Research Stories
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반도체 패키지의 설계에 따른 열-기계 연계 물성 통합적 분석을 위한 인공지능 기반의 혁신적 플랫폼 개발 기계공학부
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이은호 교수 · 박정현 연구원
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반도체 패키지의 설계에 따른 열-기계 연계 물성 통합적 분석을 위한 인공지능 기반의 혁신적 플랫폼 개발
기계공학부
이은호 교수
·
박정현 연구원
SAINT 강보석 교수 연구팀, 반도체 나노박막 대면적 新 제조공정 개발 - 단일 공정형 ADC-양극성 전기중합법 개발 - 반도체 박막 기상합성 공정의 복잡성 및 긴 공정 시간 문제 해소 - 어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(AFM) 표지논문 게재 ▲ SAINT 강보석 교수(왼쪽), 이지윤 박사과정생(오른쪽) 고성능 반도체 나노박막 기술은 웨어러블 디바이스, 유연 센서, 전자 피부 등 다양한 차세대 전자소자 구현의 핵심기술로 손꼽힌다. 그러나 대면적 나노박막 제조를 위한 기존 기상화학증착법은 복잡한 공정 과정, 긴 공정 시간, 높은 공정 비용으로 유연 전자 제품의 단가 상승 원인으로 지적되어 왔다. 성균나노과학기술원(SAINT) 강보석 교수 연구팀은 새로운 유형의 반도체 나노박막 합성 및 증착 일체형 공정인 ‘원격 ADC*-양극성 전기중합법(ADC-Bipolar Electropolymerization)’을 개발하여 문제 해결의 단초를 제시했다. 이 방법은 기존 기상화학증착법을 대체할 수 있는 간소화된 용액상 합성 및 증착 일체화 공법으로, 공정 시간과 비용을 대폭 줄일 수 있을 것으로 기대된다. * ADC: Direct-current voltage superimposed on alternating-current voltage, 교류 전압과 직류 전압을 중첩한 전원을 뜻하며, 이하 줄여서 교직류라 칭함. 개발된 신기술은 교류 전압과 직류 전압을 중첩한 ADC 양극성 전기화학 원리를 기반으로 한다. 이중 양극성 전극을 도입함으로써 반도체층을 임의의 비전도성 기재 위에 수평으로 성장시킬 수 있다. 또한 기존 전기중합법의 개별 외부회로 연결 이슈 없이 원격으로 박막 성장 제어가 가능하다. 연구팀은 2인치 크기의 다양한 기재위에 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) 반도체 나노박막을 단 수 분 내로 빠르게 성장시키는 데 성공했다. 또 제작된 박막의 전기전도도와 분자배향 분석을 통해 유연전자소자 구현에 유리한 비등방적 전하수송특성을 증명하였다. 연구팀은 해당 기술의 유용성을 입증하기 위해 유연 열전도대 및 가스센서를 제작하였다. 반도체 나노박막이 사용된 열전도대를 통해 뇌 온도 모니터링이 가능함을 보였으며, 이를 통해 신경 온도계 및 웨어러블 센서 등 다양한 유연 생체소자 및 센서 분야에서의 응용 가능성을 확인했다. 강보석 교수는 “이번 연구를 통해 유연전자소자용 대면적 반도체 나노박막을 단시간에 저비용으로 대량 생산할 수 있는 혁신적 제조 기술을 개발했다”며 “이 기술은 기존 기상화학증착법을 대체하여 특히 유연성과 생체적합성이 요구되는 뇌-컴퓨터 인터페이스 기반 차세대 인공지능 및 사물인터넷(IoT) 응용 기술에서의 중요한 역할을 할 것으로 기대된다”고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부의 지원을 받아 수행되었으며, 연구 결과는 재료과학 분야 권위지 어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)에 표지논문(Inside Back Cover)으로 선정되었다. ※ 논문명: Remote‐Controllable Lateral Electropolymerization of Conducting Polymers via Dual‐Electrode ADC‐Bipolar Electrochemistry ※ 저널: Advanced Functional Materials ※ DOI: 10.1002/adfm.202406229
2024-10-10
화학공학/고분자공학부 김정규 교수 연구팀, 질소계 자원으로 친환경 수소 저장체 암모니아 생산 촉매 소재 개발 - 폐수 속 질산염을 이용한 고효율 암모니아 생산 촉매 - 수소 저장체로 주목받는 암모니아, 친환경 생산 기술 기대 ▲ (왼쪽부터) 화학공학/고분자공학부 김정규 교수, 김준영 박사후연구원, 홍원태 석박사통합과정생 화학공학/고분자공학부 김정규 교수 연구팀이 질소계 자원인 질산염을 수소 저장체로 사용될 수 있는 암모니아로 전환하는 새로운 전기화학 촉매 소재를 개발했다고 밝혔다. 이 연구는 기존 암모니아 생산 방식의 문제점을 해결하기 위한 혁신적 기술로 평가받고 있다. 암모니아는 비료, 의약, 화학 산업 등에서 중요한 자원이며, 수소를 저장할 수 있는 무(無)탄소 에너지 저장체로도 주목받고 있다. 하지만 현재의 암모니아 생산은 전통적인 ‘하버-보슈 공정’을 통해 이루어지며, 이는 에너지 소비가 크고 온실가스를 많이 배출한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 전기화학적 암모니아 생산 방법이 필요성이 제기되어 왔다. 특히, 폐수에 많이 포함된 질산염을 환원하여 암모니아를 만드는 전기화학 반응은 환경 문제 해결과 동시에 암모니아를 생산할 수 있는 방법으로 많은 주목을 받는다. 하지만 이 과정에서 경쟁 반응인 수소 발생 반응(Hydrogen evolution reaction, HER)이 촉매의 성능을 저해하는 것이 문제였다. ▲ 표면 집중 Bi 치환 도핑 Cu2O 촉매 전기화학 반응 모식도와 소재 물성 김정규 교수팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 비스무트(Bi)를 사용한 새로운 도핑 기술을 개발했다. 이를 통해 제일산화구리 표면에 비스무트를 도핑하여 수소 생성 반응을 억제하고, 암모니아 생산 효율을 크게 높이는 촉매를 만들었다. 그 결과, 99.2%의 높은 질산염-암모니아 전환 효율을 달성했고, 촉매의 안정성도 확보했다. 김정규 교수는 “이번 연구는 폐수로부터 청정 연료인 e-Fuel을 생산할 수 있는 촉매 기술을 제시했으며, 이 기술은 수소 에너지 및 이산화탄소 환원을 통한 연료 생산에도 적용할 수 있는 가능성을 가지고 있다”고 설명했다. ▲ 전기화학적 질산염 환원을 암모니아 전환 메커니즘 모식도와 성능 이 연구결과는 산업통상자원부 에너지인력양성사업 ‘녹색성장을 위한 CCUS 전문인력양성’과 한국연구재단 개인기초 중견연구 사업의 지원으로 수행되었으며 소재 분야 최고 권위의 국제학술지 Materials Today에 7월 1일에 게재되었으며, 주저자인 박사후연구원 김준영 박사는 올해 9월 가톨릭대학교 바이오메디컬화학공학과 조교수로 임용되었다. ※ 논문명: Conformal surface intensive doping of low-valence Bi on Cu2O for highly efficient electrochemical nitrate reduction to ammonia production ※ 학술지: Materials Today ※ 저자명: 김정규(교신저자), 김준영(공동 교신저자), Thi Kim Cuong Phu(제1저자), 홍원태(공동 제1저자), 한현구, 송영인, 김종훈, 노승훈, 김민철, 고재현, 오병근, 정찬화, 이동현(공동저자) ※ 논문 링크: https://doi.org/10.1016/j.mattod.2024.05.007 ※ 게재: 2024.7.
2024-10-08
삼성융합의과학원 원홍희 교수 연구팀, 대사증후군의 유전적 요인 규명 - 네이처 제네틱스 최신호 게재 - 유럽인 뿐만 아니라 동아시아인을 대상으로도 유의미한 결과 도출 ▲ (왼쪽부터) 성균관대학교 원홍희 교수, 박상현 연구원, 분당서울대학교병원 명우재 교수, 원광대학교병원 유태양 교수 삼성융합의과학원/삼성서울병원 원홍희 교수 연구팀은 대규모 유전 연구를 통해 대사증후군의 유전적 요인을 밝혀냈다. 이번 연구는 분당서울대학교병원 명우재 교수, 원광대학교병원 유태양 교수와 함께 진행되었으며, 대사증후군의 원인 유전자와 관련 유전 변이를 대규모 분석을 통해 확인했다. 대사증후군은 비만, 고혈압, 고중성지방혈증, 낮은 고밀도 콜레스테롤 수치, 당 대사 이상 등의 여러 대사 위험 요소가 동시에 나타나 심혈관 질환과 당뇨병의 위험을 높이는 상태를 말한다. 이 위험 요소들은 생활습관과 더불어 유전적 요인도 큰 영향을 미친다. 연구팀은 5백만 명의 데이터를 바탕으로 대사증후군과 연관된 1307개의 유전 변이를 발견하고, 11개의 원인 유전자를 규명했다. 또한, 대사증후군 발병을 예측할 수 있는 다중유전위험점수(polygenic risk score)를 개발하여, 이 점수를 통해 심혈관질환과 당뇨병 발병 가능성도 예측할 수 있다는 점을 입증했다. 특히, 이번 연구는 유럽인 뿐만 아니라 동아시아인을 대상으로도 유의미한 결과를 도출했다는 점에서 큰 의미가 있다. 또, 연구팀은 대사증후군과 관련된 29개의 질환도 선별했으며, 심혈관질환뿐만 아니라 소화기질환, 호흡기질환, 정신장애 등과의 연관성도 확인했다. 이러한 결과는 대사증후군이 여러 질환과 복잡하게 연결되어 있음을 보여준다. 원홍희 삼성융합의과학원 교수는 “이번 연구를 통해 대사증후군의 유전적 원인을 밝히고, 이를 바탕으로 새로운 치료법 개발에 중요한 기초를 제공했다는 점에서 큰 의미가 있다”며, “비록 지금의 연구로는 유전적 요인의 약 30%만 설명할 수 있지만, 앞으로 더 큰 데이터를 활용한다면 유전적 위험이 높은 사람들을 더 정확하게 찾아내어 예방할 수 있을 것”이라고 밝혔다. 명우재 분당서울대학교병원 정신건강의학과 교수는 “대사증후군과 관련된 많은 유전자가 뇌에서 발현된다는 점이 흥미롭다. 이는 뇌와 대사 기능 사이의 밀접한 관계를 시사하며, 대사문제를 흔하게 겪는 정신장애환자들에게도 큰 도움이 될 수 있을 것”이라고 말했다. 유태양 원광대학교병원 내분비대사내과 교수는 “이번 연구는 대사증후군과 연관된 유전 변이와 원인 유전자를 기반으로 개인 맞춤형 정밀 의료를 제공할 수 있는 가능성을 열었다”고 덧붙였다. 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원으로 진행되었으며, 세계적인 학술지 네이처 제네틱스(Nature Genetics) 최신호에 게재되었다. ※ 논문명: Multivariate genomic analysis of 5 million people elucidates the genetic architecture of shared components of the metabolic syndrome ※ 저널: Nature Genetics(IF: 31.7) ※ 논문링크: https://www.nature.com/articles/s41588-024-01933-1
2024-10-02
생명과학과 김진섭 교수 소속 국제 연구팀, 초파리 뇌 시뮬레이션으로 행동의 생성 과정 재현 - 10월 3일 Nature 특별호 게재 - 커넥톰(뇌의 지도) 활용, 단맛을 느끼면 먹으려 하는 행동 시뮬레이션 ▲ 완성된 초파리 커넥톰 전체 모습 생명과학과 김진섭 교수 연구팀이 소속된 국제 연구팀이 초파리 뇌 전체의 커넥톰 시뮬레이션을 통해 뇌에서 다양한 행동이 유발되는 과정을 컴퓨터로 재현하는 연구에 성공했다고 밝혔다. 뇌의 지도, 커넥톰은 뇌를 이루는 모든 뉴런의 정밀한 형태와 그들 사이의 모든 시냅스 연결 구조를 드러내는 지도이다. 커넥톰은 뇌를 근본적으로 온전히 이해하기 위한 기반으로 믿어지며 미국 뇌과학 연구계획(브레인 이니셔티브)의 주요 목표이다. 그간 예쁜꼬마선충, 초파리 유충 등 신경계 커넥톰의 제작이 이뤄져 왔다. 10월 3일 공개되는 Nature 특별호에는 국제 초파리 커넥톰 연구 컨소시엄, FlyWire(https://flywire.ai)에서 발표한 9편의 논문이 동시에 실렸다. 9편의 논문은 최초의 성체 초파리 뇌 커넥톰의 완성 과정과 커넥톰의 전체 모습을 개괄한 논문으로 시작하여, 커넥톰의 자세한 구조를 심도 있게 분석한 연구, 초파리 뇌의 다양한 기능의 작동 기전을 커넥톰 분석과 동물 실험을 통해 규명한 다수의 연구 등이 포함되어 있다. 생명과학과 김진섭 교수팀은 14만 개 뉴런과 5천만 개 시냅스로 이루어진 커넥톰의 네트워크를 활용하여, 서로 영향을 주고받는 뉴런들의 활성을 나타내는 세포막전위(membrane potential)를 방정식으로 표현한 뒤 컴퓨터를 사용하여 각 뉴런의 막전위 변화를 계산했다. 한 예로, 시뮬레이션을 통해 단맛을 느끼는 뉴런에 자극을 부여하자 음식 섭취에 사용하는 주둥이의 근육을 움직이는 뉴런에서 활성이 측정되었다. 이는 감각 뉴런과 행동 뉴런을 연결하는 뉴런들의 연쇄적인 활성화의 결과로 참여하는 뉴런들이 이루는 경로는 이 행동이 형성되는 과정을 보여준다(붙임 2: 논문 5). ▲ 초파리 커넥톰 중에서 가장 큰 50개의 뉴런 김진섭 교수는 “과거 뉴런 활성 시뮬레이션 연구들에서는 뉴런 활성 패턴이 실제 뇌와 유사하다는 발견에 그쳐 패턴의 의미를 이해할 수 없었다. 이번 연구는 구체적 행동이 뇌에서 유발되는 과정을 시뮬레이션으로 재현·이해할 수 있게 되었다는 점이 새롭다. 더 복잡한 뇌의 커넥톰 제작과 이를 활용한 연구도 이미 수행 중”이라고 설명했다. ▲ 미각 자극이 뉴런의 연쇄적 활성으로 전파되어 음식 섭취 행동 뉴런의 활성으로 측정되기까지의 과정 개념도 김진섭 교수 연구팀 외에도 FlyWire 컨소시엄에 다수 한국인 과학자들이 참여했다. 프린스턴 대학교 세바스찬 승 교수가 FlyWire를 주도하고 기술적 토대를 마련했으며(한국명 승현준/삼성리서치 사장 역임/붙임 2: 논문 1, 3, 9 교신저자), 연구실 소속 이기석 박사(현, Zetta AI; 커넥톰 스타트업)와 배준환 박사(현, 서울대 기초과학연구원)가 커넥톰 제작을 위한 소프트웨어 및 AI 기술 개발에 기여했다(붙임 2: 논문 1 공동저자). 캘리포니아 대학교 샌터바버라 김성수 교수 연구팀은 고등한 시각 인지에 필요한 뉴런들의 연결 구조를 규명했다(붙임 2: 논문 6 교신저자). ※ 논문명: A Drosophila computational brain model reveals sensorimotor processing ※ 저자명: P. K. Shiu (제1·교신저자), K. Scott (교신저자), 강찬혁, 유성봉, 김진섭 등 (공동저자) ※ 커넥톰을 시각화한 영상 자료(클릭) ○ 관련 언론보도 - 인간과 유전자 70% 같은 초파리 ‘뇌 지도’ 완성… “뇌 질환 정복 초석” <조선비즈, 2024.10.03.> - `AI합작` 초파리 뇌 지도 완성 <디지털타임스, 2024.10.03.> - '인간 뇌' 비밀 풀리나...초파리에서 찾아낸 해답
2024-10-02
에너지과학과 명창우 교수 연구팀, 대규모 원자 모델링 AI 개발 - 대규모 원자 모델링 통해 얼음 상태도 등 다양한 재료 응용 가능성 선보여 ▲ (왼쪽부터) 에너지학과 명창우 교수, 유수행 연구교수, 김동건 석사과정생, Radhakrishnan Sundheep 연구원 에너지과학과 명창우 교수 연구팀(제1저자: 유수행 연구교수)이 대규모 원자 모델링을 위한 새로운 인공지능(AI) 기술을 개발했다. 연구팀은 이 기술을 통해 얼음의 상태도, 질화 붕소 액체상, 리튬 고체 전해질 등 다양한 재료의 물리적 성질을 정확하게 예측하는 데 성공했다. 기존에는 슈뢰딩거 방정식*을 이용해 재료의 물리적/화학적 성질을 예측해왔으나, 많은 계산량으로 인한 한계가 있었다. 그러나 이번에 개발된 베이지안* 위원회 머신(Bayesian Committee Machine, BCM) 포텐셜*을 통해 더 빠르고 효율적인 시뮬레이션이 가능해졌다. 이는 에너지, 반도체, 바이오 등 여러 산업에 중요한 영향을 미칠 것으로 기대된다. * 슈뢰딩거 방정식: 전자 및 원자의 거동을 기술하는 양자역학 방정식 * 베이지안: 기존의 확률예측을 새로운 정보를 기반으로 지속적으로 업데이트하는 머신러닝 학습의 한 가지 방식 * 포텐셜: 원자 및 분자가 어떻게 상호작용하는지 예측하는 모델 BCM 모델은 압력을 학습하는 커널 기반 머신러닝 기술을 사용하여, 분자동역학 시뮬레이션을 실시간으로 학습하며 수행할 수 있다. 이를 통해 얼음의 상태도와 같은 복잡한 물리적 현상도 정확하게 예측할 수 있게 되었으며, 리튬 고체 전해질과 질화 붕소 액체상의 특성도 재현할 수 있다. ▲ 실시간 대규모 원자 시뮬레이션 AI 모델 개략도 연구에 참여한 유수행 연구교수는 “이번에 개발된 머신러닝 포텐셜은 앞으로 118종의 원소를 제1원리 수준에서 시뮬레이션할 수 있는 범용 기술의 기초가 될 것”이라고 밝혔다. 명창우 성균관대 교수는 “제1원리 계산은 많은 시간과 컴퓨팅 자원이 소요되지만, 범용 머신러닝 포텐셜을 사용하면 계산 시간을 대폭 줄일 수 있어 배터리, 태양전지, LED와 같은 에너지 소재를 더 빠르고 효율적으로 개발할 수 있을 것"이라고 설명했다. 이번 연구는 한국연구재단의 우수신진연구사업, 한국과학기술정보연구원(KISTI), 국가슈퍼컴퓨팅센터의 지원으로 수행되었으며, 연구 결과는 국제 학술지 Physical Chemistry Chemical Physics(PCCP)에 7월 31일 게재되었다. 같은날 명창우 교수는 동 학술지에서 차세대 신진연구자로 선정되었다. ※ 논문명: Active sparse Bayesian committee machine potential for isothermal-isobaric molecular dynamics simulations ※ 논문링크: https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/cp/d4cp01801j ※ 저자명: Soohaeng Yoo Willow, Dong Geon Kim, R. Sundheep, Amir Hajibabaei, Kwang S. Kim and Chang Woo Myung
2024-10-02
정치외교학과 윤비 교수, 아테네의 이집트 원정과 대전략을 재조명한 연구 발표 정치외교학과 윤비 교수가 고대 그리스 정치사의 기존 해석을 뒤집는 관점을 제시하는 논문을 발표했다. 윤 교수의 이번 논문은 동 저널 최신 아티클 분야에서 가장 많이 읽은 논문으로 수주째 1위를 달리고 있다. 이 논문에서 윤 교수는 아테네가 동부 지중해에서 패권을 확립하려 했던 이집트 원정의 실패가, 그들의 대전략에 어떻게 결정적 전환점을 가져왔는지 설명하고 있으며 하버드대 그레이엄 앨리슨 교수의 투키디데스 함정론에 대한 결정적인 반박이라는 평가를 받고 있다. 이 논문은 아테네가 스파르타와의 경쟁보다는 동부 지중해에서의 영향력 확대를 목표로 삼았으며, 이집트 원정 실패 후 아테네가 헬라스 내부에서 새로운 전략을 채택하게 된 과정을 분석한다. 윤 교수는 이를 통해 전쟁이 단순히 불가피한 결과가 아니라, 정치적 선택과 외부 요인에 의해 조정될 수 있었음을 강조한다. 특히, 그동안 펠로폰네소스 전쟁의 필연성을 주장해 온 역사적 해석에 대한 비판적 검토를 통해, 아테네와 스파르타 사이의 충돌이 불가피한 것이 아니었음을 입증한다. 윤 교수는 "이집트 원정의 실패가 아테네의 대전략을 재정립하고, 결국 헬라스 내에서의 권력 다툼을 촉발시켰다"며, 이 사건이 전쟁으로 이어진 복잡한 과정을 밝힌다. 이 연구는 고대 그리스 역사 및 국제 관계에 관심이 있는 학자들에게 새로운 시각을 제공하며, 펠로폰네소스 전쟁의 원인에 대한 논쟁에 중요한 기여를 할 것이라는 평가를 받고있다. 논문은 지난 2024년 3월 The International History Review에 온라인으로 출간된 이래 현재까지 1,100 조회수를 기록하고 있으며 오픈 액세스가 아님에도 오픈 액세스로 출간된 다른 논문들을 큰 격차로 제치고 가장 많은 뷰를 기록하고 있다. ※ 논문명: Was the Peloponnesian War Inevitable? Athens’ Campaign to Egypt (460-454 BCE) and the Evolution of its Grand Strategy(펠로폰네소스 전쟁은 불가피했는가? 아테네의 이집트 원정(기원전 460-454년)과 대전략의 진화) ※ 저널: The International History Review ※ 논문링크: https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/07075332.2024.2319181
2024-09-26
건설환경공학부 이제찬 교수, ‘이산화탄소 줄이기 위한 새로운 나노소재’ 논문 발표 - 이산화탄소 포집과 활용을 위한 나노실리카(DFNS) 소재 활용 전략 제시 - 화학 분야 최상위 학술지 ‘케미컬 소사이어티 리뷰’에 논문 게재 건설환경공학부 이제찬 교수 연구팀이 기후변화 문제 해결을 위한 새로운 나노 기술을 개발했다고 19일 전했다. 연구팀은 이산화탄소를 효과적으로 포집하고 이를 다양한 고부가가치 화합물로 전환할 수 있는 ‘수지형 섬유상 나노실리카(DFNS)’라는 나노소재를 이용한 연구 성과를 발표했다. 이번 연구는 탄소 배출 문제 해결과 더불어 지속 가능한 에너지원 확보에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 이번 연구에서 제시된 DFNS는 독특한 원뿔형 열린 기공 구조를 가지며, 이산화탄소 포집, 전환 시 표면적 및 기공 부피 감소를 최소화할 수 있다. 또한, DFNS는 합성조건을 변경하여 표면적과 기공 부피 등 질감 특성을 목적에 맞게 제어가 가능해 여러 CCUS(탄소 포집·활용·수집) 반응 중 원하는 반응에 최적화된 특성을 가지도록 조절이 용이하다. 이런 특성으로 인해 DFNS 소재는 이산화탄소 포집제, 이산화탄소의 고부가가치 화합물로의 전환반응 촉매 등 다양한 CCUS 분야에 응용이 가능하며, 특히 높은 효율성과 안정성, 스케일업의 상대적 용이성 등 향후 산업적으로 확대 적용될 경우 기후변화에 대응하는 핵심 기술로 자리 잡을 수 있을 뿐만 아니라, 지속 가능한 에너지 자원 생산에도 크게 기여할 수 있을 것으로 보인다. 이번 연구는 영국왕립화학회(Royal Society of Chemistry)에서 발간하는 세계적으로 권위 있는 학술지 Chemical Society Reviews에 게재되었다. 이 저널은 화학 분야 최상위 저널 중 하나로 영향력 지수(2023 Impact Factor) 40.4를 기록하며, 전 세계 화학 저널 중 상위 0.7%에 속할 만큼 영향력이 크다. 이제찬 교수는 “DFNS 기반의 CCUS 기술은 기존 CCUS 기술의 한계를 극복할 수 있는 높은 가능성을 보여주었으나, 아직 개선해야 할 점도 분명히 존재한다”며 “지속적이고 체계적인 연구를 통해 이 기술이 다양한 산업에 적용되어 지속 가능한 발전을 이루는 데 기여하기를 바란다”고 말했다. 연구팀은 본 논문에 발표한 결과를 기반으로 앞으로도 DFNS 소재를 활용한 CCUS 기술 개발을 지속하며 이를 다양한 분야에 확장·적용할 수 있도록 후속 연구를 진행할 계획이다.
2024-09-19
SAINT 안성필 교수 연구팀, 기존 배터리의 2배 성능을 지닌 고에너지·고출력 리튬이온 배터리 개발 - 유연한 3차원 퍼콜레이티브 금속 구조를 통해 배터리 성능 획기적 향상 - 세계적 학술지 어드밴스드 머티리얼즈에 논문 게재 성균나노과학기술원(SAINT)의 안성필 교수 연구팀이 고에너지 밀도(208Wh/kg)와 고출력 밀도(1,048W/kg)를 가진 유연한 리튬이온 배터리를 개발했다고 11일 발표했다. 이번 연구는 3차원 금속 구조를 사용하여 기존 배터리의 성능을 크게 향상하였다. 기존의 리튬이온 배터리는 외부 충격이나 변형에 취약하여 폭발 위험이 따르고, 이러한 안전성 문제가 늘 해결 과제로 남아 있었다. 또한, 전통적인 배터리 제조 방식(슬롯 다이(Slot die) 공정)은 평평한 전극 구조에 전극 소재를 코팅하는 방식으로, 유연성이 떨어지고 배터리 성능이 제한되는 문제를 가지고 있었다. 특히, 전극이 두껍게 코팅되면서 전기화학적 성능이 떨어질 수 있으며, 물리적 변형 시 배터리 성능이 저하되거나 단락(쇼트)이 발생할 위험이 있다. 안 교수 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 전기방사(electrospinning)와 전기도금(electroplating) 기술을 활용하여 3차원 퍼콜레이티브 금속 마이크로 웹 기반의 초경량 배터리 전극을 개발했다. 또한, 새로운 코팅 방식인 정전기 스프레이 기술(electrostatic spraying)을 도입해 3차원 구조에서도 전극이 잘 코팅되도록 했다. 이렇게 만들어진 3차원 전극은 기존의 2차원 전극에 비해 무게가 4배 이상 가벼워졌으며, 반복적인 변형에도 전기적 특성이 거의 변하지 않는 높은 내구성을 보여주었다. 또한, 3차원 구조 덕분에 전극과 전해질의 접촉 면적이 크게 증가해 리튬이온의 이동성과 전자의 이동 속도가 각각 6배, 4배 이상 향상되었다. ▲ 3차원 퍼콜레이티브 금속 마이크로웹 기반 고에너지 및 고출력 밀도의 플렉서블 리튬이온 배터리의 제조 공정과 본 개발된 전극의 초경량성 및 기계적 특성 이번 연구를 통해 개발된 배터리는 기존 상용 배터리보다 2배 이상 뛰어난 성능을 자랑하며, 특히 웨어러블 전자기기와 같은 차세대 기기에 적합한 에너지 솔루션으로 주목받고 있다. 배터리는 굽히거나 잘라도 안정적인 성능을 유지하여, 안전성 또한 크게 향상되었다. ▲ 3차원 전극 구조의 Half-cell 성능 결과와 리튬이온확산 및 전자이동도 등의 전기화학적 및 시뮬레이션 안성필 교수의 이번 연구는 차세대 유연한 전자기기에 필수적인 배터리 기술을 크게 발전시킨 성과로, 기존 배터리 기술의 한계를 극복하는 중요한 계기가 될 것으로 기대된다. 이 연구는 과학기술정보통신부의 연구 지원을 받아 수행되었으며, 세계적인 학술지 어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)에 게재되었다. ▲ 3차원 전극 구조의 full-cell 성능 및 고분자 젤 전해질 기반 전고체 플렉서블 리튬이온배터리 성능 ※ 논문명: Percolative Metal Microweb-Based Flexible Lithium-Ion Battery with Fast Charging and High Energy Density ※ 저널: Advanced Materials ※ DOI: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202407719
2024-09-11
약학과 신주영 교수 연구팀, 대사이상 지방간질환 환자 대상 SGLT2 억제제의 효과 연구 발표 - SGLT2 억제제, Thiazolidinedione 대비 주요 간 질환 예방에 효과적 - 의학분야 권위 학술지 Gut에 연구 결과 게재 ▲ (왼쪽부터) 약학과 신주영 교수, 배성호 박사, 고화연 박사과정생 약학과 신주영 교수 연구팀이 대사이상 지방간질환(Metabolic dysfunction-associated steatotic liver disease, MASLD) 환자에서 SGLT2 억제제의 효과를 Thiazolidinedione 및 GLP-1 수용체 작용제와 비교한 연구 결과를 발표했다. 연구팀은 국민건강보험공단의 빅데이터를 활용해 40세 이상의 MASLD 환자들을 대상으로 2014년부터 2022년까지의 처방 기록을 분석했다. 이 연구 결과는 의학 분야에서 권위 있는 학술지 Gut(IF:23.0, JCI Ranking 상위 2.4%)에 9월 6일 온라인 게재되었다. MASLD는 지방간과 관련된 대사 이상으로 인해 발생하는 질환으로, 전 세계적으로 그 발병률이 급증하고 있다. 특히 제2형 당뇨병 환자의 약 60%가 MASLD를 앓고 있을 정도로 유병률이 높다. 이 질환은 초기에는 특별한 증상이 없어 치료 시기를 놓치기 쉽고, 병이 진행되면 간경변, 간부전 등 심각한 간 질환으로 이어질 수 있기 때문에 조기 치료와 예방이 중요하다. 하지만 지금까지 MASLD 환자에서 간질환 사건을 예방할 수 있는 혈당강하제에 대한 연구는 충분하지 않았다. 이번 연구에서는 SGLT2 억제제와 GLP-1 수용체 작용제, 그리고 Thiazolidinedione 계열, 세 가지 혈당강하제의 효과를 비교했다. 연구 결과, SGLT2 억제제와 GLP-1 수용체 작용제는 간 질환 예방 효과에서 큰 차이가 없는 것으로 나타났으나, SGLT2 억제제는 Thiazolidinedione보다 간 질환 발생 위험을 23% 낮추는 것으로 확인됐다. 특히 SGLT2 억제제의 효과는 여성과 65세 미만 환자에서 더욱 뚜렷하게 나타났다. ▲ 대사이상 지방간질환 환자에서의 SGLT2 억제제 사용과 주요 간 질환 사건 예방 간의 비교 효과성 연구 결과 신주영 교수는 이번 연구가 MASLD 환자에게 주요 간 질환 예방을 위한 적합한 혈당강하제 선택에 중요한 근거를 제공했다며, 특히 SGLT2 억제제가 Thiazolidinedione 대비 간 질환 예방에 효과적이라는 점이 큰 의미를 가진다고 설명했다. 또한 연구진은 아직 국내에서 사용량이 낮은 최신 GLP-1 수용체 작용제에 대해서도 후속 연구가 필요하다고 강조했다. 신주영 교수 연구팀의 이번 연구는 서울대학교병원 내분비대사내과 배재현 교수, 조영민 교수, 강북삼성병원 장유수 교수, 류승호 교수, 영국 University of Southampton의 Christopher Byrne 교수 연구진과 공동으로 수행되었으며, 국민건강보험공단의 맞춤형 전수자료를 활용하였다. 또한, 환자중심 의료기술 최적화 연구사업단의 지원을 받아 진행됐다. ※ 논문명: Risk of hepatic events associated with use of sodium-glucose cotransporter-2 inhibitors versus glucagon-like peptide-1 receptor agonists, and thiazolidinediones among patients with metabolic dysfunction-associated steatotic liver disease ※ 저널: Gut(IF: 23.0) ※ DOI: doi.org/10.1136/gutjnl-2024-332687
2024-09-10
조새벽 교수 연구팀, 인쇄 가능한 고성능 나노박막 태양전지 분자수준 제어기술 개발 ▲ (왼쪽부터) 화학공학/고분자공학부 조새벽 교수, 권현민 박사과정생, 순일바마 박사과정생 국내 연구진이 광감응성 분자잉크의 나노박막 프린팅을 통해 기존 실리콘 수준의 높은 에너지 변환율을 구현할 수 있는 태양전지 소재를 개발했다. 화학공학/고분자공학부 및 성균에너지과학기술원(SIEST) 조새벽 교수 연구팀은 이 같은 내용을 에너지 소재 기술 분야의 세계적 학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼즈’(IF: 24.4, 상위 3%)에 발표했다. 플라스틱 등 유기소재를 기반으로 하는 유기태양전지(Organic Photovoltaics, OPV) 기술은 차세대 친환경 유비쿼터스 에너지 생산 기술로, 지난 2000년 물리학자 앨런 히거(Prof. Alan J. Heeger)가 해당 분야의 신소재 발견을 통해 노벨 화학상을 수상한 이후 많은 주목을 받아왔다. 유기소재의 특성상 잉크형태로 제조할 수 있어 단순한 프린팅을 통해 저가의 대면적 대량생산이 가능하며, 유연한 기판 위에 인쇄하게 되면 깨지지 않고 유연한 초경량 태양전지를 구현할 수 있는 신기술로서 개발되고 있다. 그러나 이러한 특성들은 필연적으로 소재의 화학적인 복잡성과 높은 무질서도를 동반하며 빛을 전기로 변환하는 과정에서 많은 열 발생을 유도한다는 점이 고질적인 문제점으로 지적되어 왔다. 또한 태양전지로서의 성능이 프린팅 과정의 환경과 조건에 영향을 크게 받아 대량생산의 걸림돌이 되었었다. 조 교수 연구팀은 이러한 높은 열적 에너지 손실의 근본적인 원인이 광감응성 분자잉크에서 발생하는 빛에너지의 흡수 및 변환 과정에서 일어남에 주목하였다. 플라스틱과 같이 기계적으로 유연한 소재는 분자수준(나노미터 이하)에서도 높은 유연성을 가지는데, 이러한 소재가 빛을 흡수하게 되면 분자구조의 변형이 일어나게 된다. 이때 변형의 정도는 열의 전도를 매개하는 열진동자(포논, Phonon)라는 준입자와 유사한 에너지를 가지기 때문에, 분자의 구조적 변화가 커질수록 열진동자가 활발하게 형성된다는 점을 발견하였다. 연구팀은 피코초(10의 12제곱 분의 1초) 수준의 해상도를 가지는 초고속 레이저 분광학 인프라를 기반으로 이러한 전이 및 형성과정을 직접 관찰하였으며, 이들과 분자의 구조 간의 상관관계를 밝혀냈다. 또한 기존의 1차원 형태였던 광감응성 분자를 2차원의 구부러진 사다리 형태(Ladder-type)로 구현하고 이들 내부의 전자 분포를 화학적인 개질을 통해 제어함으로써 기존의 높은 광감응성과 유연성, 인쇄친화성은 그대로 유지하면서도 열진동자의 생성을 억제하는 분자의 설계 방법을 제안하였다. 연구팀이 이렇게 구현한 나노박막 태양전지는 인쇄 조건이나 환경에 의한 영향을 거의 받지 않으며 기존 무기소재 기반의 태양전지만큼 뛰어난 광에너지 전환율(>86%)를 구현할 수 있었다. ▲ 상용 무기소재, 기존 연구 및 본 연구의 에너지 변환율 비교 조새벽 교수는 “본 연구를 통해 기존의 친환경성 및 유연성을 유지한 채 성능을 높인 태양전지용 분자 소재의 설계 원리를 개발했다”며 “향후 범용적인 친환경 에너지 소재의 주요 원천기술이 될 것으로 기대한다”고 밝혔다. ▲ 본 연구에서 사용된 분자의 구조와 열에너지 손실과정 해석 결과 본 연구는 화학공학과 권현민, 순일바마 박사과정생이 제1저자로 참여하였고, 한국연구재단의 우수신진연구사업의 지원으로 수행되었다. ※ 논문명: Molecular Design Motifs of Non-fullerene Acceptors for Mitigating All Inherent Non-Ideal Energy Losses in Organic Photovoltaics ※ 저자정보: 권현민 박사과정생(제1저자), 순일바마 박사과정생(제1저자), 조새벽 교수(교신저자) ※ 저널: Advanced Energy Materials(IF: 24.4) ※ DOI: https://doi.org/10.1002/aenm.202304558
2024-09-05