성균관대학교

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  • 1회 충전으로 400km 달리는 고(高)에너지 전지 개발의 길 열다

    에너지과학과 윤원섭 교수 ·이원태 연구원

    1회 충전으로 400km 달리는 고(高)에너지 전지 개발의 길 열다

    에너지과학과(DOES) 윤원섭 교수 연구팀은 전기차 배터리의 핵심 요소 중 하나인 니켈(Ni) 양극소재에서 니켈(Ni)의 함량에 따라 변화하는 결정구조 특성 및 소재의 성능, 그리고 전기화학 반응 중 나타나는 소재의 구조 거동을 관찰하였다. 이를 통해 고(高)에너지 소재를 개발하는 데에 기존의 고정 관념을 깨는 주요한 인자(Key factor)들을 발견하였으며, 1회 충전에 서울에서 부산까지(약 400km) 주행 가능한 고밀도 전지 개발의 시대를 열었다. 4차 산업혁명의 개념과 함께 전기차(Electric vehicle)의 시대가 도래하면서 자동차의 내연기관을 배터리가 대체한다. 따라서 전기차 상용화 사업에서 고(高)함량 니켈(Ni)계 양극소재는 장거리 주행 전기차의 핵심 소재로서 각광받고 있다. 본 연구 이전까지는 니켈(Ni) 원소의 양을 증가시킴과 동시에 다른 원소들의 양은 일정하지 않은 비율로 변화시키는 연구들이 진행되었고 니켈 원소를 활용하여 고(高)에너지 소재 개발에 박차를 가하는 데 어려움이 있었다. 연구팀은 다른 원소들이 소재의 구조 특성에 미치는 영향을 최대한 배제할 수 있도록 구성 원소들의 함량을 체계적으로 제어하여 니켈(Ni) 원소의 함량에 따른 결정구조 특성 변화를 관찰하였다. 이를 통해 실제 니켈(Ni) 원소의 함량이 증가할수록 리튬 이온이 이동하는 통로(lithium ion channel)의 크기 증가와 리튬의 이동을 방해하는 양이온 무질서도(Cation disorder)의 감소현상을 파악하여 그간 어려움이 있던 고(高)에너지 소재 개발에 탄력을 줄 수 있게 되었다. 또한 층상구조 양극소재에서 특정 원소의 함량만으로도 리튬 이온 통로(lithium ion channel)의 크기를 조절(control)할 수 있다는 사실을 보여줌으로써 원자 수준(atomic level)에서의 고속 충-방전 소재를 디자인할 수 있는 새로운 가능성을 제공하고 있다. 더 나아가 본 연구에서는 층상구조에서 c축이 붕괴되더라도 실제 리튬 이온이 결정 구조 내에서 이동할 수 있는 환경을 유지한다는 사실을 발견함으로써, 전극 구조 내에 더 많은 에너지를 저장할 수 있는 길을 열었다. 에너지과학과 (DOES) 윤원섭 교수와 이원태 연구원이 수행한 본 연구는 소재과학(material sciences)분야의 세계적인 학술지인 '어드밴스드 에너지 머티리얼스 (Advanced Energy Materials, IF 16.72) 에 표지로 선정되었다. (2018.02.06.)

  • 인공뇌의 기억저장소자 고집적 신뢰성 확보

    전자전기공학부 유우종 교수

    인공뇌의 기억저장소자 고집적 신뢰성 확보

    지난 3월 서울에서 열린 바둑대국에 전세계인이 집중했다. 구글社의 자회사 딥마인드가 개발한 인공지능 알파고와 이세돌 구단의 경기였다. 이 대국에서 1200여개의 컴퓨터(CPU)가 시간당 56KW의 전력을 소비한 알파고는, 시간당 불과 20W의 에너지를 소모한 이세돌 구단과 치열한 접전을 벌였다. 이는 인간의 뇌의 뛰어난 직관력 때문으로, 만약 인간의 뇌를 닮은 컴퓨터를 만든다면, 우리는 스마트폰에서도 알파고를 만날 수 있다. 이 때문에 인간의 뇌를 닮은 인공뇌(Neuromorphic) 개발 연구가 시작되고 있으며, 특히 뇌의 기억을 담당하는 시냅스를 모방한 소자 구현 연구가 활발히 진행중이며, 저항 메모리(RRAM)나 상변화 메모리(PRAM)등이 대표적이다. 멤리스터 단일소자를 이용한 인간 뇌의 시냅스 동작 모방에 어느 정도 성과를 보이고 있으나, 대량의 소자 집적 시 높은 에러율을 보이며 뉴로모픽 집적회로의 신뢰도가 급격히 떨어지는 문제점을 안고 있다. 반면, 플로팅 게이트의 충전과 방전을 이용한 메모리인 플래시 메모리는 10년 이상의 데이터 저장, 1,000,000회 이상의 충방전 등의 뛰어난 장점을 갖으며, 특히, 소자 간 특성 차이가 적어 회로 집적 시 100%에 가까운 신뢰도를 보이며 현대의 스마트폰, 컴퓨터 등의 주요 저장장치로 사용 중이다. 그러나 플래시 구조적 한계(3전극 구동)로 인해 시냅스(2전극 구동)에 적용이 불가능했다. 성균관대학교 유우종 교수(전자전기공학부) 연구진은 2016년 플래시 메모리의 구조를 변경(3전극  2전극)한 터널링 메모리(TRAM, Tunneling Random Access Memory)를 최초로 개발하여 시냅스 모방소자을 구현한 바 있다. 실제 사람 뇌 안의 100조개에 달하는 시냅스를 모방하기 위해서는 신뢰성 높은 메모리의 고집기술이 선행되어야 한다. 연구진은 최근 진행된 연구에서 터널링 메모리의 고집적 기술을 확보하였고, 집적메모리의 높은 신뢰성을 확인함으로써 100조개 시냅스 모방의 기초를 마련하였다. 개발 된 터널링 메모리는 2차원 나노물질인 그래핀, 이황화몰리브덴(MoS2)과 고품질의 절연막인 산화알루미늄(Al2O3)의 적층 방식으로 제작되었다. 이황화몰리브덴에 연결된 소스와 드레인 전극에 전압을 가하면 이황화몰리브덴 채널을 통해 전자(신호)가 흐르게 된다. 이때 드레인 전극과 그래핀 사이의 전계 차이에 의해 일부 전자가 수 나노미터의 두께의 얇은 산화알루미늄 절연층을 터널링 하여 그래핀에 저장된다. 저장된 전자는 소스전극과 그래핀 사이의 낮은 전계 차이로 인하여 터널링 되지 않고 그래핀에 유지될 수 있다. 이를 조절하여 저장된 전자의 양에 따른 이황화몰리브덴의 저항 변화를 통해 메모리의 특성이 구현된다. 연구진은 화학기상증착법(chemical Vapor Deposition, 이하 CVD)을 통하여 대면적으로 성장한 그래핀과 2차원 반도체를 활용해 대면적 메모리 집적기술을 확보하였다. 전기적 특성 측정에서 집적된 메모리 중 90%이상의 메모리에서 높은 신호 정밀도(on/off ratio 103)와 낮은 소자 변형(1%)을 보이며 터널링 메모리의 높은 신뢰도와 동작 안정성을 확보하였다. 또한, 깨지기 쉬운 게이트 전극과 절연막을 제거하여 휘어짐에 매우 적합한 구조를 확보했다. 향후 휘어지는(플렉시블) 스마트폰, 컴퓨터에 쉽게 적용돼 기술적 진보를 가져올 것으로 보인다. 본 연구는 과학기술분야 세계적인 학술지인 어드밴스드 매터리얼(Advanced Materials, IF 19.791)에 표지논문으로 선정됐다.

  • CEO의 은퇴시기에 따른 혁신 성과의 변화에 대한 연구

    경영학과 김상균 교수

    CEO의 은퇴시기에 따른 혁신 성과의 변화에 대한 연구

    구체적으로, 본 연구는 노동시장 관점(labor market evaluation)과 레거시보존(legacy conservation) 관점을 활용하여 CEO의 위험성향에 영향을 주는 동기요인으로, 은퇴까지 남은 시기를 나타내는 개념인 CEO career horizon이 파괴적 혁신에 미치는 영향과 이를 매개/조절하는 경계상황을 규명하고자 하였다. 두 관점에 따르면, 은퇴시기가 가까운 CEO는 단기적 성과 악화와 지금까지 쌓아온 본인의 과업과 경력에 악영향을 미칠 수 있는 인수합병, R&D 투자, 자본적 지출, 사회적 책임, 파괴적 혁신과 같은 위험이 따르는 전략들에 투자하기보다는, 단기성과를 향상시켜 은퇴 후 노동시장에서 평가와 명성 유지에 도움이 되는 보수적인 전략을 선호하는 외험회피 성향이 강하기 때문에 기업의 미래 이윤 창출과 장기적 경쟁력이 저해할수 있음을 시사하였다. 681개 미국 기업들의 10년간 패널자료를 구성하여 실증 분석한 결과 CEO career horizon은 파괴적 혁신의 성취에 부정적인 영향을 미치며, 이러한 관계는 R&D 투자액 감소를 통해 매개되는 것으로 나타났다. 즉, CEO는 은퇴시기가 가까워질수록 CEO의 위험회피 성향으로 인해 R&D 투자를 줄이게 되고 결국 파괴적 혁신 성취의 가능성은 낮아짐을 알 수 있었다. 흥미로운 부분은 CEO의 위험성향이 기업의 학습행동 유형과 전략적 적합성이 존재할 때 파괴적 혁신성취에 오히려 도움이 된다는 것이다. 구체적으로 설명하자면, 자사의 기존 기술 개선과 같은 활용(exploitation) 중심의 학습행동을 선호하는 기업의 경우, 학습 행동과 은퇴시기가 가까운 CEO의 외험회피 성향과의 전략적 적합성으로 인해 CEO의 위험회피 성향이 기업의 파괴적 혁신 성취에 미치는 부정적인 영향력이 상쇄되는 반면, 새로운 기술개발 등 위험감수 성향이 뚜렷한 탐험(exploration) 학습행동을 선호하는 기업의 경우, 은퇴시기가 가까운 CEO의 위험회피 성향과 기업 학습 행동의 전략적 부적합으로 인해 파괴적 혁신 성취의 가능성은 더욱 낮아졌다. 이러한 연구결과는 기존 문헌에서 주장한 은퇴가 가까운 CEO의 위험회피 성향과 이에 따른 문제점을 지지함과 동시에, CEO의 위험성향이 기업의 학습행동과 전략적으로 적합하다면 오히려 혁신 성취 향상에 기여할 수도 있음을 시사한다. 결론적으로 본 연구는 기업의 파괴적 혁신에 영향을 주는 CEO의 동기요인을 고려함으로써 기업들이 혁신성과를 전략적으로 관리 할수 있는 효과적인 방안을 제시한다. 기업의 활용/탐색 정도와 CEO의 위험성향을 동시에 고려함으로써 파괴적 혁신에 미치는 부적정인 영향을 축소하고 긍정적인 영향을 이끌 수 있을 것이며, 더 나아가 노동시장에서 CEO의 성과평가 시 은퇴 이전의 단기 성과뿐만 아니라 기업의 발전을 위한 장기투자 여부와 그 진행사항까지 고려하여 기업의 목적과 CEO 간의 전략적 적합성 성취가 무엇보다 중요하다는 점을 역설한다.

  • 1T 가장자리 개질된 2H 이황화몰리브덴의 가교를 통한 고효율 박막트렌지스터

    화학과 이효영 교수

    1T 가장자리 개질된 2H 이황화몰리브덴의 가교를 통한 고효율 박막트렌지스터

    차세대 소자 구현이 주목 받으면서 플랙서블 박막트랜지스터(TFT)에 대한 연구가 꾸준히 진행되고 있다. 이차원 물질 중 하나인 이황화몰리브덴(MoS2)은 광학, 전기적, 화학적 특성이 우수해 전계효과 트랜지스터(FET)에 활용되고 있다. 하지만 대부분 합성 연구는 화학증착에 집중되어있어, 값싼 용액 공정으로 결정성을 유지하면서 MoS2를 제조할 수 있는 하는 방안이 필요하다. 기초과학연구원 나노구조물리 연구단 부단장 (IBS-CINAP, 단장 이영희) 및 화학과 소속 교수, 이효영 교수님 연구팀은 금속이온을 전혀 사용하지 않고 유기화합물 만으로 MoS2의 가장자리만 선택적으로 개질해 용액 공정으로 MoS2 FET구현을 에너지과학과 소속 정문석 교수님과 공동 연구했다(ACS Nano, 2017, 11, 12832-12839). 가장자리에 1T 상을, 기저는2H 상을 가진 MoS2(edge-1T basal-2H MoS2)를 만들기 위해 유기화합물인 4-Carboxy-benzenediazonium(+N2-benzene-COOH) tetrafluoroborate이라는 다이아조늄 염과 MoS2를 반응했다. 노출되어있는 벌크 MoS2의 가장자리에 있는 친핵성 황과 친전자성 +benzene-COOH 다이아조늄 염이 반응한다. 극성의 COOH 작용기가 MoS2 사이에 정전기적 반발을 형성하면서 벌크가 단일층으로 박리해 HOOC-benzene-MoS2(e-MoS2)가 만들어진다. 기저의 대면적 부분은 반도체 특성을 갖는 2H 결정성을 유지한 채, 가장자리 부분만 개질하면서 전도성 특성을 갖는 1T나 1T’ 상으로 바뀐다. 일반적으로 알려진 n-BuLi로 박리한 MoS2(n-MoS2)나 기저까지 개질된 MoS2(b-MoS2)는 박리 및 개질 과정에서 물질 기저 부분의 2H 상이 금속성의 1T나 1T’로 변하지만, e-MoS2는 대면적의 기저 부분이 2H 결정성을 유지하고 있어서 기존에 비해 높은 이동도(1.2 cm2/(V s))와 점멸비(106)가 나타났다. 이러한 소자 특성은 양이온성 고분자인 polydiallyldimethylammonium chloride(PDDA) 처리를 추가하면 더 향상된다. 양이온 고분자인 PDDA 층 위에 음전하를 띠는 COOH가 있는 e-MoS2로 박막을 만들게 되면 이온 결합으로 인한 분자간 결합력이 향상돼 채널 박막이 더 균일하게 형성된다. 높은 결정성과 PDDA에 의한 낮은 contact resistance 때문에 e-MoS2/PDDA 소자를 SiO2/Si 기판에 구현하면 드레인 전압이 1일 때 평균이동도 170.8 cm2/(V s)로 증가했다. 플랙서블 소자를 만들기 위해 e-MoS2/PDDA 소자를 PDMS/PET 기판 위에 구현했을 때에도 이동도 36.34 cm2/(V s)와 점멸도 103로 우수한 결과가 나왔다. 이차원 물질의 화학적, 전기적, 광학적 특성을 바꾸는 전략으로서 가장자리 개질 방법은 MoS2뿐만 아니라 다양한 이차원 층상 벌크 무기물질에 적용할 수 있다. 이는 다양한 이차원 재료를 저비용으로 전자 기기에 적용할 수 있다는 점에서 큰 잠재력을 가지고 있다.

  • 단일층 이황화전이금속의 텔루륨화 촉매발견

    물리학과 이영희 교수

    단일층 이황화전이금속의 텔루륨화 촉매발견

    기초과학연구원(IBS) 나노구조물리 연구단(단장 이영희)이 화학기상증착법(chemical Vapor Deposition, 이하 CVD)으로 합성된 단일층 이황화몰리브데늄의(MoS2) 황(S)을 텔루륨(Te)으로 치환하여 이텔루륨화몰리브데늄(MoTe2)으로 바꾸는 방법을 개발하는데 성공했다. 이러한 치환반응을 일으키기 위해서는 고온에서 반응이 필요한데 텔루륨화전이금속들은 열안정성이 낮아 MoS2를 MoTe2로 치환하려는 경우 MoTe2 물질이 불안해지는 문제점이 발생한다. 치환 후 생성물인 MoTe2는 700도 부근에서 열적으로 불안정하여 기화하는데, 어려운 점은 치환반응이 700도 미만에서는 일어나지 않는 것이다. 이러한 문제해결을 위해 텔루륨화 촉매인 텔루륨화나트륨(Na2Te)을 도입하여 낮은 온도(700도 미만)에서도 치환반응이 일어나 안정한 상의 MoTe2를 얻을 수 있었다. 연구팀은 텔루륨화 치환반응이 MoS2 결정의 가장자리부터 우선적으로 일어나는 것을 확인했고 이러한 현상을 이용하여 이종반도체 접합(MoS2-MoTe2)을 만들 수 있었다. 실험조건을 조절하여 다양한 상(MoS2-xTex 합금, 반도체성 2H-MoTe2, 금속성 1T'-MoTe2)를 얻을 수 있었다. 또한 MoS2-xTex 합금의 조성을 조절하여 그것의 밴드갭(Band gap)도 제어 가능함을 보였다. 이번 연구를 주도한 윤석준 박사는 “실제 불안정한 화합물이라도 이런 치환방법을 이용하면 합성이 가능하여, 자연에 존재하지 않는 화합물도 합성이 가능할 것” 이라고 예측했다. 연구팀이 개발한 텔루륨화 촉매를 이용한 치환방법은 (MoS2) 뿐만 아니라 다른 전이금속류인 이황화텅스텐(WS2)에도 적용 가능하여 향후 단일층 텔루륨화전이금속의 합성 기반기술로 활용될 것으로 예상된다. IBS 나노구조물리 연구단 이영희 연구단장, 윤석준 연구원이 수행한 연구성과는 과학기술분야 세계적인 학술지인 네이처 커뮤니케이션즈 (Nature Communications, IF 12.124)에 12월 18일 게재됐다.

  • 인공 시아노박테리아를 개발하여 이산화탄소로부터 고부가 파네신 화합물 합성

    식품생명공학과 우한민 교수

    인공 시아노박테리아를 개발하여 이산화탄소로부터 고부가 파네신 화합물 합성

    식품생명공학과 우한민 교수 연구팀은 미생물 대사공학기술을 이용한 새로운 기술을 발표했다. 인공 시아노박테리아의 광합성을 이용해 이산화탄소로부터 범용 파네신 화합물을 생산할 수 있는 원천기술을 확보하였다. 우한민 교수 연구팀의 연구 성과는 미국화학회에서 발간하는 국제학술지 ‘농업 및 식품화학 저널 (Journal of Agricultural and Food Chemistry)’에 12월 6일자 65권 48호 표지논문으로 선정되었다. 우한민 교수와 이현정 박사후연구원 연구팀은 대사공학기술을 이용해 미생물 내 여러 효소 반응으로 이루어진 대사회로를 재구성해 원하는 기술을 만들 수 있으며, 이 기술을 시아노박테리아에 도입하여 이산화탄소로부터 우리가 원하는 물질을 생산하는 연구성과를 이루어냈다. 본 연구를 통해 사과껍질에 존재하는 유전자를 인공적으로 시아노박테리아에 넣어서 파네신을 생산했으며 엄청난 양의 사과를 수집하고 그 안에서 파네신을 추출하는 대신, 시아노박테리아의 광합성을 이용해 이산화탄소로부터 직접 파네신을 합성하기 때문에 그 생산속도가 훨씬 빠르다고 강조했다. 우한민 교수는 “우리 연구가 갖는 가장 큰 장점은 탄소 순환형 생산기술이다. 석유계 비료를 이용해 얻은 비옥한 땅에서 성장이 가능한 일반 식물과는 다르게 시아노박테리아를 이용한 광배양은 척박한 땅에서도 가능하기 때문이다. 아직 연구단계이기 때문에 생산량과 효율 안정성을 높이고 대량화 연구가 가능하도록 지속적인 연구를 하는게 필요하며 향후에는 이산화탄소를 저감할 수 있는 동시에 고대 지구 생태계에 시아노박테리아가 산소를 제공했던 것처럼 앞으로 더 유익이 되는 기술로 성장할 수 있을 것이다.” 라고 설명하였다. 이번 성과는 한국 이산화탄소포집및처리 (Korea CCS) 2020사업과 학문후속세대양성사업의 지원을 받았다.

  • 고성능/다기능의 다중층 그래핀이 합성된 금속 및 합금 Hybrid 나노 입자 제작과 교내 산학협력연구 성과기여

    신소재공학부 서수정 교수

    고성능/다기능의 다중층 그래핀이 합성된 금속 및 합금 Hybrid 나노 입자 제작과 교내 산학협력연구 성과기여

    산학협력관련 서수정 교수는 정보통신용 신기능성 소재 및 공정연구센터 소장으로서 산업자원부로부터 1999년 지역기술혁신센터(TIC)를 지정 받아 반도체공정 클린룸, 초정밀 재료분석 장비 등 연구장비 인프라를 구축하였고 2002년 과학기술부로부터 지역협력연구센터(RRC)를 지정받아 TIC 사업으로 구축한 장비를 활용하여 연구개발 사업을 수행하였으며 2006년 산업자원부로부터 지역혁신센터(RIC)를 지정받아 교내 산학협력 연구 기반 및 인프라를 확충과 반도체 공정관련 인력양성 사업, 이공계 미취업자 교육, 산학연 네트워크 및 기술교류회, 공정기술지원 등 다양한 교육 사업과 기업지원 사업들을 지속적으로 운영하고 있다. 최근에는 2012년 산업자원부 지정 스마트부품 도금산업 고부가가치화 지원사업단(RIS), 2017년 경기도 지역협력연구센터(GRRC)와 한국전력 에너지 클러스터 사업 거점대학으로 선정되어 표면처리 분야와 첨단 센서 분야로 연구 범위를 넓히며 교내 산학협력의 교두보 역할을 하고 있다. 연구관련 신소재공학부 자성재료 연구실은 최근 3년간 기술이전 12건, 국내외 특허 등록 22건(국외 7)등의 성과를 올리고 있으며 최근에는 송영일 연구교수를 주축으로 환경적으로 유해하지 않고 제조공정이 간단한 공정(금속선을 이용한 고전압 폭발법)으로 고성능/다기능의 다중층 그래핀이 합성된 금속 및 합금 hybrid 나노 입자를 연구하여 복합 도금용 Additive, 잉크, 페이스트, 자성 유체, 에너지 저장 소재, 바이오 및 센서 소재에 효과적으로 적용할 수 있는 소재를 개발했다. 다중층 그래핀이 합성된 금속 나노 입자는 금속 코어에 다중층의 그래핀이 합성되어 있는 독특한 구조 때문에 일반적으로 금속입자가 외부 환경에서 갖는 문제점인 특성 저하와 산화 문제에 대한 단점을 해결할 수 있어 다양한 분야에 적용 및 활용이 가능하며 단위 부피당 높은 표면적과 나노 사이즈의 양자 효과에 의해 자기적, 광학적, 전기적으로 독특한 특성을 가지고 있다. 본 연구진은 현재의 전기폭발법을 통한 다중층 그래핀 금속코어 나노입자 연구 외에 공침법을 통해 더욱 다양한 금속 코어를 가진 나노입자 합성 기술을 개발 하고 있다. 또한 기존의 연구로 대면적 그래핀 합성 기술을 이용한 에너지 저장 소자 분야의 응용을 통해 향상된 전지소자 특성 결과를 얻었다. 향후 다중층 그래핀 금속 코어 나노입자와 이를 접목시켜 소재에서 소자로써의 Application 적용을 개발하기 위한 연구를 진행 하고 있다.

  • 실용화를 통하여 입증된 전문 서비스 로봇 기술

    기계공학부 최혁렬 교수

    실용화를 통하여 입증된 전문 서비스 로봇 기술

    1995년 설립된 지능로봇 및 메카트로닉스 시스템 연구실(Intelligent Robotics and Mechatronic System Laboratory, 최근에 Robotics Innovatory로 변경, 이하 RI)는 최혁렬교수(성균관대 기계공학부)의 지도하에 지난 20년간 지능형 배관 검사 로봇, 초장대 교량 검사 로봇, 빌딩청소로봇, 상하수도관 탐사/보수로봇, 사족보행 로봇기술 등 필드로봇기술과 다지 다관절 로봇손 조작 기술, 고분자 소재를 이용한 소프트 액추에이터 및 센서기술, 로봇용 인터렉션센싱기술 등에 관하여 정부 및 산학과제를 활발하게 수행하고 있으며 UCLA, UNLV, Qatar대학 등과 국제협력을 활성화하고 있다. 이중 MRINSPECT VII는 최교수가 15년간 수행해온 배관로봇기술을 집약한 지능형 도시가스배관 검사 로봇 MRINSPECT Series의 최신 로봇으로 수직, 수평, 곡관, 분기관등 다양한 배관들로 구성된 8인치 도시가스 배관내부를 자체적으로 탑재된 센서를 이용 주행, 검사할 수 있는 로봇이다. MRINSPECT VII은 가동중인 고압 도시가스 배관내부에 투입이 되어 외부의 전원공급이 없이 1km이상을 주행하며 배관내부를 스캔할 수 있도록 설계된 로봇으로 최근 실배관에서 시험운전을 끝내고 실용화를 앞두고 있다. 또한, MRC^2 IN Series는 교량검사를 목적으로 개발한 로봇으로 이들 중 MRC^2 IN-II는 현수교의 케이블 유지/보수를 위해서 개발한 로봇으로 교량에 설치된 케이블위를 100이상 주행할 수 있는 로봇으로 최근 인천에 있는 대한민국 최대의 현수교인 영종대교에서 실증을 마친 바 있다. 로봇용 인터렉션 센싱 기술은 로봇에 작용하는 힘, 토오크, 근접거리등를 센싱하는 기술로 최교수는 이를 위한 정전용량형 센싱기술 및 다수의 특허를 보유하고 이를 기술이전/상업화하여 국내시장은 물론 세계적으로 로봇센싱기술을 선도하고 있다. 최근에 판매하고 있는 RFT Series는 6축 힘/토오크를 동시에 센싱할 수 있는 로봇용 센서로 미국/일본의 제품들이 선정해 왔던 국내 및 세계시장에 판매를 확대하고 있다. 관련하여 최교수는 2건의 토오크 센서기술의 기술이전을 한 바 있으며 근접센서기술의 상용화를 위한 연구를 진행하고 있다. 최교수는 로봇기술의 실용화 뿐만이 아니라 170편이상의 SCI논문과 130건이상의 국내외 특허등록실적, 380건이상의 국내외학술회의 발표, 16건의 저서를 발표한 바 있어서 학술적으로도 탁월한 능력을 보여주고 있다. 최교수는 2014년 국내 로봇산업 발전에 기여해 온 공으로 대한민국 로봇대상(산업부장관상) 수상, 한국로봇학회 오준호 학술상, 특허기술상 세종대왕상/지석영상, 2016 올해의 10대 기계기술상, IEEE ICRA Best Human Robot Interaction Paper Award등 권위 있는 상들을 수상한 바 있으며 2018년부터 한국로봇학회 회장직을 수행할 예정이다(연구실 홈페이지 http://mecha.skku.ac.kr).

  • 2차원 자성반도체 광학 이용한 격자구조 파악 차세대 전자소자 스핀트로닉스 소자연구에 기여할 것

    기계공학부 이창구 교수

    2차원 자성반도체 광학 이용한 격자구조 파악 차세대 전자소자 스핀트로닉스 소자연구에 기여할 것

    기계공학부 이창구 교수와 포항공과대학 류순민 교수팀은 새로운 2차원 소재인 자성반도체의 구조적 특성을 다양한 광학적 기법을 이용해 분석했다. 그래핀으로 대표되는 2차원 소재는 원자수준의 두께임에도 전기적, 기계적, 화학적 성질이 탁월한 다양한 물성이 존재해 차세대 전자 및 광자소자로 많은 주목을 받고 있다. 최근 연구하고 있는 이황화몰리브덴 같은 2차원 금속칼코겐은 주로 2가지 원소가 결합해 다양한 전기적 특성을 발휘해 유연반도체 및 디스플레이등에 사용될 것으로 기대하고 있다. 기존에 연구된 2가지 원소로 구성된 2차원소재 (2원계 2차원소재)는 물리적 성질 가운데 자성을 띄는 소재가 없었다. 지금까지 반도체 재료로 광범위하게 쓰이는 실리콘은 집적도를 높이기 위한 공정에서 거의 한계에 왔다. 이에 기초과학자들은 차세대 전자소자의 작동방식 및 새로운 소재를 발굴해야 할 시점에 새로운 대안을 모색하고 있다. 과학계에서는 가장 유망한 소자로 자성을 이용해 전하와 스핀을 제어하는 스핀트로닉스(spintronics) 소자를 들고 있다. 2차원 자성반도체는 고집적도의 스핀트로닉스 소자를 구현할 후보물질이 될 것으로 보고 있다. 연구팀은 이러한 2차원 자성반도체중 하나인 삼원계물질 CrPS4(황화인크로뮴)의 원자구조를 간단한 광학현미경과 라만분광법으로 규명하고 투과전자현미경 등으로 이를 확인했다. 이 물질은 반자성 물질로써 원자층 내의 구조가 비등방성을 가진 물질이다. 이러한 방향에 따라서 광학적, 전기적 물성이 달라질 수 있다. 이 성질을 이용해 광학현미경에서 편광을 조사해 반사된 빛을 포착하면 결정의 방향에 따라 명암이 달라져 그 구조를 명확히 알 수 있다. 연구팀은 이를 이용하여 투과전자현미경과 같은 값비싼 장비를 사용하지 않고도 결정구조를 명확하게 확인할 방법을 개발했다. 이 방법은 2차원 자성반도체의 반도체 및 자성 특성의 비등방성을 연구하는 간단하고 강력한 도구이다. 현재 초보적 수준인 2차원 자성반도체의 연구를 쉽게하고, 차세대 전자소자인 2차원소재 기반의 스핀트로닉스 소자 연구에 큰 기여를 할 것으로 예상한다. 본 연구는 ‘ACS nano’ 온라인판 10월 25일자에 게재되었으며 광학기술정보통신부와 정보통신기술진흥센터에서 지원하는 사업이다. ETRI와 공동으로 수행하는 ‘차세대 신기능 스마트디바이스 플랫폼을 위한 대면적 이차원소재 및 소자 원천기술 개발’의 일환으로 개발되었다.

  • 인플루엔자 및 폐렴구균 질환 동시 예방 백신 개발

    약학과 이동권 교수

    인플루엔자 및 폐렴구균 질환 동시 예방 백신 개발

    약학과 이동권 교수와 국제백신연구소 송만기 박사 연구팀은 공동 연구로 “약독화 Pep27 변이주 접종으로 인플루엔자 바이러스와 2차 폐렴구균 감염을 방어하는 백신을 세계 최초로 개발”하여 새로운 형태의 백신 개발 가능성을 제시해 감염질환 상위 10% 이내 전문 학술지인 Journal of Infectious Diseases (IF: 6.27) 11월 14일자 온라인판에 단보로 게재되었다. 이교수팀은 pep27 변이주 생백신 접종이 인플루엔자 바이러스 감염 후 폐렴구균 2차 감염을 방어한다는 사실과 이 과정에서 인플루엔자 바이러스 감염 자체를 비특이적으로 방어한다는 사실을 최초로 발견하였다. 본 연구를 통해 pep27 변이주 생백신을 접종하면 다양한 혈청형에 대한 항체가 유도되며, 폐렴구균 2차 감염 후, 폐에서 세균의 집락형성이 감소함을 확인하였다. 또한 백신 접종 후, 인플루엔자를 감염시켰을 때 대표적 증상 중 하나인 체중이 감소되지 않는다는 것과 폐에서 바이러스 수가 감소한다는 것을 밝혔다. 연구를 수행한 이동권 교수는 “한 가지 병원체에 대해서만 방어 효과를 가지는 기존의 백신과 달리 비특이적으로 두 가지 이상의 병원체를 동시에 방어할 수 있는 새로운 개념의 백신”이라고 연구의 의의를 설명했다. 본 연구는 과학기술정보통신부 기초연구지원사업(중견연구자지원사업)으로 연구를 수행했다.

  • 에너지 저감형 정삼투-저압 분리막 수처리 시스템 개발 및 정삼투 기반 수처리 기술 초기막오염 현상 규명

    수자원전문대학원 장암 교수

    에너지 저감형 정삼투-저압 분리막 수처리 시스템 개발 및 정삼투 기반 수처리 기술 초기막오염 현상 규명

    공과대학 건설환경시스템 공학과 및 수자원학과 장암 교수 연구팀은 정삼투-저압 분리막 수처리 시스템을 단독으로 개발하여, 세계적 권위의 학술지인 Nature지의 자매지인 “Scientific Report (제1 저자 박사과정 임승주) (Impact factor=4.259, 종합과학분야 JCR 상위 15% 저널)”에 2017년 11월 06일 자에 논문 (온라인)을 게재하였다. 또한, 실제 하수를 적용한, 세미파일럿규모의 나권형태 정삼투 공정에서 발생할 수 있는 초기 유기막오염현상을 막표면 분석법을 활용해 규명하였고, 세계적 권위의 학술지인 “Chemical engineering journal (제1 저자 박사과정 임승주) (Impact factor=6.216, 화학공학분야 JCR 상위 4.5% 저널)”에 2017년 11월 02일 자에 논문을 게재를 확정하였다. 정삼투 (Forward Osmosis, FO) 기술은 양측용액 (공급 및 유도용액)의 삼투압(농도) 구배를 기반으로한 수처리 기술로써, 학계 및 산업계에서 활발이 연구되고 있으며, 역삼투 기반 해수담수화 기술의 대체할 수 있는 차세대 담수화 기술로 각광받고 있다. 일반적으로, 정삼투 기술은 고농도의 유도용액으로부터 유도용질을 분리하는 후처리 기술이 요구되므로, 적절한 후처리 기술을 개발하는 많은 연구 및 시도가 이루어져 왔다. 하지만, 후처리 기술의 높은 운전압력 (에너지)는 정삼투 기술의 한계로 지적되고 있으며, 저에너지 후처리 기술 또는 후처리기술을 요구하지 않는 신개념 정삼투 공정 개발이 시급한 실정이다. 장암 교수 연구팀은, 본 연구에서 유도용액 부피증가압을 후단 저압분리막의 운전에너지로 활용 할 수 있는, 수처리 시스템 디자인을 최초로 고안하고 개발 하였다. 이번 연구를 통해, 기존 정삼투 공정의 한계점을 개선하고 정삼투 공정의 실용화 가능성을 높이고 새로운 정삼투 기술분야의 연구 방향성을 제시하였다는 점에서 연구의 가치가 매우 높다. 또한, 나권형태의 정삼투 엘리먼트는 현재 상용화된 엘리먼트 형태 중 가장 보편화된 형태로써, 역삼투 기반 해수담수화 기술의 모듈형태와 유사하다는 특징을 가지고 있다. 현재까지, 정삼투 막오염현상의 규명은 실험실 규모 (Lab-scale)에서 진행되거나, 모방 막오염물질을 활용하여 이를 규명하는데 국한되어 있다. 하지만, 실제 공정 (element scale or pilot scale)에 그 결과를 적용하기엔 운전조건과 엘리먼트의 구조적특징에 따른 한계가 존재한다. 장암 교수 연구팀은, 실제 공정에서 발생 할 수 있는, 초기 막오염현상을 명확히 규명하기 위해 나권형태 정삼투 엘리먼트가 적용된 정삼투 공정에 하수를 적용하였을 때, 발생하는 초기 막오염현상을 막표면 분석법을 통해 규명하였다. 본 연구를 통해 도출된 연구결과는 현재까지 진행된 정삼투 공정의 막오염현상을 포괄적으로 이해하고 실제 공정에서 발생하는 막오염현상을 예측이 가능하다는 점과 정삼투 개발 기술의 신뢰도와 결과들을 전반적으로 이해하는데 활용될 수 있다는 점에서 연구의 가치는 매우 높다. 이번 연구를 총괄적으로 지도한 성균관대학교 장암 교수는 “본 연구결과들은 차세대 수처리 기술인 정삼투 기술의 한계를 극복하고, 새로운 공정에 따른 연구분야를 개척하였다는 것에 큰 의미가 있고, 또한 막오염 현상의 이해는 정삼투 기술개발의 필수적인 요소기 때문에 연구결과가 매우 가치가 있을 것” 이라고 전했다. 본 연구를 바탕으로 게재된 논문의 제 1저자인 임승주 박사과정은 연구결과를 바탕으로, 2017년 국제해수담수화 워크샵 (International Desalination Workshop 2017)에서 국토교통부 장관상을 수여하였다. 본 연구는 국토교통과학기술진흥원의 플랜트 연구사업인 정삼투-역삼투 융합공정 고도화 기술 및 한국연구재단의 중견연구사업인 삼투기반 분리막 공정에서의 비가역성 오염물질저감 및 형태학적 모니터링연구를 통해 수행되었다. *논문명: New concept of pump-less forward osmosis (FO) and low-pressure membrane (LPM) process *논문명: Organic fouling characterization of a CTA-based spiral-wound forward osmosis (SWFO) membrane used in wastewater reuse and seawater desalination

  • 이산화티타늄 나노입자 크기에 따른 밴드 정렬 변화 규명

    화학과 이진용 교수

    이산화티타늄 나노입자 크기에 따른 밴드 정렬 변화 규명

    자연과학대학 화학과 이진용 교수 연구팀은 스페인 바르셀로나 대학교 일라스 교수 연구팀과 공동으로 이산화티타늄의 나노입자 크기에 따른 밴드 정렬 변화를 양자계산을 통해 규명하여, 세계적 권위의 물리화학분야 학술지인 ‘Journal of Physical Chemistry Letters (IF=9.353, 물리, 원자, 분자 및 화학분야 JCR 상위 1.4 % 저널)’에 2017년 11월 16일 자에 논문으로 게재하였다. 이산화티타늄은 광촉매 소재의 원료 물질로서 학계 및 산업계에서 가장 많이 활용되고 있고, 통상 광촉매 효율을 높이기 위해서 아나타제와 루타일 다형체를 갖는 나노입자들을 섞어서 사용하고 있다. 현재까지 여러 실험들을 통해 두 다형체 사이의 밴드 정렬 형태를 규명하려는 시도가 이루어져 왔지만, 다양한 실험 조건의 통일성과 이산화티탸늄 나노입자 샘플의 균일성이 우선적으로 보장되어야 하는 어려움을 가지고 있었다. 이러한 이유로 각 실험들에 따라 서로 다른 밴드 정렬 형태가 보고 되어 왔고, 지금까지 하나의 통합된 밴드 정렬 형태에 대한 의견 일치가 이루어 지지 않았다. 이진용 교수 연구팀은 이번 연구에서 양자계산을 활용해 나노입자들의 크기에 따른 밴드 정렬 변화를 최초로 규명하였다. 이번 연구를 통해 예측된 밴드 정렬 변화 경향성은 현재까지 진행된 다양한 이산화티탸늄 광촉매 실험 결과들을 통합적으로 이해하는데 광범위하게 활용될 수 있다는 점에서 연구의 가치가 매우 크다. 이번 연구를 주도한 성균관대 이진용 교수는 “본 연구가 이론적 예측 결과이지만 상업적으로 가장 활발히 활용되는 이산화티탸늄 소재인 Degussa P25의 밴드 정렬 형태를 올바르게 예측하고 있고, 우리가 최초로 규명한 나노입자 크기 효과는 실제 실험에서 이산화티타늄 샘플에 따라 변하는 광촉매 효율의 차이를 이해하는데 매우 유용한 기초 정보가 될 수 있을 것“ 이라고 전했다. 이 연구는 논문의 제 1저자인 고경철 박사가 수혜 받은 한국연구재단의 리서치펠로우 지원사업 및 대용량 양자계산 수행을 위해 신청한 한국과학기술정보연구원의 슈퍼컴퓨터 연구지원사업을 통해 수행되었다. *논문명: Size-Dependent Level Alignment between Rutile and Anatase TiO2 Nanoparticles: Implications for Photocatalysis

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