사업에서 벤치마킹하여 2021년부터 개최하고 있다. 이날 시상식에서는 지난 2년간 진행한 제 1,2회 연구성과경진대회(SKKU Research Matters)에 참여한 총 172명의 학생 중, 남다른 노력과 성과로 연구 분야별 1위를 차지한 11명을 선정해 시상했다. ※ 수상자 명단 - 1회 대회 : 유학동양한국철학과 서재현, 경제학과 유진영, 전자전기컴퓨터공학과 김효은, 기계공학과 김민겸, 신소재공학과 박보연, 의학과 조윤영, 화학과 유성재 - 2회 대회 : 문헌정보학과 김동훈, 경제학과 임풀잎, 전자전기컴퓨터공학과 박제현, 에너지과학과 장우성 수여한 학생들에게는 200만원의 상금이 지급되었으며, 총장표창과 함께 대학원혁신사업의 해외연수사업에 지원할 경우 가점을 부여받게 된다. ‘SKKU Research Matters’는 올해에도 상반기와 하반기에 대회가 예정되어 있으며, 본교 대학원 학생들의 신청을 통해 연구 인사이트를 공유하는 좋은 기회를 제공할 것이다.
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- 작성일 2022-03-16
- 조회수 2508
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