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효율적인 3D 장면 표현 방법 개발

기계학습 최우수 학술대회 ICLR 2024 Spotlight, 컴퓨터비전 최우수 학술대회 CVPR 2024 Highlight 선정

인공지능학과 박은병, 고종환 교수 · 이주찬 연구원

신소재공학부 윤대호 교수 ·송영현 외 4명 연구원

할라이드 페로브스카이트 나노결정 필름의 안정성 향상 및 이를 통한 고효율 백색 LED 개발 (Nanoscale)

1. 할라이드 페로브스카이트 나노결정 필름의 안정성 향상 및 이를 통한 고효율 백색 LED 개발 (Nanoscale) 최근 디스플레이의 핵심 이슈는 색을 좀더 생생하고 자연의 색과 비슷하게 표현하는 것이다. 색 재현율은 디스플레이에서 적색, 녹색, 청색을 나타내는 발광 소재 각각의 발광 스펙트럼에 따라 결정된다. 발광 스펙트럼의 반치폭 (full width at half maximum, FWHM)이 좁을수록 발광소재의 색순도가 좋고 디스플레이에 적용하였을 때 자연색에 가까운 선명한 이미지를 재현 할 수 있다. 이에 따라서 최근 페로브스카이트 구조를 가지는 나노재료의 발광물질이 차세대 디스플레이 및 조명용 발광재료로 각광을 받고 있다. 이 물질은 20 nm의 좁은 FWHM을 가지며 물질의 조성 변화를 통하여 색을 조절하기 때문에 색 순도가 좋고 낮은 온도에서 물질의 합성이 가능하며 가격이 저렴하기 때문에 페로브스카이트 발광물질을 이용한 연구가 많이 진행되고 있다. 본 연구팀은 차세대 발광 재료인 페로브스카이트 나노물질의 안정성을 향상시켜 고 효율의 백색 LED를 개발하였다. 고 효율 및 고 색순도의 녹색 발광체인 CsPbBr3 페로브스카이트 나노결정을 합성한 후 ethyl cellulose를 사용하여 필름을 제작하였다. 제작된 필름은 발광 파장이 521 nm이고 FWHM이 21 nm인 고 색순도의 녹색을 나타냈으며 37.2%의 내부양자효율을 나타냈다. 또한 PMMA를 사용하여 필름을 제작하였을 때 보다 7.4% 이상 안정성이 확보되었으며 미래의 디스플레이 및 조명에 적용 될 수 있을 것으로 예상된다. InGaN 기반의 청색 칩에 Sr2Si5N8:Eu2+ 적색 형광체와 녹색 페로브스카이트 필름을 사용하여 백색 LED를 구현하였으며 forward-bias current 20 mA일 때 67.93 lm W-1의 높은 발광 효율을 나타내었다. 해당 연구 결과는 재료과학 분야 권위지 Nanoscale 2016년 11월호에 게재되었다. *논문명: Long-term stable stacked CsPbBr3 quantum dot films for highly efficient white light generation in LEDs *연구팀: 윤대호(교신저자, 성균관대 교수), 송영현(제1 공동저자, 성균관대 연구교수), 유진선(제1 공동저자, 성균관대 석사과정), 강봉균(제1 공동저자, 성균관대 박사후연구원), 최승희(제1 공동저자, 성균관대 석박사통합과정), 지은경(공저자, 성균관대 석사과정), 정현석(공동교신저자, 성균관대 교수) 2. Metal Framework (MOF) 기반 고효율의 물분해용 다공성 및 단분산 나노구조 NiO/NiFe2O4 multicomposites (Journal of materials chemistry A) - 물 분해 시 고효율의 산소 발생 전기촉매 개발 최근 화석 연료의 사용으로 인한 환경오염 문제와 화석 에너지 고갈로 인한 에너지 수급에 관련 문제가 전세계적인 이슈로 부상하고 있다. 이를 해결하고자 무공해 에너지와 접목하여 물분해, CO2 변환, 연료전지에 대한 연구가 꾸준히 진행되고 있다. 그 중에서도 전기촉매 및 광촉매 반응을 통하여 물을 분해하여 나오는 청정에너지원인 수소를 화석 연료 대체로 사용하려는 시도가 이루어 지고 있다. 그러나 물 분해를 통한 수소 생산은 (1) 귀금속 촉매를 대체해야 하는 문제, (2) 낮은 lifetime 문제를 해결해야 하는 과제를 가지고 있다. 이를 해결하고자 싼 전이금속 물질 기반으로 화합물을 합성하여 기존의 전기촉매물질을 대체하고 고효율의 전기촉매를 합성 연구가 진행되고 있다. 따라서 본 연구팀은 저 효율의 전이금속 물질의 전기 촉매의 한계를 극복하기 위하여 MOF 기반의 다공성 및 단분산 나노구조의 NiO/NiFe2O4 multicomposites을 이용하여 고효율의 물분해 촉매를 합성하여 산소 발생 촉매로 적용하였다. 전이금속 산화물 촉매제를 사용했던 기존 연구와 달리 다공성 단분산 나노재료의 합성을 통한 반응면적의 증가 및 NiO/NiFe2O4 multicomposites 나노 구조제어를 통한 반응 부위가 증가를 통하여 안정성이 확보된 고효율의 전이금속 산화물 전기촉매를 개발하는데 성공하였다. 본 연구 결과는 국제적 권위의 학술지인 Journal of materials chemistry A 2월 28일자에 게재되었다. *논문명 : Mesoporous Ni–Fe oxide multi-composite hollow nanocages for efficient electrocatalytic water oxidation reaction *연구팀 : 윤대호(교신저자, 성균관대 교수), 강봉균 (제1 공동저자, 성균관대 박사후연구원), 우무현(제1 공동저자, 성균관대 석사과정), 이주영(공저자, 성균관대 박사과정), 송영현(공저자, 세종대학교 교수), Z. Wang(공저자, National Institute for Materials Science (NIMS) 연구원), Y. Guo (공저자, National Institute for Materials Science (NIMS) 연구원), Y. Yamauchi(공저자, University of Wollongong 교수), 김정호(공저자, University of Wollongong 교수), 임병권(공저자, 성균관대 교수)
- No. 33
- 2018-07-03
- 4523
경제학과 조준모 교수

왜 학업성과가 우수한 학생들은 담당교수의 강의를 높게 평가하는가?

1. 왜 학업성과가 우수한 학생들은 담당교수의 강의를 높게 평가하는가? (Economics of Education Review, vol. 49, 2015) 이 연구는 대학의 강의실에서 학생들의 강의평가 패턴을 분석하였다. 학업성과가 우수한 학생들이 담당교수들의 강의평가를 높게 평가하는 것은 학업성과가 높은 학생들이 실제 교육생산성이 높아 강의평가를 높게 평가할 수도있고(productivity hypothesis) 학생들의 높은 성적을 준 담당교수에 대한 심리적 보상과 페널티 부여에 의한 편의(bias hypothesis)의 결과일 수 있다는 것은 관련 연구에서 이론적으로, 직관적으로 지적되어왔다. 학생들은 자신의 (기대)학점이 높을수록 담당교수님에 대해 높은 강의평가를, 낮을수록 낮은 강의평가를 주는 일종의 심리적 거래를 한다는 것이다. 그러나 전세계 대부분의 대학에서 강의평가를 먼저 해야 자신의 성적을 확인할 수 있는 강의평가 시스템을 가지고 있는 구조에서 적절한 표본이 부재하여 실증분석을 하는 것은 불가능하였다. 보다 구체적으로 학생들이 그 과목에서 성적을 모르고 강의평가를 하는 집단과 학생들이 성적을 알고 강의 평가를 하는 집단을 무작위로 구성하여 양집단을 비교실증분석 해야 위의 가설들을 검증할 수 있는데 실제로 이러한 무작위표본이 존재하지 않기 때문에 가설검증이 불가능하였다. 몇몇 단과대학에서 발생한 컴퓨터 시스템 오류(natural experiments)로 일시적으로 성적을 알고 강의평가에 임한 집단이 발생하여 동시시점에 성적을 모르고 강의평가를 한 집단과 비교분석하여 위의 productivity hypothesis와 bias hypothesis 모두 옳지만 무작위표본이 아닌 표본을 사용한 실증분석에서 계측한 편의의 크기는 과장되었음을 지적하였다. 이외에 다양한 실증분석 결과에 기초하여 강의평가의 편의오차를 줄이기 위한 교육제도 개선방향을 제언하였다. 이 논문과 연관되어 후속연구로 학생들의 강의평가 패턴이 졸업 후 취업에 어떠한 영향을 미치는지도 실증분석 하였다. 이 결과 재학중 강의평가의 모든 항목을 동일하게 평가점수를 매긴(일자평가; vertical evaluation) 빈도수가 높은 졸업생일수록 학생들이 졸업 후 조기취업 확률은 반감함을 확인할 수 있었다. 이는 기업들이 책임성, 성실성 등 인사관리상의 Big 5 인성과 연관되어 일자평가 습관은 취업시장에서 신호되지는 않지만 채용과정에서 부정적인 영향을 미치고 있음을 실증적으로 확인하였다. 이와 연관되어 강의평가를 항목에 충실하여 성실하게 답변하도록 유도하고 일자 강의평가표본를 유효표본에 포함여부에 대해 토의하였다. 2. MERS(Middle East Respiratory Syndrome epidemic)가 한국 노동시장에 미친 영향분석 한국에서 호흡기 질환은 MERS가 유행할 당시 한국의 노동시장에는 어떠한 영향을 미쳤는지에 대한 실증분석 결과가 부재하였다. 본 연구는 연령대별로 노동시장에서 취업상태(실업여부, 근로시간 등)을 분석하였다. 예상과 같이 MERS는 건강상 면역성이 약한 고연령층의 노동시장 상태에 큰 피해를 미쳤고 이는 고연령층 근로가 집중분포하는 자영업, 서비스업종에 큰 피해로부터 유발되었음을 알 수 있었다. 한가지 흥미로운 사실은 건강상 면역성이 상대적으로 강한 청년층이 비정규직, 인턴 등으로 일하거나 고연령층과 같이 종사하는 빈도수가 많아 노동시장 차순위 피해자임을 확인하였다. 즉 노동시장에서 연령대별 피해가 청년층과 고연령층에 집중되는 U자 형태임을 알 수 있었다. 이는 보건의학상 피해가 고연령층에 집중되었고 정책 또한 이들 연령층에 집중화되었지만 일반균형 노동시장 구조상 MERS의 피해는 건강과 상관없는 청년층 또한 피해를 보았고 이들은 정책의 시각지대에 놓일 가능성을 지적하였다.
- No. 32
- 2018-07-03
- 2727
성균나노과학기술원 조정호 교수

웨어러블 전자 기기에 관한 활발한 연구를 통해 우수한 성과 도출

1. 다양한 자극을 감지하는 유연 전자피부 (Stretchable and Multimodal All Graphene Electronic Skin) 본 연구팀은 그래핀을 이용해 투명 하면서도 피부에 밀착이 가능한 다기능 전자 피부 (e-skin) 매트릭스를 개발 하였다. E-skin은 화학적 기상 증착법 (CVD)을 통해 제조된 그래핀을 전극으로 사용하고, 화학적으로 박리된 산화 그래핀을 습도 센서, 환원된 산화 그래핀을 온도 센서로 사용하여 제작 하였다. 기존의 복잡한 제작과정의 연구들과 달리 간단한 적층 방식과 스프레이 코팅 방식을 사용하여 제작 과정을 간소화 하였고, 각각의 센서가 해당되는 자극에만 반응할 수 있는 구조를 통해 다양한 자극에 독립적으로 감응할 수 있도록 제작 하였다. 또한, 매트릭스 방식의 소자를 통해 정확한 자극의 위치를 특정할 수 있다. 이번 연구결과는 기존의 복잡한 방식을 이용하지 않는 손쉬운 제작 방식과 적층 방식을 통해 높은 확장성을 가지는 e-skin을 제안하고, 다양한 형태의 그래핀 활용을 보여줌으로써 산업적 측면에서의 그래핀 사용을 가속화할 것으로 기대된다. 본 연구 결과는 공정의 간편함과 성능을 인정받아 재료과학 분야 권위지 Advanced Materials (IF 18.960) 2016년 4월호에 게재되었다. 원문 주소 : http://onlinelibrary.wiley.com/wol1/doi/10.1002/adma.201505739/full 2. 반데르 발스 이종접합 구조를 이용한 저전압 구동용 이온젤 기반 스위칭 소자 (Low-Voltage Complementary Electronics from Ion-Gel-Gated Vertical Van der Waals Heterostructures) 본 연구팀은 이차원 그래핀 소재와 전이금속 디칼코게나이드의 이종 접합을 통해 형성된 쇼트키 장벽을 높은 전하용량을 가지는 이온젤 (ion gel)을 이용해 제어하는 수직형 쇼트키 장벽 트랜지스터를 개발 하였다. 그래핀을 소스 전극 소재로, 극박막의 다층 MoS2를 반도체 소재로, 이온젤을 게이트 절연 소재로 사용해 소자를 구성 하였다. 이온젤 게이팅에 의해 그래핀-MoS2 계면에서 형성된 쇼트키 장벽을 2 V 미안의 낮은 전압에서 0.43 eV까지 변화 시켰으며, 이를 통해 점멸비, 전류 밀도 등에서 기존의 실리콘 산화물 기반의 소자 구동에 비해 우수한 소자를 구현하였다. 수직형 소자 구조를 응용해 이차원 p형 소재인 WSe2를 이용한 트랜지스터를 제작 하였고, n형 소자와의 연결을 통해 고성능 CMOS 인버터를 구현하였다. 본 연구 결과는 그 우수성을 인정받아 재료과학 분야 권위지 Advanced Materials (IF 18.960) 2016년 5월호에 게재되었다. 원문 주소 : http://onlinelibrary.wiley.com/wol1/doi/10.1002/adma.201506450/full 3. 하부 도핑을 이용한 수직형 유기 쇼트키 장벽 트랜지스터 (An Organic Vertical Field-Effect Transistor with Underside-Doped Graphene Electrodes) 본 연구팀은 수직형 유기 쇼트키 장벽 (Schottky barrier) 트랜지스터의 소스 전극으로 사용되는 그래핀의 하부 도핑을 통해, 쇼트키 장벽의 변화를 극대화 하는 새로운 기술을 제안 하였다. 단일 원자층 그래핀 전극에 기존의 방식이 아닌, 전사 과정 중에 하부 도핑 방식을 이용 하였으며, 이를 통해 그래핀의 표면 특성에 변화를 주지 않는 도핑을 유도하였다. 페르미 준위가 제어된 그래핀에 p형과 n형의 유기 반도체 소재를 적층 시켜 수직형 쇼트키 장벽 트랜지스터를 제작 하였으며, 그래핀의 도핑 종류와 정도에 따른 소자 성능의 변화를 체계적으로 분석하였다. 또한 하부 도핑 방식을 통해 제작된 유기 p형 및 n형 트랜지스터 소자의 연결을 통해 고성능 CMOS 인버터를 구현하였다. 해당 연구는 그 우수성을 인정받아 재료과학 분야 권위지 Advanced Materials (IF 18.960) 2016년 6월호에 게재되었다. 원문 주소 : http://onlinelibrary.wiley.com/wol1/doi/10.1002/adma.201505378/full 4. 광학적 색 선택도를 가진 유기염료-그래핀 하이브르드 광 검출 소자 (Organic Dye Graphene Hybrid Structures with Spectral Color Selectivity) 본 연구팀은 그래핀과 유기 염료 분자로 이루어진 하이브리드 구조체의 광학적 특성을 이용하여, 특정 파장에 민감하게 반응하는 광검출 소자를 개발 하였다. 그래핀 표면에 적, 녹, 청색을 선택적으로 흡수하는 로다민 기반의 유기 염료를 딥코팅 방식으로 코팅 하였으며, 그래핀-염료 하이브리드 구조체는 염료의 종류에 따라 가시광 영역의 특정 파장의 빛을 선택적으로 검출 하였다. 개발된 광검출 소자의 광 감응 특성은 그래핀과 염료 사이에 형성된 극성 모멘트 차이와 물리적 거리에 영향을 받음을 입증 하였다. 그래핀-유기 염료라는 간단하지만 독창적인 하이브리드 구조체는 그래핀 뿐만 아니라 다양한 이차원 나노소재에 적용될 수 있을 것으로 예상되고, 잠재적으로 미래의 광전자 소자 분야의 발전에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 이를 인정받아 재료과학 분야 권위지 Advanced Functional Materials (IF 11.382) 2016년 7월호에 게재되었다. 원문 주소 : http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201601200/full 5. 마찰전기 나노발전소자를 위한 은 나노와이어 구조체 (Mechanically Robust Silver Nanowires Network for Triboelectric Nanogenerators) 연구팀은 차세대 투명전극 소재로 각광을 받고 있는 은 나노와이어 (silver nanowire) 전극 소재를 이용한 휘어지고 늘어나는 마찰전기 나노발전소자를 개발 하였다. 자외선에 경화되는 SU-8과 열에 경화되는 PDMS 고분자를 이용한 구조체를 활용해, 우수한 전도성과 기계적 강도를 가지는 투명전극을 개발 하였다. 또한 은 나노와이어 농도 조절을 통해 발전소자의 각 접촉면에 유도되는 전하밀도 양을 체계적으로 제어 하였다. 본 연구를 통해, 유연하고 신축성 있는 투명한 차세대 마찰전기 나노발전소자를 개발할 수 있을 것으로 전망된다. 기존의 경화성 소재와 은 나노와이어를 응용하는 새로운 방식을 개발한 것을 인정받아 재료과학 분야 권위지 Advanced Functional Materials (IF 11.382) 2016년 9월호에 게재되었다. 원문 주소 : http://onlinelibrary.wiley.com/wol1/doi/10.1002/adfm.201603199/full 6. 이황화몰리브덴 기반 비휘발성 광전자 메모리 소자 (Multibit MoS2 Photoelectronic Memory with Ultrahigh Sensitivity) 본 연구팀은 우수한 전기적, 광학적 특성을 가지는 단일 원자층 이황화몰리브데늄 (MoS2) 트랜지스터에 금 나노입자와 수 나노미터 두께의 고분자 절연체를 도입함으로써, 터널링을 통해 전하의 트랩을 유도하는 나노 플로팅게이트 (nano-floating-gate) 트랜지스터 메모리 소자를 개발하였다. 해당 소자는 기존의 전계효과 뿐만 아니라 광학적인 자극에 의해서도 전하를 수집 및 방출하여 메모리 효과를 보였으며, 빛의 세기에 따라 4개 이상의 안정된 저장 상태를 구현할 수 있었다. 본 연구에서 MoS2 채널에 입사된 빛을 이용한 신호 저장 방식은 향후 광원 만을 이용한 전자 회로, 안정적인 정보 저장 기술의 확보 및 양자 정보 처리 기술 등에 응용될 수 있어 그 활용 가치가 뛰어나다고 볼 수 있다. 해당 연구는 그 우수성을 인정받아 재료과학 분야 권위지 Advanced Materials (IF 18.960) 2016년 11월호에 게재되었다. 원문 주소 : http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201603571/full 7. 압전 퍼텐셜을 통한 프로그래밍이 가능한 다중레벨 메모리 소자 (Piezopotential-Programmed Multilevel Nonvolatile Memory As Triggered by Mechanical Stimuli) 본 연구팀은 이온젤 기반 전계효과 트랜지스터 (FET)와 압전 나노발전소자 (NG)를 결합해 압전 퍼텐셜을 입력 신호로 사용하는 다중 레벨 비휘발성 메모리 소자를 개발 하였다. 기존 FET에서 게이트 전극에 가해지는 전압을 NG에서 생성된 압전 퍼텐셜로 대체함으로써, 외부에서 가해지는 물리적 변형에 따른 메모리 정보 저장을 수행 하였으며 NG의 상부 전극의 접지를 통해 저장된 정보의 삭제를 수행 하였다. 또한, NG에 가해진 외부 변형 정도의 제어를 통해 다중레벨 정보 저장을 구현 하였다. 본 연구를 통해 개발된 메모리 소자는 저장 상태와 삭제 상태의 전류 차이가 103배, 4개 이상의 다중 레벨, 100회 이상의 안정적 구동 성능을 보였다. 본 연구 성과는 전자 피부나 휴먼-로봇 인터페이스에서 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. 이번 연구결과는 센싱 방식의 참신함과 우수한 성능을 인정받아 나노재료 분야 권위지 ACS Nano (IF 13.334) 2016년 12월호에 게재되었다. 원문 주소 : http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.6b05895
- No. 31
- 2018-07-03
- 4285
화학공학/고분자공학부 박호석 교수 ·홍진용 연구원

에너지저장용 신소재 및 기능성 소자 개발 기여 40세 미만 연구자 중 공학계열 논문 피인용 3위

공과대학 화학공학/고분자공학부 박호석 교수는 이머징마켓으로 떠오르고 있는 전기자동차 (EV), 에너지저장시스템 (ESS), 신재생에너지의 핵심기술이라 할 수 있는 에너지저장 분야에 적용될 수 있는 다공성 탄소소재, 그래핀, 2차원 나노소재와 같은 신소재를 개발하였다. 또한, 이를 활용하여서 초고용량 슈퍼커패시터, 플렉서블 전지와 같은 다양한 기능성 에너지소자를 구현하였다. 관련 분야에 지난 5년간 70여편의 SCI 논문을 발표하였고, 최근에는 [2016년 중앙일보 대학평가]에서 40세 미만 연구자 중 공학계열 논문 피인용 3위에 선정되었다. 웨어러블 소자용 유연 투명 전극 개발 최근 소비자의 다양한 요구에 맞춰 자유롭게 형태 변형이 가능하고, 기계적 응력이 가해지는 환경에서도 고성능을 발현할 수 있는 가벼우면서도 휴대가 가능한 에너지저장 시스템이 차세대 웨어러블 전자 산업에서 가장 큰 기술적인 걸림돌이 되고 있다. 박호석 교수는 전기화학적∙열적∙기계적 내구성이 우수한 그래핀 전극을 이용해서 플렉서블 슈퍼커패시터를 구현하였다 (ACS Nano, 2015, 9 (8), pp 8569–8577). 하지만, 웨어러블 시스템에서 발생하는 다양한 형태의 응력에서도 성능을 유지하기 위해서는 어떠한 방향에 대해서도 전기적 특성을 유지할 수 있는 신축성 전극이 필요하다. 이러한 기술적 장벽을 극복하기 위해서, 저가의 프레넬 렌즈를 이용해서 저가 공정을 통해서 파문형(wavy) 패턴을 가진 그래핀 기반 신축성 투명 전극을 개발하였다. 휘어짐∙접힘∙신장과 같은 다양한 응력 하에서도 방향성에 무관하게 높은 전기전도도와 투명도를 유지할 수 있었고, 이를 시뮬레이션을 통해서 응력에 따른 파문형 전극 구조 변화를 해석하였다. 향후에는 신축성 그래핀 전극을 이용해서 웨어러블 배터리와 같은 가변형 에너지저장소자에 적용할 예정이다. 이번 연구 결과는 나노분야의 세계적 권위의 학술지 ‘ACS Nano’ 에 게재되었고, 창의형융합사업(CAP) 지원하에 수행되었다. *논문명: Omnidirectionally Stretchable and Transparent Graphene Electrodes *연구팀: 박호석(교신저자, 성균관대학교 교수), Jing Kong(교신저자, MIT 교수), 홍진용(제1 공동저자, 현재 한국화학연구원), 박경진(공저자, 경희대학교 석사과정), 최덕현(공저자, 경희대학교 교수) ACS Nano, 2016, 10 (10), pp 9446–9455. http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.6b04493
- No. 30
- 2018-07-03
- 3485
에너지과학과 김성웅 교수

Discovery of new magnetic electride materials

1. 연구배경 전자화물(electride)은 전자가 물질 내의 독립적인 공간에 음이온의 형태로 존재하고 있는 격자간 전자(interstitial electron)로 이루어진 새로운 개념의 재료로서, 다양한 분야로의 응용이 기대되는 차세대 물질로 알려져 있다. 하지만, 실제로 지금까지 발견되어 실제 합성된 전자화물 소재는 10여개 내외이며, 계산과학을 통해 예측된 재료가 합성되거나, 자성 등의 물성을 나타내는 전자화물이 발견된 예는 전무하였다. 더불어 격자간 전자만에 의한 자성물성 발현 메커니즘에 대한 예측 역시 전무하였다. 2. 연구내용 연구팀은 글로벌 구조 최적화 알고리즘을 이용하여 실험으로 합성이 가능한 새로운 2차원 전자화물을 찾아내었다. 슈퍼컴퓨터를 활용한 초고속, 대량 계산을 통해서, 단지 원소 조합만을 입력한 상태에서 가능한 수만 가지의 물질들을 찾아내고, 그 중에서 2차원의 전자화물이 되는 6개의 물질을 단시간 내에 규명해내었다. 찾아낸 물질들의 열역학적인 특성들을 다양한 전자 계산법을 통하여 규명하였고, 찾아낸 신규 물질들이 실험적으로, 특히 상온에서 안정한 물질임을 보였다. 연구팀은 새롭게 발견한 Y2C 전자화물을 국부용융법(zone melting method)을 통하여, 고순도/고품질의 단결정 소재로 합성하는 데에 성공하였으며, 전자기적 물성 분석을 통하여 세계최초로 자기이방성을 보이는 전자화물임을 발견해 내었다. 밀도범함수이론(density-functional theory)을 통한 재료전산모사를 통하여 Y2C 전자화물의 자기이방성의 근원이 격자간 전자가 정렬된 자석의 역할을 하기 때문이라는 사실을 규명하였다. 3. 기대효과 경험적인 데이터베이스에 기반한 기존 소재 연구 방법론을 탈피하여, 데이터 마이닝(Data Mining) 기반의 컴퓨팅 기술로 신규 소재를 도출하고, 그러한 소재의 물성을 고도화/정밀화 시키는 신개념 소재 연구 방법론을 통해 일궈낸 결과로서의 차세대 미래 신소재를 개발하는 연구 패러다임을 제시하였다. 지구상에 매장량이 희귀한 고가의 희토류 원소가 필수였던 기존의 자기 소재 조성을 탈피할 수 있는, 새로운 자성소재 구현의 가능성을 제시함으로써 미래 신규 소재 시장을 개척할 수 있는 기반 소재 기술로의 활용이 기대된다. 미개척 분야인 전자화물 소재의 지속적인 확보를 통한 미래 소재산업 육성 및 소재강국 실현의 기반이 될 것으로 기대된다. 용어 설명 1. Journal of the American Chemical Society (JACS)지 화학분야의 최고 권위 기관인 미국화학학회(American Chemical Society)의 학술 논문지이다. 화학 분야에 대한 전반부를 다루며, 1879년에 창간된 오랜 역사와 인용지수 13.038의 최고 권위를 인정받고 있는 국제학술지이다. 2. 전자화물 전자가 물질을 이루는 원자의 궤도에 속해있는 기존 재료와는 달리, 재료 내의 독립적인 공간에 전자가 음이온의 형태로 존재하고 있는 신개념의 재료로, 1983년 처음 존재가 발견된 후로 현재까지 10여종 밖에 실재로 합성된 소재가 보고되지 못하고 있다. 3. 데이터 마이닝 대규모로 저장된 데이터 안에서 체계적이고 자동적으로 통계적 규칙이나 패턴을 찾아내는 것. 4. 국부용융법 고순도, 고품질의 단결정을 성장시키는 공정법으로, 소재의 국부 영역만을 선택적으로 2000도 이상의 고온에서 녹인 후 결정화 시키는 공정법. 5. 밀도범함수이론 물질, 분자 내부에 전자가 들어있는 모양과 그 에너지를 양자 역학으로 계산하기 위한 이론의 하나. 이를 통해 어떤 분자가 세상에 존재할 수 있는지 없는지의 여부, 특정 분자의 모양과 성질 등을 예측할 수 있다. 컴퓨터를 사용하는 과학 계산들 중에서 가장 널리 쓰이는 양자 역학 계산 분야 중 하나이다.
- No. 29
- 2018-07-03
- 4386
화학과 윤재숙 교수

구리 촉매를 이용한 α-카이랄 알킬붕소 화합물의 비대칭 합성법 개발

자연과학대학 화학과 윤재숙 교수 연구팀은 이번 연구에서 구리 촉매를 이용한 α-카이랄 알킬붕소 화합물의 효율적 비대칭 합성법 개발에 성공하였다. 카이랄 알킬붕소 화합물은 정밀화학 분야에서 다양하게 이용될 수 있는 매우 유용한 합성 중간체이기 때문에, 2000년대 중반 이후부터 학계 및 산업계로부터 많은 주목을 받아왔다. 최근까지도 해외 유수의 연구 그룹들이 카이랄 알킬붕소 화합물의 합성법 개발에 대한 연구결과들을 발표해오고 있지만, 여전히 많은 한계점들을 보여 왔다. 이번 연구에서는 저렴한 구리 촉매를 이용하여 온화한 조건에서 카이랄 알킬붕소 화합물을 연속반응을 통해 높은 수율과 뛰어난 광학선택성으로 합성할 수 있었다. 뿐만 아니라 개발된 합성법은 원자경제성(atom economy) 측면에서도 매우 효율적이었으며, 기존의 합성법으로는 접근하기 어려운 α-카이랄 알킬붕소 화합물을 효율적으로 합성했다는 점에서 연구 가치가 매우 크다. 또한 α-카이랄 알킬붕소로부터 광학활성 화합물인 (S)-massoialactone을 손 쉽게 합성함으로써 본 합성법의 실질적 유용성이 입증하였다. 탄소-붕소 결합의 다양한 유기적 변환이 가능하여 카이랄 α,β-불포화 δ-락톤과 같은 중요한 생리활성물질의 골격을 가진 의약품들을 합성하는데 있어서 본 합성법은 매우 유용한 합성도구가 될 수 있을 것으로 기대된다. 이 연구에는 한정태 (석박통합과정)과 장원준 (석박통합과정)학생이 제1저자(공동)로 참여하였으며, 연구결과는 화학분야 세계적 권위의 학술지 ‘Journal of the American Chemical Society'에 2016년 11월 23일자 논문으로 게재되었다. 이 연구는 한국연구재단이 추진하는 중견연구자 지원사업 및 기초연구실 지원사업의 지원으로 수행되었다. *논문명: Asymmetric Synthesis of Borylalkanes via Copper-Catalyzed Enantioselective Hydroallylation
- No. 28
- 2018-07-03
- 4130
화학공학/고분자공학부 김동환 교수

발상의 전환, 휴대용 바이오센서를 구상하다 / Solution phase to solid phase biosensors

귀금속 나노입자 (noble metal nanoparticles) 는 국소 표면 플라즈몬 공명 (Localized Surface Plasmon Resonance, LSPR) 으로 인해 독특한 광학적 특성을 띤다. 이러한 국소 표면 플라즈몬 공명을 활용하여 귀금속 나노입자를 바이오센서의 광학적 신호 변환기로 이용할 수 있는데 최근까지 나노입자 기반의 플라즈모닉 센서(plasmonic sensor)의 개발은 주로 용액상의 나노입자를 중심으로 연구가 진행되어왔다. 따라서 나노입자 기반의 플라즈모닉 센서를 기판에 부착하여 센서이용의 편리성 도모의 필요성이 제기되어왔다. 한편, 브러쉬 형태의 고분자 표면은 부식방지, 비특이적 흡착 방지, 유동성 등 다양한 특성으로 인해 많은 관심을 받아왔고, 이러한 특성 때문에 최근에 귀금속 나노입자를 고정시키기 위한 매트릭스로 이용하는 연구가 진행되고 있다. 따라서 나노입자-고분자 복합체는 촉매, 광전자학, 약물전달 및 생화학적 센싱과 같은 분야에서 폭넓게 사용되어지며, 최근 플라즈모닉 센싱에 귀금속 나노입자-고분자 복합체의 사용이 관심을 받아오고 있다. 귀금속 나노입자의 제조방법이 확립되면서 상당수의 플라즈모닉 센싱 디바이스가 개발되고 있는 이 시점에서 본 리뷰는 현재까지의 연구개발 내용과 향후 연구의 방향에 대해 논의하였다. 나노입자-고분자 복합체의 합성과 응용에 대한 전반적인 몇몇의 리뷰가 있지만, 플라즈모닉 센싱을 위한 고체 기판 위에 귀금속 나노입자-고분자 복합체를 제조에 대한 리뷰가 없어서 본 리뷰는 해당 분야에 새롭게 연구를 시작하는 연구자에게 최신 기술에 대한 심도 깊은 이해를 제공할 수 있을 것으로 기대된다. 고체 기판 위에 나노입자-고분자 복합체의 제조를 하는 연구의 가장 큰 이점은 실용적인 면에서 간편한 사용이라고 할 수 있다. 유사한 복합체 제조가 실리콘, 유리, 종이, 고분자 등 다양한 기판이 사용될 수 있으며, 이는 센서의 상용화에 큰 기여를 할 것으로 기대된다. 본 리뷰는 나노입자를 고분자에 조립(assemble)하는 기술들의 소개로 시작하며, 나노입자-고분자 복합체의 이론적 연구와 시뮬레이션 연구내용을 포함한다. 마지막 부분은 국소 표면 플라즈몬 공명 (Localized Surface Plasmon Resonance, LSPR) 과 표면 증강 라만산란 (Surface Enhanced Raman Spectroscopy, SERS) 기반의 플라즈모닉 센싱 어플리케이션에 대해 다루고 있다.
- No. 27
- 2018-07-03
- 2909
인터랙션사이언스학과 이대호 교수

사용자 분석에 기반한 OTT 서비스의 성공 전략

방송시청 환경의 변화 초고속 유선 인터넷의 발전은 기존에 TV를 통해서 정해진 시간에 TV를 시청했던 것과는 달리, 서버에 저장된 미디어 콘텐츠를 소비자가 원하는 시간에 시청할 수 있게 해줌으로써 미디어 콘텐츠 소비가 가지고 있던 시간적 제약을 없애주었다. 또한, 스마트폰의 등장은 무선인터넷을 통한 미디어 콘텐츠의 소비를 활성화함으로써 이제는 콘텐츠 소비의 공간적 제약까지도 없어진 상태이다. 이에 따라 케이블방송사, IPTV 사업자, 위성방송사 등 기존 미디어 진영은 이러한 패러다임 변화에 위기감을 느끼고 있는 반면, 넷플릭스, 구글, 애플 등 인터넷 기반으로 콘텐츠를 제공하는 신규 미디어 진영에서는 패러다임 변화를 기회로 인식하고, OTT(over-the-top) 서비스 제공을 통해 자신의 영토를 확장하고 있다. OTT의 정의와 장점 OTT란 인터넷망을 이용하여 셋톱박스를 통해 TV에서 구현되는 인터넷 동영상 서비스를 말하는데, 최근에는 더 넓은 의미에서 셋톱박스가 있고 없음을 떠나 인터넷 기반의 동영상 서비스 모두를 포괄하는 의미로 사용되고 있다. OTT 시장의 경쟁이 심화됨에 따라 점차 상품 및 서비스 가격이 인하될 가능성이 높아, 코드커팅(cord-cutting) 이나 코드쉐이빙(cord-shaving) 등을 통해 유료방송 시장으로부터 유입되는 이용자가 많아질 것으로 예상되고 있다. 따라서 다양한 사업자들이 변화하는 환경 속에서 OTT 산업을 선점하기 위해서 시장에 진입하고 있는 상황이다. 다양한 사업자들의 OTT 산업 진출과 사업자 별 특성 및 강점 OTT 서비스 산업의 겨우 하나의 수직 결합된 구조를 가지는 전통적인 방송 산업구조와는 달리, 다수의 콘텐츠, 다수의 플랫폼(Web sites, smartphone apps, SNS 등), 다수의 단말기 간의 다양한 조합이 가능한 구조이기 때문에 다양한 사업자들의 참여가 가능하며, 사업자에 따라 해당 OTT 서비스의 특징과 장점이 달라질 수 있다. 먼저 방송사업자의 경우 방송 사업자들이 제공하는 콘텐츠가 플랫폼에 종속되는 산업구조를 만들지 않기 위해 OTT산업에 진입하고 있다. NBC, CNN, ABC 등이 자체적으로 웹앱이나 웹사이트를 통해 실시간 방송 및 VOD 서비스 제공하는 것이나 미국 지상파 사업자들이 합작해서 만든 Hulu.com을 통한 서비스 제공이 대표적인 사례라고 하겠다. 방송 사업자들이 OTT 서비스에 진출할 경우 그들이 이미 보유하고 있는 자사 콘텐츠를 활용할 수 있다는 큰 장점을 가지고 있다. 반면 인터넷 사업자들은 가격 경쟁력을 통해 틈새시장을 공략하는 경향을 보인다. 미국의 넷플릭스, 구글 (유투브), 야후, 아마존, 페이스북 등이 대표적인 사례이며, 웹을 이용한 서비스 제공의 경험과 전문성을 가지고 있다는 장점이 있는 반면, 저렴하게 서비스를 제공하고 있기 때문에 콘텐츠 소싱 비용에 대한 부담이 크다는 것은 단점이다. 단말기 사업자들 역시 OTT 서비스 시장에 진출하고 있는데 이에는 애플, 구글, 소니, 삼성, LG 등 모바일 및 가전기기 제조 사업자들이 포함된다. 단말기 사업자들의 경우 OTT 서비스의 확산은 다양한 단말기를 판매할 수 있는 좋은 기회이므로, 가입고객이 많은 유통플랫폼을 자사 단말에서 서비스하도록 제휴하는 것에 관심을 가지고 있다. 사용자 주도적 전략의 필요성 이렇게 다양한 사업자들이 OTT 시장에 진입해있음에도 불구하고 아직까지 OTT시장에 시장을 주도하는 전략이 나왔다고 하기에는 부족한 상황이다. 따라서 아직 초기에 머무르고 있는 OTT 시장에서 제품을 확산시키고 성공적 사업 모델을 만들기 위해서는 소비자와 시장에 대한 분석이 필수적이다. OTT 서비스는 기술 주도적 서비스라기 보다는 사용자의 니즈에 기반한 서비스에 가깝기 때문에 사용자 분석에 기반한 전략이 필수적이며, OTT의 비즈니스 모델은 소비자의 선호와 그에 따른 수요에 기반해야 한다. 이에 추가하여 OTT 서비스는 기존의 지상파방송, 케이블방송, IPTV 등과도 대체 관계가 성립될 수 있기 때문에 시장에 성공하기 위해서는 전략 수립에 있어서 기존 방송들과의 관계 분석이 반드시 이루어져야 한다. OTT 서비스의 성공을 위해서는 제공되는 콘텐츠의 종류와 품질이 크게 영향을 미칠 것이며, 기존의 방송사업자들과 경쟁의 관계인지 아니면 보완의 관계인지에 따라 기존 방송사업자의 입장에서는 그들이 보유하고 있는 콘텐츠 가운데 어떤 콘텐츠를 어떤 가격에 제공할 것인지가 크게 틀려질 것이기 때문이다. 따라서 본 연구에서는 기존 방송 매체와 OTT 간의 상관관계를 분석하고, 한국의 소비자들을 대상으로 OTT 서비스에 대한 소비자 선호를 분석하였다. 결과적으로 소비자들은 실시간 방송을 OTT 서비스에 가장 중요한 속성으로 여기는 것으로 나타났다. 또한 지상파 TV 방송 사업자가 다른 서비스 사업자에게 콘텐츠를 제공하지 않을 경우, 인터넷 서비스 사업자와 유료 TV 사업자는 가격을 낮추고 VOD 수를 늘려 시장 지배력을 높일 수 있는 것으로 분석되었다. 이 연구의 결과는 2016년 11월, Technological Forecasting and Social Change 지에 게재되었다.
- No. 26
- 2018-07-03
- 5328
전자전기공학부 박진홍 교수 ·심재호, 강동호 연구원

이종접합 구조체에 기반한 3진법 반도체 소자/회로 및 고성능 광검출기 개발

1. 초절전 컴퓨터 만드는 3진법 반도체 소자/회로 기술 개발 - 심재우(1저자) / 박진홍 교수(교신저자) 정보통신대학 전자전기공학부 박진홍 교수(교신저자) 연구팀이 2차원 반도체인 흑린(black phosphorus)과 이황화레늄(ReS2)을 수직으로 쌓은 이종접합 구조체를 활용하여 3개의 논리상태를 이용하는 3진법 소자/회로를 만드는 기술을 개발했다. 3진법과 부성미분저항(negative differential resistance) 특성에 기반한 이 기술은 ‘0’과 ‘1’을 사용하는 기존 2진법 논리회로 기반 컴퓨터가 전력 소모량 측면에서 기술적 한계에 다다른 현 시점에서 3개의 논리상태 ‘0’, ‘1’, ‘2’를 사용하여 대용량 정보처리가 필요한 소프트웨어의 원활한 수행을 지원할 수 있는 차세대 초절전 반도체 소자/회로 개발 시 필수적인 원천기술이다. ‘0’과 ‘1’을 사용하는 기존 2진법 논리회로 기반 컴퓨터는 대용량 정보처리를 위해 수많은 소자와 도선이 집적되어야 하며, 이로 인해 전력소모와 발열량이 굉장히 크다. 반면, 3진법 이상을 이해할 수 있는 다진법 논리회로 기반의 컴퓨팅 기술을 활용하면, 2진법 논리회로에 사용된 2진법 소자 대비 절반 이하의 소자 개수만으로 동일한 양의 정보처리 기능을 절반 이하의 소비전력으로 수행할 수 있어, 미래 초연결사회의 폭증하는 정보의 연산, 저장, 전달을 수행하는 초절전/초고성능 정보처리 소자의 요구에 대응할 수 있다. 다진법 반도체 소자는 대표적으로 부성미분저항(negative differential resistance) 특성을 이용하여 구현 될 수 있다. 부성미분저항 특성소자에서는 전압의 크기가 증가함에도 불구하고 전류가 감소하기 때문에 전압-전류 특성곡선이 ‘N’ 모양처럼 나타나게 되어, 마치 여러 개의 문턱전압을 갖는 다이오드 특성을 보인다. 따라서 부성미분저항 특성소자를 이용하여 여러 개의 논리 상태를 표현할 수 있는 다진법 논리회로를 구현할 수 있다. 본 연구팀은 별도의 복잡한 공정을 사용하지 않고 2차원 반도체인 흑린과 이황화레늄을 수직으로 쌓은 이종접합 구조체를 활용하여 상온에서 부성미분저항 특성을 보이는 3진법 반도체 소자를 구현하는 데 성공하였다. 또한 초절전형 전자소자로의 응용 가능성을 확인하기 위해, 흑린과 이황화레늄의 이종접합구조체 기반 부성미분저항 특성소자와 내재되어 있는 흑린 기반의 트랜지스터를 집적하여 2개의 소자로 3개의 논리상태를 갖는 3진 인버터 회로를 구현하였다. 참고로 기존 인버터 회로는 2개의 소자로 2개의 논리상태를 표현한다. 이 연구성과는 소비전력과 성능을 한 단계 더 향상시킬 수 있는 새로운 패러다임의 3진법 소자/회로를 개발한 것이다. 가령 십진수 128을 표현하기 위해 2진법으로는 8비트가 필요하지만 3진법으로는 5트리트만 있으면 되며, 필요한 소자의 수도 그만큼 줄어든다. 그만큼 반도체 소자와 회로가 빨라지고 소형화 될 수 있는 가능성을 열었다. 향후 알파고와 같은 빅데이터 정보처리가 필요한 프로그램을 지원하는 초절전형 소자/회로의 초석이 될 것으로 기대된다. 이번 연구결과는 과학, 기술분야 국제 학술지 ‘Nature Communications’ 11월 7일자에 게재되었다. 논문 제목: Phosphorene/rhenium disulfide heterojunction-based negative differential resistance device for multi-valued logic 2. 페로브스카이트 및 2차원 나노반도체 물질 간 이종접합 기반 초고성능 하이브리드 광검출기 개발 - 강동호(1저자) / 박진홍 교수(교신저자) 정보통신대학 전자전기공학부 박진홍 교수(교신저자) 연구팀이 차세대 반도체 및 광전소재로 관심을 모으고 있는 2차원 나노반도체와 페로브스카이트를 접합하여 세계 최고 수준의 광응답성(1.94×106 A/W) 및 광검출능(1.94×1012 Jones)을 갖는 초고성능 광검출기를 구현하는 데 성공했다. 연구팀이 얻은 광응답성 및 광검출능 수치는 기존 광검출기에 비해 백만 배 이상 높은 수치이며, 이는 기존보다 백만 배 이상 약한 세기의 빛도 안정적으로 검출할 수 있다는 것을 의미한다. 2차원 나노반도체는 매우 높은 양자효율을 지녀 차세대 광전소자(광검출기 및 태양전지)를 구현할 수 있는 물질로써 주목을 받고 있으나, 나노미터 두께의 매우 얇은 2차원 나노반도체 물질 특성 상 빛의 흡수율이 기존 반도체에 비해 현저히 떨어지는 한계점이 존재한다. 이로 인해, 기존에 보고된 2차원 나노반도체(MoS2) 기반 광검출기는 3차원 반도체 기반 광검출기에 비해 약 1000배 이상 낮은 광응답성을 보여(약 1 mA/W), 차세대 광전소자로 활용하기 힘든 어려움이 존재하였다. 연구팀은 2차원 나노반도체 물질 중 하나인 이황화몰리브덴(MoS2) 표면에 페로브스카이트를 용액공정을 활용하여 얇게 코팅하는 방식으로, 페로브스카이트 및 2차원 나노반도체 물질 간 이종접합 기반 초고성능 하이브리드 광검출기를 구현하는데 성공했다. 페로브스카이트는 최근 학계에서 가장 주목받는 광전소재 물질 중 하나로 뛰어난 광흡수율 및 양자효율, 전하수송특성 등을 지녀, 본 연구에서 2차원 나노반도체 물질의 문제점인 낮은 광흡수율을 보완할 수 있는 광흡수층 소재로써 선택되었다. 또한 3-Aminoprophytriethoxysilane (APTES) 라는 물질을 이용하여 2차원 나노반도체 층을 도핑함으로써, 페로브스카이트 층에서 생성된 광캐리어가 2차원 나노반도체 층에서 재결합되어 사라지는 것을 막아 광응답성을 획기적으로 향상시켰다. 결과적으로, 연구팀은 약 1.94×106 A/W의 높은 광응답성 및 1.94×1012 Jones의 높은 광검출능을 지니는 초고성능 광검출기를 구현하는데 성공하였다. 특히 연구팀이 얻은 높은 광응답성은 일반적으로 널리 사용되는 반도체 물질인 실리콘(Si) 및 갈륨비소(GaAs) 기반의 광검출기보다 백만(106)배 이상 높은 수치이며, 이는 기존 광검출기에 비해 백만 배 이상 약한 세기의 빛도 안정적으로 검출할 수 있음을 의미한다. 이 연구는 2차원 나노반도체의 뛰어난 광응답 특성을 한 단계 향상시킴으로써, 차세대 광전소자 개발 및 광계측/센서 산업 발전에 크게 기여할 것으로 기대된다. 이번 연구결과는 나노소자/재료공학 분야 국제 학술지 ‘Advanced Materials’ 9월 21일자에 게재되었다. 논문 제목: An Ultrahigh-Performance Photodetectors based on a Provskite-Transition-Metal-Dichalcogenide Hybrid Structure
- No. 25
- 2018-07-03
- 9607
화학과 류도현 교수

순수 유기염료를 이용한 고효율 박막 태양전지의 개발

자연과학대학 화학과 류도현 교수 연구팀은 이번 연구에서 순수 유기물질인 새로운 인돌린 염료들을 합성 하였고 이들을 광활성층의 두께가 2 마이크로미터(μm) 이하인 얇은 박막 염료감응 태양전지에 적용하여 세계 최고인 9.1% 광에너지 전환 효율을 달성하였다. 투명성, 다채로운 배색과 유연성을 가지며 실내에서도 작동 가능한 염료감응형 태양전지는 건물 일체형 태양광 발전 시스템(BIPV)에 적합하고 다양한 응용 가능성으로 많은 연구자들의 관심을 받아왔다. 이를 위해서는 높은 효율의 얇은 박막형 태양전지 개발이 중요하지만 지금까지 개발된 유기염료들은 10마이크로미터(μm) 이상의 두꺼운 박막에서 높은 에너지 전환효율을 보이는 반면 얇은 박막에서는 효율이 떨어져서 비용효율 측면에서 바람직하지 못하였다. 이번 연구를 통하여 평면 구조를 가진 새로운 인돌린 기반 유기 염료 물질들을 디자인 할 수 있었고 합성에 성공하였다. 이 때 중간 연결 물질의 알킬 사슬 길이를 다양하게 조절하여 알킬 사슬 길이와 태양전지의 효율에 관여하는 요소들의 상관관계를 조사하여 두께가 얇아짐에 따라 태양전지의 전하 주입 효율이 광에너지 전환 효율을 결정한다는 것을 밝혀내었다. 연구를 주도한 화학과 류교수는 “이번 연구의 의의는 그동안 두꺼운 박막에서 고효율을 보이던 유기염료들의 단점을 극복하여 얇은 박막에서 고효율을 가진 새로운 유기 염료감응 태양전지를 개발한 것”이라며 “또한 처음으로 평면구조를 가진 유기염료에 붙은 알킬사슬의 길이가 광에너지 전환 효율에 어떻게 영향을 주는 지를 밝힘으로써 새로운 유기염료 구조의 디자인에 나아가야할 방향을 제시해주었다”이라고 밝혔다. 본 연구에는 울산과학기술대학교 화학과 권태혁 교수 연구팀이 공동으로 참여하였으며, 연구 결과는 소재 과학 분야 세계적 권위의 학술지 'Advanced Functional Materials'에 10월 10일자 표지논문으로 게재됐다. 이 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자 지원사업의 지원으로 수행되었다. *논문명: Indoline-Based Molecular Engineering for Optimizing the Performance of Photoactive Thin Films
- No. 24
- 2018-07-03
- 2479
화학공학/고분자공학부 유필진 교수 ·여선주, 박경진 연구원

미세유체 액적 기반의 아조벤젠 마이크로 입자 제작을 통한 꽃잎의 구조색 구현 기술 개발

자연의 생물체들은 오래 전부터 색을 통해 주변 환경과 소통을 하고, 실제로 이러한 빛에 의해서 역사적으로 선택적인 발전 및 진화를 해왔다. 아름다운 색을 내기 위해 색소를 이용할 수도 있지만, 많은 자연의 생물체들은 빛의 회절, 간섭, 산란과 같은 광학 현상에 의한 구조색을 활용하고 있다. 특히, 꽃은 규칙적인 곡면의 회절 격자 구조에 의해 무지갯빛의 색을 발하고, 이로 인해서 벌들이 꽃을 찾아 수분을 하게 된다. 한 예로, 본 연구에서 주로 참고한 수박풀꽃은 빨간색의 색소를 가진 부분과 함께 전반적으로 흰색을 띄고 있는데, 이 빨간색에 해당하는 부분은 독특한 회절 격자 구조에 의해서 무지갯빛을 내지만, 흰색을 띄는 부분은 격자 구조가 없어 무지갯빛을 띄지 않는다. 많은 자연 생물체들이 활용하고 있는 구조색을 모사하기 위해 지난 십 년 간 마이크로 입자에 구조색을 인코딩하는 연구가 활발히 진해되어 왔지만, 대부분 콜로이드 나노입자의 자가조립 구조체에 기반을 두고 있어 다양한 구조색 기술을 향상시키는 데 한계가 있어왔다. 또한, 콜로이드 나노입자 기반의 구조색 구현은 3차원의 광학 현상, 즉 브랙 회절(Bragg diffraction)이나 앤더슨 국부화(Anderson localization)에 기인하고 있어 단색의 구현에만 적합하다는 단점이 있다. 상대적으로 꽃잎의 구조색의 현상, 즉 표면의 회절 격자에 의한 다양한 구조색 구현에 대한 연구는 아직 미흡한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 꽃잎의 구조를 모사한 다양한 회절 격자 기반의 구조색 구현을 위해, 먼저미세유체 시스템을 이용하여 아조벤젠 고분자로 이루어진 마이크로 입자를 제작하였다. 그리고 아조벤젠 고분자의 독특한 성질 중 하나인 방향성 광유체화(directional photofluiziation) 현상을 이용하여 아조벤젠 마이크로 입자 표면에 다양한 표면요철격자(surface relief gratings)를 새겨 3차원의 인공 물질 구조를 성공적으로 제작하였다. 기존의 bulk emulsification 방법과는 다르게 미세유체 시스템을 활용하게 되면 크기 조절이 용이하면서도 매우 균일하고 매끈한 마이크로 입자를 생성할 수 있다. 또한, 사용된 용매, 고분자 농도, 유속 등의 조건에 따라서 라즈베리, 아콘, 구형과 같은 다양한 모양의 마이크로 입자를 형성할 수 있다. 형성된 구형의 마이크로 입자에 1차 간섭 패턴을 가진 편광 빛을 조사하게 되면 검게 보이던 마이크로 입자가 1차, 2차 회절 모드가 생기게 되면서 아주 예쁜 색을 띄는 것을 확인할 수 있다 (그림). 두 간섭 빔의 입사각을 조절하여 1차 표면요철격자의 간격 또한 조절할 수 있으며, 1차 회절 빛을 회전시켜가며 반복적으로 빛을 조사하게 되면, 1차뿐만 아니라 4각형(tetragonal), 6각형(hexagonal), 준결정형(quasi-crystal)의 다양한 2차 표면요철격자도 새길 수가 있다. 게다가, 아조벤젠 고분자의 표면 제한적인 광유체화 성질을 이용하여 위아래가 다른 표면요철격자를 가지는 야누스 입자도 생성할 수 있다. 따라서, 본 기술은 여러 변수를 통하여 구조색 재현에 다양성을 부여하였으며, 인코딩, 센서 등의 실질적 응용에도 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 이번 연구 결과는 세계적 권위의 학술지 ‘Advanced Materials’ 5월 6일자에 온라인 게재되었다. *논문명: Microfluidic generation of monodisperse and photoreconfigurable microspheres for floral iridescence-inspired structural colorization *연구팀: 이승우(교신저자, 성균관대 교수), 유필진(교신저자, 성균관대 교수), 여선주(제1 공동저자, 성균관대 박사과정), 박경진(제1 공동저자, 성균관대 석박통합과정), Kai Guo(공저자, 성균관대학교 박사후연구원) *관련 영상 초록: http://onlinelibrary.wiley.com/journal/10.1002/(ISSN)1521-4095/homepage/video/2089_video_abstract_gallery.html
- No. 23
- 2018-07-03
- 4290
화학공학/고분자공학부 김태일 교수

세계최고 민감도 진동인식소자 개발

음성인식을 활용한 보안, 기기작동, 안전 분야 상용화 기대 화학공학/고분자공학부 김태일 교수 연구팀은 금속박막의 미세 균열의 구조를 제어함으로써 기존에 비해 민감도* 및 신호대잡음비*가 대폭 향상된 유연 센서를 개발하였다. 상용화된 센서는 기존 반도체공정인 MEMS ( Microelectromechanical system) 기술로 만들어지므로 상대적으로 고가이면서 민감도에 한계를 지니고 있었다. 본 연구진은 금속, 고분자의 이중층으로 이루어진 나노균열센서를 개발하여 관련 스트레인게이지센서 (strain gauge sensor)의 새로운 방향을 제시한바 있다. (Ultrasensitityve mechanical crack based sensor inspired by spider sensory system, Nature, 516, 222 (2014)) 이를 발전시켜 본 연구진은 나노 균열이 가지는 구조를 제어 할 수 있는 방법을 제시하여, 균열의 구조적 요소 중 ‘깊이’만을 제어함으로써 게이지 율* 16,000이 넘는 높은 민감도를 가진 센서를 개발하였다. 특히, 수 nm 영역의 변위를 갖는 미세한 기계적 자극(진동 및 압력)을 읽어 들이는 것이 가능하게 되었고, 이는 세계최고의 민감도를 가지는 진동 및 압력센서이다. 이를 이용하여 미세한 기계적 생체 신호의 예로서 성대의 진동에 의한 목의 떨림까지도 명확하게 감지할 수 있음을 보였다. 목 피부에 센서를 부착하고 각기 다른 연속적인 음계를 발성했을 때, 각 음계를 또렷하게 인식하여 기타 전기적 노이즈에도 영향 받지 않는 두드러진 신호를 얻어낸 것을 보였다. 이러한 연구 결과는 신체의 미세한 움직임을 감지하거나, 최근 보안 등을 통해 각광받고 있는 목소리 음성 인식에 기여하여 산업에도 응용 가능성이 있음을 시사한다. 본 연구는 해당 연구는 료분야 최정상 학술지인 어드밴스드 머트리얼지(Advanced Materials, IF 18.96)에 2016년 10월개제되었으며 속표지커버논문으로 발표되었다. 제목은 Dramatically Enhanced Mechanosensitivity and Signal-to-Noise Ratio of Nanoscale Crack-Based Sensor: Effect of Crack Depth (균열의 깊이 , 제어를 이용한 높은 기계적 민감도 및 신호대잡음비를 갖는 미세 균열 센서) 이다. *민감도(sensitivity): 센서가 감지해낼 수 있는 최소 자극 크기 *신호대잡음비(signal-to-noise ratio, SNR): 신호(signal)와 잡음(noise) 에너지의 비율. 값이 클수록 신호 해석에 유리하다. *게이지 율(gauge factor, GF): 일반적으로 센서의 감도를 나타내는 척도. 단위변형당의 저항변화율로 표시됨. GF=(ΔR/R0)(1/ε)
- No. 22
- 2018-07-03
- 4141