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  • 세계 최고 성능의 양성자 전도성 연료전지 개발 기계공학부
    이원영 교수 · 최민기 연구원

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    세계 최고 성능의 양성자 전도성 연료전지 개발
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    기억을 빛으로 제어하는 광전자 시냅스 반도체 소자 개발 전자전기공학부
    박진홍 교수 · 서승환/이제준 박사

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    기억을 빛으로 제어하는 광전자 시냅스 반도체 소자 개발

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  • 성균관대학교
    기계공학부 학부연구-대학원생 팀(다물리시스템 해석공학연구실) MATLAB AI Challenge 우승

    기계공학부 학부연구-대학원생 팀(다물리시스템 해석공학연구실) MATLAB AI Challenge 우승 [사진] 다물리시스템 해석공학연구실(지도교수 이은호) 정영찬, 박정현, 김태현 공과대학 기계공학부의 다물리시스템 해석공학연구실(지도교수 이은호)의 학부연구생과 대학원생으로 이루어진 UTS(User-friendly Topology Simulator) Team [정영찬(기계공학부), 박정현(기계공학부), 김태현(지능형팹테크융합전공 대학원)]은 인공지능을 활용하여 산업계에서 쉽게 사용할 수 있는 "Topology Optimization Simulator" 개발 프로젝트를 진행하였으며, 이를 바탕으로 2021년 7월 1일~8월 30일 MATLAB Korea 주관으로 진행하였던 MATLAB 대학생 AI Challenge에서 2021년 10월 20일에 우승을 차지했다. 해당 프로젝트의 주제 Topology Optimization Simulator에서 Topology Optimization은 위상 물체의 형상을 경량화시키면서도 강성을 유지하는 좋은 디자인 방법론이지만, 전문 지식과 긴 해석 시간이 소요되기 때문에 관련분야 전공자 외엔 접근하기에 힘든 단점이 있다. 이러한 이유로 UTS team은 MATLAB 기반의 GUI에 원하는 형상을 입력해주면, 학습된 딥러닝 모델을 포함한 알고리즘을 통해 위상 최적화된 Image를 제공해 주는 프로그램을 개발하였다. 이를 통해 전공자가 아니더라도 쉽고 편리하게 위상 최적화를 시도할 수 있다. 본 프로그램에서 모델의 정확도 향상을 위해 딥러닝 네트워크를 ResUNet 2개, UNet1개, 즉 3가지로 나누어서 구성하는 새로운 시도를 통해 딥러닝 모델을 구축하여, 첫번째 ResUNet을 통해 응력 분포를 예측하고, 두번째 ResUNet을 통해 위상 최적화를 진행하고, 마지막으로 U-Net을 이용하여 이미지의 해상도를 향상 시켰다. 이러한 Simulator 기술을 2D를 넘어 3D에도 적용될 수 있도록 확장시켜 나간다면, 실제 산업에도 크게 도움이 될 수 있는 전망하며, 추후 이은호교수 연구팀은 인공지능을 활용한 위상최적화 모델이 소성변형까지 고려할 수 있도록 연구를 지속적으로 발전시킬 계획이다. [그림] Unet을 활용한 2D 위상 최적화 simulator 진행과정 https://m.youtube.com/watch?v=JNUZkda-JqE&feature=youtu.be [MATLAB AI challenge 대회에서 우승한 누구나 쉽게 체험할 수 있는 시뮬레이터 설명 link]

    2021-11-29

  • 성균관대학교
    성균융합원 에너지과학과 임재훈 교수 연구팀, 고휘도 양자점 발광소자 구현

    성균융합원 에너지과학과 임재훈 교수 연구팀, 고휘도 양자점 발광소자 구현 - 성균관대-서울대학교 공동연구, Advanced Materials 논문 발표 - AR/VR, 옥외용 디스플레이, 조명, 광 치료 등 양자점 발광소자의 새로운 응용 가능성 제시 [사진] 임재훈 교수, 김병재 석박통합과정(왼쪽부터) 양자점 발광소자(Quantum dot-based light-emitting diodes, QLEDs)는 수 나노미터 수준의 반도체 나노입자인 양자점을 발광층으로 사용하고 전하의 직접주입을 통해 전기에너지를 빛에너지로 변환하는 자발광 소자이다. 해당 기술은 높은 에너지 효율과 더불어 순수한 색을 만들어낼 수 있어 차세대 디스플레이 후보 기술로 주목받고 있으며, 이를 다른 광 기술 분야에 적용하기 위한 연구도 활발히 진행 중이다. 현재까지 구현된 양자점 발광소자는 그 활용처가 TV, 노트북, 핸드폰 등 중·저휘도(수백~수천 nit 수준) 디스플레이에 국한되어 있다. AR/VR 장치나 옥외 디스플레이, 나아가 조명이나 광 치료 기기 등 다양한 분야에 QLED가 사용되기 위해서는 수만 nit 이상의 고휘도 조건이 요구되는데, 지금까지의 QLED 소자는 고휘도에서 작동하지 않거나, 매우 낮은 소자 효율과 안정성을 보였다. [연구 그림] 고휘도를 달성하기 위해서는 QLED를 높은 전류에서 구동해야 한다. 그러나 높은 전류에 의한 줄 열(Joule heat) 발생으로 소자의 열화가 가속화되고, 다중 여기자(Multi-exciton) 생성에 따른 비발광 오제(Auger) 재결합 증가로 양자점의 발광 효율이 저하돼, 고휘도의 QLED를 제작하기 어려웠다. 이에 에너지과학과 임재훈 교수 연구팀(제1저자 김병재 석박통합과정)은 서울대학교 전기전자공학부 곽정훈 교수 연구진과의 공동연구를 통해 이상의 문제를 해결할 수 있는 소재 및 소자 설계가 가능함을 밝혔다. 연구팀은 양자점을 구성하고 있는 쉘의 구조를 정교하게 조절해 고전류에서 발생하는 비발광 오제재결합을 효과적으로 억제함으로써, 높은 전류에서도 발광 효율을 유지할 수 있는 소재를 개발했다. 또한 열 전도도가 높은 실리콘 기판을 사용해 줄 열에 의한 소자의 열화를 억제했고, 광 추출 효율을 높이는 전면발광구조를 최적화해 휘도를 증가시켰다. 마지막으로 발광층 내부 양자점의 개수를 조절함으로써 발광 효율이 낮은 다중 여기자 형성을 최소화했다. 소재부터 소자까지 다각적 접근을 통해 제작된 QLED는 최대휘도 330만 nit(광출력 50mW), 전류효율75.6cd/A를 나타냈고, 초기 휘도 100nit에서의 예상 반감수명은 무려 1억 2500만시간(약 1만 4269년)에 달한다. 이는 지금까지 발표된 QLED 가운데 최고 휘도, 효율, 수명이다. 이번 연구결과는 QLED 디스플레이의 실용화 연구에 이바지함과 동시에 높은 휘도가 요구되는 AR/VR 장치나 옥외용 디스플레이에도 적용 가능할 것으로 예상된다. 또한 자발광 QLED의 활용 범위를 디스플레이뿐만 아니라 조명, 레이저, 광 치료 등으로 넓혀 다양한 광 관련 산업에 적용할 수 있을 것으로 기대된다. 이상의 결과는 소재·나노기술·과학 분야의 최고 권위 저널 중 하나인 ‘어드밴스드 머터리얼스’ 학술지에 10월 27일자로 온라인 공개되었으며, 연구재단 신진연구자사업, 미래소재디스커버리 사업의 지원으로 수행되었다.

    2021-11-29

  • 나노과학기술원 배완기‧황의헌 교수 연구팀,  III-V‧II-VI 이종전자가 핵‧껍질 구조 양자점에서의 계면 쌍극자 역할 규명
    나노과학기술원 배완기‧황의헌 교수 연구팀, III-V‧II-VI 이종전자가 핵‧껍질 구조 양자점에서의 계면 쌍극자 역할 규명

    나노과학기술원 배완기‧황의헌 교수 연구팀, III-V‧II-VI 이종전자가 핵‧껍질 구조 양자점에서의 계면 쌍극자 역할 규명 - 향후 III-V족 양자점의 다양한 응용을 위한 새로운 특성 제어 방향 제시 [사진] 연구진 사진(왼쪽부터 황의헌 교수, 신도윤 석사과정, 함동효 박사후연구원, 박정우 박사과정, 배완기 교수, 김영두 학부생) 양자점은 크기에 따라 밴드갭이 조절 가능한 나노반도체 소재로써, 디스플레이, 레이저, 태양광 집적기, 바이오마커 등의 응용 분야에 폭넓게 활용가능하다. 특히 양자점은 기존의 유기반도체 기반 전계발광소자(OLED) 보다 빼어난 색순도를 지녀, 차세대 디스플레이 소재로 큰 주목을 받고 있다. 성균관대학교(총장 신동렬) 나노과학기술원 배완기 교수(공동 제1저자 정병국 박사후 연구원, 장준혁 박사후 연구원, 함동효 박사후 연구원) 및 황의헌 교수 공동연구팀은 카이스트 이도창 교수 연구팀 및 삼성디스플레이와의 협업을 통해, 최근 학계 및 산업계에서 각광을 받고 있는 친환경 양자점 소재인 III-V/II-VI 양자점의 이종전자가 계면에 존재하는 계면 쌍극자가 양자점 소재의 광‧전기적 특성이 미치는 영향을 규명하였다. 연구진은 습식화학기법을 통하여 계면 쌍극자를 원자 수준에서 제어하여 양자점 소재의 광전기적 특성을 조절하였으며, 나아가 고효율 고안정성 디스플레이 소자를 구현할 수 있음을 보였다. 양자점의 광‧전기적 특성은 내부 전하의 분포 및 에너지 준위에 의해 결정되며, 이는 양자점 소재의 조성 및 크기에 의해 조절 가능하다. 소재 조성의 선택이 제한적인 친환경 양자점의 경우, 오직 크기 제어를 통하여 양자점의 특성 제어가 가능한 것으로 알려져 있었다. 연구진은 III-V/II-VI 핵/껍질 양자점 계면에 존재하는 계면 쌍극자가 양자점의 전하 분포 및 에너지 준위를 제어할 수 있는 새로운 조절 인자임을 최초로 확인하였다. 나아가 습식화학기법을 통하여 III-V족의 핵과 II-VI족의 껍질층의 계면을 정교하게 제어하여, 이종전자가 계면에서의 쌍극자 모멘트의 밀도를 조절하였다. 이를 통하여 양자점 소재 조성 및 크기 변화없이 양자점의 전기적 에너지 준위를 자유자재로 제어하였으며, 궁극적으로 양자점 기반 전계발광소자의 성능을 극대화할 수 있음을 보였다. 배완기 교수는 이번 연구 결과의 가치에 대하여 “친환경 양자점 소재의 광‧전기적 특성을 최종 사용 목적에 맞춤 제작 가능한 새로운 화학적 기법을 제공한다”면서 “향후 광학소자, 나노바이오 분야에 친환경 양자점 소재의 산업적 적용을 촉진할 것이다”라고 평가하였으며, 황의헌 교수는 “양자점의 에너지 준위를 조성 및 크기로만 조절 가능하다는 기존의 개념을 넘어 핵‧껍질 계면에서 발생하는 ‘전기 쌍극자’도 에너지 준위를 조절할 수 있는 중요한 요소임을 처음으로 보고한 점에 의미가 있다. 이는 제한적인 친환경 소재로 다양한 에너지 준위를 갖는 양자점 합성에 활용할 수 있다”라고 설명하였다. 본 연구는 한국연구재단 (함께달리기, 소재융합혁신, 중견연구, 나노미래소재원천기술개발사업), 삼성디스플레이 및 ETRI의 기본사업의 지원으로 이루어졌으며, 재료 분야 최상위 학술지인 “Nature Materials” (Impact Factor: 43.841)에 현지시간 11월 18일(목) 온라인 게재되었다. ※논문명 : Interface polarization in heterovalent core/shell nanocrystals

    2021-11-22