발전기금
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- [교수동정] AI·양자역학 화폭에 담는 반도체 공학자 김한기 교수
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- 작성일 2022-02-04
- 조회수 2645
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- [연구] 신소재공학부 윤대호 교수·송영현 외 4명 연구원 할라이드 페로브스카이트 나노결정 필름의 안정성 향상 및 이를 통한 고효율 백색 LED 개발
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- 작성일 2021-12-02
- 조회수 3942
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[연구]
신소재공학부 임병권교수·심한규,복신규 연구원
투명·유연전극용 은 나노와이어 합성 新기술 개발 - 공과대학 신소재공학부 임병권 교수 (교신저자), 심환수, 복신규 박사과정생 (이상 공동 제 1 저자) 연구팀은 유기 안정화제의 사용을 필요로 하지 않는 새로운 은(Ag) 나노와이어의 합성 기술을 개발하였다. 은 나노와이어는 높은 전도도 및 용액 가공성과 나노와이어 필름의 우수한 투명성으로 인하여 터치패널, 유기발광다이오드, 태양전지의 투명 전극 소재로 주목을 받고 있다. 또한, 최근에는 유연, 신축 전극 소재로도 활발히 연구되고 있다. 그러나, 은 나노와이어 합성에 첨가되는 유기 (주로 고분자) 안정화제는 나노와이어의 표면에 잔류하여 나노와이어간의 접촉 저항을 크게 증가시켜 전극의 성능을 저하시키는 문제를 야기한다. 이러한 유기안정화제를 제거하기 위해서는 나노와이어 합성 후, 유기 안정화제에 친화적인 용매를 이용한 반복적인 세척 과정이 필요하고, 이러한 과정을 거치더라도 완전한 제거가 어렵다. 연구진은 유기 안정화제 대신 소량의 금속 염(metal salt)을 첨가하여 이 문제를 해결했다. 첨가된 염과 은 전구체(precursor)가 반응하여 생성되는 염화은(AgCl) 입자에서부터 은 나노와이어가 이종핵생성(heterogeneous nucleation) 및 일차원 성장 (one-dimensional growth)을 통하여 자라나는 것을 관찰하였으며, 이를 통하여 고수율의 나노와이어 합성 기술을 확보할 수 있었다. 합성한 은 나노와이어는 별도의 세척 과정없이 투명 및 유연전극 소재로 적용 가능하였다. 제작한 투명 전극은 95%의 광 투과도에서 40 ohm/sq의 면저항을 나타내었으며, 이는 대표적인 투명 전극 소재인 인듐 주석 산화물 (ITO) 기반의 투명 전극과 유사한 수준의 성능으로 깨지기 쉬운 ITO를 대체하여 유연한 투명 전극을 개발하는데 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 은 나노와이어를 이용하여 제작한 신축전극은 30%까지 5000번을 반복해서 늘려도 전기적 특성이 유지되는 우수한 안정성을 나타내었다. 본 연구에는, 성균관대 화학공학과 조성민 교수, 김봉성, 김민하 연구원이 공동저자로 참여하였으며, 연구 결과는 화학분야 세계적 권위의 학술지 '안게반테 케미 (Angewandte Chemie)'에 8월 29일자로 게재됐다. 논문 제목(영문): Organic-Stabilizer-Free Polyol Synthesis of Silver Nanowires for Electrode Applications
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- 작성일 2021-12-02
- 조회수 4248
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[연구]
신소재공학부 임병권교수·심한규,복신규 연구원
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[연구]
신소재공학부 김선국 교수
피부에 밀착되는 신축성 있는 온·습도 센서 개발 - 김선국 교수 연구팀이 피부에 부착하는 신축성 있는 패치형태의 센서로 최장 7일간 생체신호를 실시간으로 모니터링하는 시스템을 구축했다. 연구팀은 착용자의 움직임에도 불구하고 안정적으로 피부 표면의 온도나 습도, 착용자의 동작(보행, 넘어짐 등)을 포착할 수 있는 새로운 디자인의 고감도 생체신호 모니터링 센서를 개발했다. 뱀처럼 구불구불한 형상의 서펜타인 구조를 통해 x축과 y축 방향 으로 유연성을 확보하는 한편, 키리가미※ 구조를 통해 z축에 대해서도 신축성을 부여함으로써, 패치가 가진 응력의 최대 200%까지 압력을 가해도 기계적· 전기적으로 안정성을 유지하도록 설계 했다. ※ 키리가미(Kirigami) : 자르다를 의미하는 일본어 ‘kiri’와 종이를 뜻하는 ‘gami’가 합쳐져, 특정 패턴이나 모양으로 자른 뒤 접었을 때 입체 형상을 나타내는 신체변화를 모니터링, 질병의 초기신호를 감지할 수 있는 웨어러블 헬스케어 디바이스에 관한 연구가 활발하나 장시간 사용하기 불편하거나 피부에 잘 밀착되지 않아 정확한 정보를 모니터링하는 데 한계가 있었다. 이에 연구팀은 착용성을 고려, 피부에 밀착되어 움직임(압착, 밀고 늘어남)에 제약을 주지 않도록 피부 친화적이면서 방수성을 갖는 다공성 실리콘 점착제로 된 패치에 해당 센서를 구현해 냈다. 생체 친화적이며 피부에 적합한 점착성을 가진 실리콘을 활용하였으며 식약처 기준에 준하는 생물학적 안전성 (biocompatibility ; 세포독성, 감작성, 급성독성, 피부자극, 발열성)이 확보된 패치를 사용했다는 설명이다. 원리는 피부 온도 변화에 따라 나타나는 신축성 백금센서의 저항변화를 이용하는 것이다. 이를 통해 20 ~ 50범위에서 0.2 이내의 오차범위로 온도를 측정할 수 있도록 했다. 나아가 스마트폰 어플리케이션을 통해 실시간으로 신호변화를 확인할 수 있도록 무선통신 모듈도 함께 구현했다. 지속적인 관찰이 필요한 신생아, 노약자, 운동선수 등의 생체 신호를 모니터링해서 응급상황에 대처할 수 있도록 하는 데 응용될 수 있을 것으로 기대된다. 연구팀은 병원과의 임상연구를 통해 인허가를 위한 후속연구를 진행할 계획이라고 밝혔다. 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원 사업 및 바이오의료기술개발사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 'IEEE Transaction on Industrial Electronics’에 11월 6일 게재되었다.
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- 작성일 2021-12-02
- 조회수 3990
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[연구]
신소재공학부 김선국 교수
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[연구]
신소재공학과 백정민 교수
안정적 지속적 에너지 하베스팅 기술의 상용화를 위한 새로운 패러다임 제시 - 서로 다른 두 물질이 마찰할 때 발생하는 접촉 대전 (contact electrification) 현상은 주변의 기계적인 에너지를 유용한 전기에너지로 변환하는 마찰발전기의 기본 원리로, 이를 이용하면 소형전자기기에 전원을 공급할 수 있고, 전자 피부, 터치 스크린, 의료 기기 및 보안 시스템에서 순간적인 자극을 감지하는 데에도 유용하다. 그러나 두 표면 사이의 물리적 접촉은 재료 마모로 인한 출력 전력의 감소, 기기 교체 필요성, 작동으로 인한 소음 등의 문제점이 제기되어 왔다. 이에 성균관대학교(총장 신동렬) 신소재공학부 백정민 교수 연구팀은 탄소 동소체인 C60로 기능화된 폴리이미드를 개발하여 기존 마찰 발전기에 비해 4.3배 더 높은 출력과 3배 높은 전하유지효율의 성능을 보이는 비접촉 방식의 고출력 나노발전기를 개발하였다. 이러한 우수한 특성을 바탕으로 세계 최초로 비접촉 방식의 도어락과 자동차 스피드센서에 적용해 우수한 성능과 소자 안정성을 보였다. 또한 연구팀은 열전 하베스팅 연구에서 세계 최초로 접촉 대전 (contact electrification) 현상을 이용하여 열전 소재의 특성 향상 없이 출력 파워를 크게 높이는 새로운 기술을 개발하여 새로운 패러다임을 제시하였다. 열전 에너지 하베스팅은 외부에서 열이 가해질 때 소재 양단에 발생한 온도 차이를 활용해 유용한 에너지를 생산하는 기술이다. 지금까지는 에너지 변환효율을 높이기 위해 Bi2Te3, SnSe, PbTe 등 열전소재의 제백 계수, 열전도도, 전기전도도 등의 특성 향상에 집중했지만, 여전히 매우 낮은 출력 전압으로 인해 상용화에 어려움이 있었다. 이런 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. 백정민 교수는 “본 연구는 접촉 대전 현상을 이용하여 안정적이며 지속적인 에너지를 생산할 수 있다는 보여준 사례로 향후 에너지 하베스팅 분야에서의 성공 가능성을 크게 높여준 기술이다”라고 밝혔다. 이러한 연구는 에너지 분야 세계적 권위지인 Energy & Environmental Science (IF 30.287) 및 ACS Energy Letters (IF: 19.003)에 각각 온라인 게재되었다.
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- 작성일 2021-12-02
- 조회수 3710
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[연구]
신소재공학과 백정민 교수
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