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  • 마그네슘 기반 소재의 연성-취성 (brittle-ductile) 특성의 이해와 인공지능의 활용 신소재공학부
    하마드코티바 교수 · Russlan Jaafreh · 강유성 · Santiago Pereznieto

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    마그네슘 기반 소재의 연성-취성 (brittle-ductile) 특성의 이해와 인공지능의 활용
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    AI기반 최첨단 생물정보학 분석 도구 및 ▼분석 결과 제시 융합생명공학과
    발라찬드란마나발란 교수

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    AI기반 최첨단 생물정보학 분석 도구 및 ▼분석 결과 제시

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  • 김정규 교수
    화학공학/고분자공학부 김정규 교수 연구팀, 떨어진 꽃잎으로 친환경 신재생에너지 소재 기술 개발

    화학공학/고분자공학부 김정규 교수 연구팀, 떨어진 꽃잎으로 친환경 신재생에너지 소재 기술 개발 ▲(왼쪽부터) 김정규 교수(성균관대), 심욱 교수((주)닐사이언스, 한국에너지공대), 최창혁 교수(포항공대), 최희채 박사(University of Cologne) 화학공학/고분자공학부 김정규 교수와 ㈜닐사이언스 대표 심욱 교수(한국에너지공과대학교) 공동 연구팀은 동백꽃으로 청정 수소생산과 에너지 저장에 적합한 친환경 에너지 소재 기술을 개발하였다. 이번 연구는 포항공과대학교 최창혁 교수와 독일 University of Cologne의 최희채 박사와 함께 진행되었다. 최근 환경과 기후 변화에 대한 관심이 커짐에 따라 청정 수소 생산 기술 및 빠른 충·방전 속도와 긴 수명을 가지는 에너지 저장장치인 슈퍼커패시터(super capacitor)가 주목받고 있다. 현재는 슈퍼커패시터의 소재로 탄소 기반의 재료가 주목받고 있지만 대부분의 현존 탄소 재료는 합성과정에서 광물성 원료와 석유제품에 대한 의존도가 높아 지속 가능한 발전을 위한 소재로는 한계가 있다. 이를 해결하기 위해 김정규 교수 연구팀에서는 떨어진 꽃잎에 열분해 공정을 통해 바이오숯(Biochar)을 제작하면 친환경적 특성을 포함해 열분해 과정에서 자가 도핑 효과를 가지는 특성을 활용할 수 있을 것으로 예상하였다. 특히 동백나무 꽃잎은 우리나라에 널리 분포하고 음이온을 풍부하게 가지고 있어 연구팀은 떨어진 동백꽃을 이용하여 다기능성, 고성능의 친환경 에너지 소재 연구를 수행하였다. 연구팀은 동백꽃으로 제작된 바이오숯(Biochar) 나노 소재를 전기화학적 물 분해 반응을 위한 다기능성 촉매로 이용한 결과 낮은 과전위와 24시간 연속 가동에도 불구하고 높은 안정성을 보였다. 또 바이오숯(Biochar)를 에너지 저장을 위한 슈퍼커패시터의 전극 소재로 도입하였을 때는 우수한 비정전용량과 사이클링 안정성을 보여줌으로써 우수한 에너지밀도를 보이는 하이브리드 슈퍼커패시터로의 가능성을 보여주었다. 또한 바이오매스의 원료의 다양화를 통해 탄소 골격체 내부에 도핑되는 이온을 조절하여 기존의 귀금속 기반 촉매 대비 높은 성능과 안정성을 가지는 소재를 합성하는 등 향후 추가적인 연구를 통하여 전기자동차 및 수소 에너지 캐리어 생산영역에서 경쟁력 있는 에너지 소재로 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 김정규 교수는 “본 연구는 동백꽃이라는 탄소 기반 생체소재를 이용한 합성법을 사용함으로써 공정의 친환경화를 이루었으며 자가 도핑을 통한 물 분해 전극과 슈퍼커패시터의 성능을 향상시킨 것에 의의가 있다”며 “자연에서 얻을 수 있는 바이오매스를 에너지 생산 및 저장 소자로 탈바꿈하여 폐자원의 자원화 및 녹색 에너지 실현에 한걸음 다가설 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다. 이번 연구는 에너지 소재 분야 세계적인 학술지인 ‘Carbon Energy’ 저널(IF: 21.6)에 2022년 7월 표지논문으로 선정되었다. * 논문명: A sulfur self-doped multifunctional biochar catalyst for overall water splitting and a supercapacitor from Camellia japonica flowers (저널: Carbon Energy, DOI: https://doi.org/10.1002/cey2.207) ▲ 동백꽃으로부터 에너지 저장을 위한 고활성 바이오숯 소재 기술 개발 ▲ Carbon Energy 저널 2022년 7월 표지논문

    2022-08-03

  • 성균관대학교
    화학과 박성호 교수 연구팀, 이중 프레임을 가지는 복잡구조체 기반 자가조립 기판 개발

    화학과 박성호 교수 연구팀, 이중 프레임을 가지는 복잡구조체 기반 자가조립 기판 개발 - 광학, 센서, 바이오 분야에 활용 기대 [사진] 화학과 박성호 교수 연구팀 화학과 박성호 교수 연구팀(공동1저자 Qiang Zhao 석박통합과정, Hilal Hajir 석박통합과정)은 수용액 상에서 새로운 화학반응을 통해 복잡구조를 가지는 나노입자를 합성하고 빛과의 상호작용을 극대화시켜 극미량의 생ㆍ화학 분자 검출이 가능한 자가조립(self-assembly) 기판을 개발하였다고 밝혔다. 금, 은과 같은 귀금속은 나노 수준의 크기로 갈수록 특정 파장의 빛을 입자 주위에 국소적으로 모을 수 있어, 표면 증강 라만 산란기법(Surface-enhanced Raman spectroscopy, SERS)과 같은 다양한 화학적, 생물학적 분자 검출기법에 용이하다. 그러나 기존에 구 또는 막대 형태의 나노입자는 낮은 전자기장의 증강효율로 인해 극미량의 분자 검출이 어려워 라만 분광법을 상업적으로 활용하기 어려웠다. 박성호 교수 연구팀은 이를 해결하기 위해 새로운 다단계 화학적 습식법을 개발하여 빛과의 상호작용을 극대화할 수 있는 이중-림을 가지는 나노프레임(Dual-rim nanoframes)을 합성하였다. 정교한 화학반응을 통해 단일 금 나노입자 표면에 이중의 나노프레임이 존재하는 복잡나노구조체를 제작하고 입자의 구조적 특이성을 유지하며 대면적의 규칙성을 가지는 자가조립 초격자(superlattice) 기판 제작을 통해 빛과의 상호작용을 극대화하였다. 특히, 나노입자 주변의 강한 국소 전기장의 증강으로 인해 아토몰(aM, 10-18 M) 수준의 극미량의 화학분자 검출이 가능해졌다. 이는 기존 나노입자로는 불가능한 생화학적 독성 분자의 기상 검출에도 적용되어 국방과학연구뿐만 아니라 라만 분광분석 기법의 상용화에 큰 기여를 할 것으로 기대된다. 박성호 교수는“본 연구는 균일하고 높은 민감도를 가지는 SERS기판 제작 기술에 새로운 입자 개발 및 방법론을 제시하여, 기존에 답보되어온 라만 기반 분석법을 한 단계 높은 수준으로 끌어올릴 뿐만 아니라 관련 광학, 센서, 바이오 분야에 다양하게 활용될 것으로 기대된다.”고 밝혔다. 본 연구는 2021년 정부(방위사업청)의 재원으로 국방과학연구소(미래도전국방기술연구개발사업)의 지원을 받아 수행되었으며, 연구 결과는 화학 분야 (chemistry) 최상위 학술지인 “Journal of the American Chemical Society (Impact Factor=16.38, JCR 상위 8.66 %)에 수록되어 7월 27일 출판되었다. ※ 논문명 : All-Hot-Spot Bulk Surface-Enhanced Raman Scattering (SERS) Substrates: Attomolar Detection of Adsorbates with Designer Plasmonic Nanoparticles [연구그림] 복잡구조체 기반 자가조립 기판 모식도

    2022-08-02

  • 성균나노과학기술원 및 약학대학, 천연물을 이용한 고효율 나노발전기 개발
    성균나노과학기술원 안성필 교수 및 약학대학 김기현 교수, 천연물을 이용한 고효율 나노발전기 개발

    성균나노과학기술원 안성필 교수 및 약학대학 김기현 교수 공동연구팀, 천연물을 이용한 고효율 나노발전기 개발 차세대 웨어러블 전자기기의 전기공급원으로 활용이 가능한 항균 나노발전기 ▲ 왼쪽부터 김기현 교수, 박도권 성균나노과학기술원(SAINT) 연구원, 안성필 교수 ▲ 약학대학 홍주현 박사후연구원(공동 제1저자) 성균나노과학기술원 안성필 교수 및 약학대학 김기현 교수 공동연구팀(제1저자 성균나노과학기술원 박도권 연구원, 공동 제1저자 약학대학 홍주현 연구원)은 자연에서 유래한 항균 활성을 보이는 천연자원과 생체적합 고분자를 새롭게 혼합하여 웨어러블 전자기기의 전기공급원으로 활용 가능한 고효율 나노발전기를 개발했다고 밝혔다. 진동, 충격, 굽힘 등의 다양한 운동에너지로부터 전기에너지를 얻을 수 있는 나노발전기는 사람들의 일상생활 속에서 발생하는 크고 작은 운동에너지를 인간에게 유용한 전기에너지 변환할 수 있어 차세대 신재생 에너지원으로서 최근 크게 주목받고 있다. 그리고, 이를 사람이 착용 가능한 차세대 웨어러블 전자기기의 전기공급원으로 활용하고자 하는 연구가 최근 몇 년 사이에 굉장히 활발히 이루어지고 있다. 나노발전기 중에서도 소재 간에 접촉에 의한 마찰로부터 전기에너지를 수확하는 기술을 마찰전기 나노발전기(triboelectric nanogenerator)라고 부른다. 이러한 마찰전기 나노발전기를 사람이 착용이 가능한 웨어러블 전자기기의 전기공급원으로 사용하기 위해서는 크게 2가지 기술 요소들이 필요하다. 첫 번째는 사람의 움직임으로부터 발생하는 마찰운동에너지를 가장 효율적으로 전기에너지로 변환할 수 있게끔 하는 접근 방법이다. 두 번째는 사람 피부와 바로 접하는 곳에 부착해서 사용해야 하기 때문에 피부에 대한 독성이 낮아야 하고 외부로부터 전파될 수 있는 균에 대한 항균 능력이 필요하다. 안성필 교수와 김기현 교수 공동연구팀은 항균 작용을 지닌 느릅나무 껍질 추출물과 피부무독성 생분해 고분자인 폴리카프로락톤(PCL)을 합성한 후 이를 직경 100nm 수준(머리카락 굵기의 1000분의 1 수준)의 나노섬유로 이루어진 부직포로 개발하였다. 그리고 이렇게 제작한 천연물 기반 부직포를 마찰전기 나노발전기 소재로 활용하였다. 개발한 천연물 기반 마찰전기 나노발전기를 신발 깔창에 적용했을 때 사람이 걷거나 뛸 때 걸음당 최대 80V의 전기에너지를 얻을 수 있었고 동시에 적용된 천연물(느릅나무 껍질 추출물)이 지닌 항균 능력을 통해 무좀균도 억제할 수 있었다. 안성필 교수는 “부직포를 구성하는 섬유의 직경이 얇을수록 더욱 많은 마찰면적을 지닌 것에 착안하여 우리 연구실에서 독자적으로 보유한 용액방사 기술 및 세계 최고 수준의 나노섬유 제조 노하우를 바탕으로 직경 100nm의 초미세 섬유들로 구성된 천연물 부직포를 개발하였다.”라고 말했다. 또한 김기현 교수는 “본 연구에서 적용된 천연 소재인 느릅나무 껍질은 ‘유근피’라는 한약재로 예로부터 위장관 관련 질환 및 염증 완화, 이뇨 작용에 사용되어왔다. 또한 느릅나무 껍질은 천연 항균 소재로도 주목받고 있는데 본 연구는 한약재로 사용되는 천연자원을 마찰전기 나노발전기에 적용하여, 그 응용성 범위를 확대한 점에 큰 의의가 있다”라고 말했다. 마지막으로 이번 연구의 제1저자인 박도권 박사과정 학생은 “현재 나노발전기가 미래 친환경 전기에너지원으로 연구되기 위해서는 아직 해결되어야 할 과제가 많다”며 “본 연구가 친환경 나노발전기 연구의 새로운 방향성을 재시해 주길 바란다”고 말했다. 본 연구는 한국연구재단 이공분야기초연구사업(2021R1F1A1061404), 기초의과학연구센터(MRC)사업(2019R1A5A2027340), 중견연구자지원사업(2021R1A2C2007937)의 지원을 받아 수행되었다. 이번 연구는 에너지분야 세계적인 학술지인 나노에너지(Nano energy, IF: 19.069)에 6월 1일 게재됐다. ▲ 천연물 기반 고효율 마찰전기 나노발전기

    2022-07-11