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- 성균나노과학기술원 안성필 교수 및 약학대학 김기현 교수 공동연구팀, 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 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.
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- 작성일 2022-07-13
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- 성균관대–SH ENERGY SOLUTION(주), 태양전지를 활용한 CO2 절감 수소저장 시스템 개발 관련 업무협약 체결
- 성균관대–SH ENERGY SOLUTION(주), 태양전지를 활용한 CO2 절감 수소저장 시스템 개발 관련 업무협약 체결 성균관대학교(총장 신동렬)와 SH ENERGY SOLUTION㈜(대표 안상기)은 5월 10일(화) 오전, 성균관대 자연과학캠퍼스 제2종합연구동 회의실에서 ‘태양전지를 활용한 CO2 절감 수소저장 시스템 개발’ 연구를 위한 업무협약을 체결했다. 협약식에는 성균관대 SAINT 이성주 부원장, 전일 교수, SH ENERGY SOLUTION㈜ 안상기 대표 그리고 최병원 이사 등이 참석하였다. 향후 두 기관은 태양광으로 수소를 획득 및 발전해 데이터센터에 연계하는 그린에너지 저장에 관한 연구를 활발히 진행할 예정이다. SH ENERGY SOLUTION㈜는 앞서 1월 태양전지 및 광전수분해 관련 기술을 성균관대 전일 교수로부터 기술이전하였으며, 이번 산학협력 과제를 통해 2년간 연구비를 지원해 친환경 CO2 절감 수소저장 시스템을 추가적으로 개발한다는 계획이다. 한편 SH ENERGY SOLUSTION㈜은 대체에너지 개발을 통해 탄소배출 감소를 이끌어나가기 위해 힘쓰고 있는 회사로 강원도 태백의 폐탄광 지역을 활용한 데이터 센터 건립을 추진 중이며, 외기 냉각방식의 기본안과 더불어 태양광의 최대 발전 효율을 끌어올려 PUE 1.1 이하의 데이터센터 구축을 계획하고 있다.
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- 작성일 2022-05-11
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- 나노공학과 전일 교수 연구팀,풀러렌 유도체를 활용한 고효율페로브스카이트 태양전지 인증
- 나노공학과 전일 교수 연구팀,풀러렌 유도체를 활용한 고효율페로브스카이트 태양전지 인증 - 극성에 분산되는 신규풀러렌 유도체 및 풀러렌 제공층 구조 최초 개발 [사진] 전일 교수, 김규선 박사, 한지예 연구원, 고려대학교 우한영 교수, Wu Ziang 연구원 성균관대학교(총장 신동렬) 나노공학과 전일 교수 연구팀(제1저자 김규선, 한지예 연구원)이 고려대학교 우한영 교수 연구팀(제1저자 Wu Ziang 연구원)과 함께 풀러렌(Fullerene) 제공층을 가지는 고효율 페로브스카이트 태양전지의 구조를 세계 최초로 개발했다. ※ 풀러렌(Fullerene) : 탄소(C)원자가 5각형이나 6각형 형태로 결합한 뒤 공 모양 구조로 결합하고 있는 물질. 주로 탄소 원자 60개로 이루어져 완전한 구(球) 형태를 하고 있다. 이를 C60이라고 하고 이 외에도 C70, C76, C78, C82 등으로 탄소의 개수에 따라 다양하게 존재함 ※ 페로브스카이트 태양전지 : 유·무기 혼합 페로브스카이트 결정구조(구성 원자에 따라 부도체, 반도체, 도체 등 다양한 특성을 보이는 산화물)를 광 흡수층으로 활용하는 박막형 태양전지 ○ 비극성 용매에만 용해되는 종래의 풀러렌 유도체를 태양전지에 사용 시 실질적으로 적용할 수 있는 구조가 한정되어 있지만, 본 연구에서 제작한 ‘PC61B-TEG와 PC61B-BiTEG의 경우 극성/비극성 용매에 용해성이 뛰어나고 모든 구조에 적용이 가능하다’고 한다. [연구그림 1] PC61B-TEG 및 PC61B-BiTEG 합성 및 소자 구조 전일 교수는 “PC61B-TEG 및 PC61B-BiTEG의 풀러렌 유도체를 이용하여 농도 구배 (concentration gradient) 제어가 가능한 풀러렌 제공층 구조를 최초로 개발하였다”고 밝혔다. 전자 수송재료로 개발된 대부분의 풀러렌 유도체는 극성 용매에 불용성을 가지고 있어 소량만 첨가 가능하며 국한된 소자 구조에만 적용 가능하다는 아쉬움이 있었다. ○ 기존 풀러렌의 경우, 안티 솔벤트 (Anti solvent)에 용해시켜 페로브스카이트 필름을 형성하는 방법과 전자 수송층을 도입하는 방법 이 2가지 방법에만 국한되어 있어 전자 수송능력을 극대화하기에는 구조가 한정적인 어려움이 존재한다. [연구그림 2] 풀러렌 유도체를 적용한 3가지 방식 이에 연구팀은 비극성 용매뿐만 아니라 극성 용매에서도 용해성이 뛰어난 풀러렌 유도체를 합성하였고, 이들의 농도 구배 제어가 가능한 풀러렌 제공층 구조를 개발하였다. ○ 합성한 신규 풀러렌 유도체는 [6,6]-phenyl-C61-butyric acid 2-[2-(2-meth oxyethoxy)ethoxy]ethyl ester (PC61B-TEG)와 [6,6]-phenyl-C61-butyric acid 1-methyl3-[2-(2,5,8,11- tetraoxadodec-1-yl)-4,7,10,13-tetra-oxatetradec-1-yl] ester (PC61B-BiTEG)로 2종류다. ○ 페로브스카이트 태양전지에 적용하기 위해 아래의 다이렉트 도핑 (Direct doping), 오버코팅 (Overcoating), 오버코팅+웨이팅 (Overcoating+ waiting)의 3가지 방법을 적용함으로써 구조적인 한계를 극복하여 모든 구조에 적용이 가능해졌다. ○ 개발한 풀러렌 제공층 위에 페로브스카이트 필름 형성 시, 웨이팅 효과 (Waiting effect)를 이용하여 페로브스카이트 필름 내에 농도 구배를 통한 정밀 제어로 전자 수송재료의 흡수를 자유롭게 조절할 수 있다. [연구그림 3] 풀러렌 제공층이 적용된 소자의 안정성 및 인증결과 이를 통해 큰 페로브스카이트 결정의 형성 유도, 에너지 소자의 효율 및 안정성을 극대화하여 고효율화 및 고안정성에 최적화된 소자를 구현해 낼 수 있었다는 설명이다. ○ 제작된 페로브스카이트 태양전지는 23.34%의 광전효율을 기록하였는데 이는 풀러렌 제공층이 존재하지 않는 기존 소자의 21.88% 대비 향상된 것이다. 극성 유·무에 구애받지 않고 정밀 제어가 가능한 풀러렌 제공층 도입을 통해 풀러렌 기반의 n형 전하 수송재료가 적용 가능한 페로브스카이트 태양전지의 구조적 한계를 극복하고 페로브스카이트의 결정성장 유도 및 에너지 소자의 효율과 안정성을 더욱 향상시킨 결과라고 설명한다. 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 개인기초연구(신진연구)사업, 개인기초연구(중견연구)사업, 개인기초연구(박사후국내연수)사업의 지원으로 수행된 이번 연구 성과는 세계적으로 권위 있는 에너지재료 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 에너지 머터리얼스(Advanced Energy Materials)’에 4.17(일) 온라인 게재되었다. 성대 뉴스 : https://www.skku.edu/skku/campus/skk_comm/news.do?mode=view&articleNo=96830
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- 작성일 2022-04-18
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- 2022학년도 성균노벨상 후보 후원상, 이진욱 교수 선정
- 2022학년도 성균노벨상 후보 후원상, 이진욱 교수 선정 우리 대학은 2022학년도 성균노벨상 후보 후원상으로 성균나노과학기술원 나노과학기술학과 이진욱 교수를 선정하고, 4월 11일(월) 600주년기념관 총장실에서 시상식을 개최했다. 이진욱 교수는 노벨상 수상의 염원을 담은 후원금 5천만 원을 받게 된다. 이날 행사에는 윤용택 성균노벨상 후보 후원위원회 위원장(現총동창회장)을 비롯하여 이충구 위원(유닉스전자(주) 회장), 이근면 위원(前인사혁신처장), 금현숙 위원(現총동창회 상근부회장), 조준모 위원(現(인)부총장), 박선규 위원(現(자)부총장)을 비롯해, 신동렬 총장과 지성우 대외협력처장이 참석해 수상자를 축하하고 격려했다. 올해 수상자로 선정된 이진욱 교수는 우리대학 전자전기공학과 학사, 에너지과학과 석․박사를 거쳐 2019년 9월 우리대학 나노과학기술학과 교수로 임용되었다. 유무기 복합 반도체 소재를 활용한 광전자소자 개발을 연구하고 있고, 페로브스카이트 태양전지 분야 SCI논문 88편을 출판하였으며, 페로브스카이트 태양전지 수명 극대화 기술을 개발했다. 2011년~2015년 한국연구재단 글로벌박사 펠로우십, 2017~2018년까지 한국연구재단 학문후속세대 양성사업 박사후 국외연수지원사업에 선정된 바 있다. 성균노벨상기금은 한국고등교육과 학술연구를 선도해온 우리 대학이 한국 노벨상의 요람이 되도록 노벨상 수준의 잠재력을 인정받는 탁월하고 프론티어적 연구업적을 가진 교수를 지원하기 위해 2018년 6월 윤용택 총동창회장의 주도로 조성된 기금이며, 모금이 시작된 이래 현재까지 약 14억3천만 원이 모금되었고 계속해서 많은 동문들이 후원에 참여하고 있다. 윤용택 성균노벨상 후보 후원위원회 위원장은 축사에서 “미래시대에 꼭 필요한 광전자소자 개발과 태양전지 분야에서 새로운 가치를 창출할 선구자로서 세계 명문대학 석학들과 명예를 공유할 수 있는 수준의 훌륭한 연구업적을 가진 이진욱 교수의 수상을 축하하며, 24만 동문과 5천만 국민들의 염원을 담아 반드시 노벨상을 수상해줄 것”을 당부했다. 이진욱 교수는 “성대 학부와 대학원을 졸업하고 모교 교수로 임명되었다는 자체가 영광이며, 그동안의 학교의 지원도 감사한데 오늘 과분한 상을 받게 되어 더욱 감사하다”며 “주변으로부터 도움을 많이 받은 만큼 우리 대학과 국가에 도움이 되는 뜻깊은 연구에 정진하겠다”고 뜻을 밝혔다.
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- 작성일 2022-04-12
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- 나노과학기술학과 강보석 교수, 한국고분자학회 신진학술상 수상
- 성균관대학교(총장 신동렬) 나노과학기술학과 강보석 교수가 4.6(수) ~ 8(금) 대전컨벤션센터에서 열린 한국고분자학회 2022년 춘계학술대회에서 ‘신진학술상’을 수상했다. 강보석 교수는 공액 분자의 구조 및 물성 제어를 통해 고성능 유연 전자 소자와 열전 소자를 개발하는 연구를 수행 중이며, 다양한 고분자 반도체 소재 및 소자 원천기술을 세계적인 우수저널에 발표한 공로를 인정받았다. ▲ 고분자 반도체 구조-성능 상관관계 규명, ▲ 표면유도 자기조립 기술 개발, ▲ 유기반도체 프린팅 공법 개발, ▲ 유기 트랜지스터용 반데르발스 전극 제조 등이 대표적인 연구 성과다. 1976년 창립된 한국고분자학회는 5,000명 이상의 회원이 활동하고 있는 국내 최대 규모 학회 중 하나로, 고분자와 관련된 화학, 물리학, 생물학, 공학 등 학문과 기술의 발전 및 진흥에 기여하고 있다. 한국고분자학회 신진학술상은 박사학위 취득 후 7년 미만의 신진과학자들 중 고분자과학 및 공학 발전에 큰 기여를 한 우수한 젊은 과학자를 선정해 수여하고 있다.
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- 작성일 2022-04-11
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- 성균나노과학기술원 이진욱 교수 연구팀, 페로브스카이트 태양전지 수명 극대화 기술 개발
- 성균나노과학기술원 이진욱 교수 연구팀, 페로브스카이트 태양전지 수명 극대화 기술 개발 - 기존 표면 결함치료 층에 의한 태양전지 수명 저하 원인 규명 - 세계적인 학술지 네이처(Nature)에 3월 15일(화) 온라인 게재 페로브스카이트 태양전지는 25% 이상의 높은 에너지변환효율을 가지면서 저가 용액 공정으로 생산 가능해 다가오는 탄소중립 시대를 위한 차세대 태양전지로 각광받고 있다. 국내외 학계와 산업계에서는 페로브스카이트 태양전지 상용화를 위한 연구과제 중 하나인 소자 구동 수명 개선을 위한 연구에 박차를 가하고 있다. 성균관대학교(총장 신동렬)는 성균나노과학기술원 이진욱 교수 연구팀이 기존 페로브스카이트 태양전지에서 수명 저하를 초래하는 이종접합 계면에서의 에너지밴드 구조 왜곡 현상을 규명하고, 태양전지의 효율과 수명을 동시에 극대화할 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다. 고효율 장수명 페로브스카이트 태양전지 제작을 위해서는 페로브스카이트 박막 내부와 표면에 존재하는 결정 결함의 농도를 최소화하는 것이 필수적이다. 2018년 알킬암모늄 할라이드 소재를 활용한 페로브스카이트 박막 표면 결함치료 방법이 개발된 이후로 보고된 모든 고효율 페로브스카이트 태양전지에서는 해당 표면 결함치료 방법을 사용하고 있다. 페로브스카이트 박막과 전하전달 층 계면에 알킬암모늄 할라이드 표면 결함치료 층을 도입하는 해당 기술은 에너지변환효율 향상에 기여하는 것으로 알려져 있으나, 페로브스카이트 박막과 전하전달 층 계면에서의 에너지밴드구조를 왜곡시키는 부작용을 초래할 수 있다. 하지만 앞선 연구들에서는 페로브스카이트 태양전지 효율 개선을 위해 사용된 표면 치료 층의 효율 향상 효과에만 주목을 하였으며, 동반하는 계면 에너지밴드구조 왜곡에 의해 발생할 수 있는 부작용에 대한 연구는 미흡하였다. 연구진은 기존에 널리 사용되는 페로브스카이트 박막 결함치료 소재가 태양전지 소자 내 이종접합 계면에서의 에너지 밴드구조를 왜곡시키고, 빛에 의해 생성된 전하 수집을 방해하여 페로브스카이트 태양전지의 수명을 저해하는 사실을 밝혀냈다. 나아가 기존 표면 결함 소재에 의해 발생하는 페로브스카이트 태양전지 수명 저하 부작용을 없애고, 태양전지의 효율과 수명을 동시에 극대화할 수 있는 새로운 표면 결함치료 기술을 개발했다. 실제 본 연구를 통해 개발된 표면 결함치료 층이 도입된 페로브스카이트 태양전지는 세계 최고 수준의 효율과 수명을 달성하였다. 이진욱 교수팀의 연구는 페로브스카이트 박막의 일함수 변화 및 이에 따른 이종접합 계면에서의 에너지밴드 구조 변화에 대한 근본적인 이해를 발전시켰으며, 페로브스카이트 태양전지의 수명 문제 해결을 위한 중요한 단서를 제공하여 향후 상용화를 위한 원천기술로 활용될 것으로 기대된다. 본 연구는 과학기술정보통신부 ｢기초연구사업｣과 산업통상자원부 ｢에너지인력양성사업｣지원을 통해 수행되었으며, 세계적인 학술지 네이처(Nature)에 3월 15일(화) 온라인 게재되었다.
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- 작성일 2022-03-24
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- 이진욱 교수 HCR 세계 상위 1% 연구자 선정
- 성균나노과학기술원 이진욱 교수가 2021년 세계 상위 1% 연구자인 HCR(Highly Cited Researcher) in cross-field에 선정되었다. 세계적인 학술정보회사 클래리베이트는 작년 11월 최근 10년간 논문 피인용 횟수가 세계 상위 1%인 ‘2021년 세계에서 가장 영향력 있는 연구자(HCR)’ 명단을 발표한 바 있으며, 우리 대학에선 의학과 김대식, 박근칠, 안명주, 화학공학/고분자공학부 박남규, 나노구조물리연구단 이영희 교수가 선정되었다. 성균나노과학기술원 이진욱 교수는 소속 기관이 박사후연구원을 지낸 UCLA로 표기되어 있어 관련 사실을 뒤늦게 확인했다. 이로써 우리 대학은 2021년 HCR로 총 6명이 선정되었다. 이진욱 교수는 무기, 유무기 복합 반도체 소재를 활용한 광전자소자 개발(태양전지, 발광다이오드, 메모리소자 등)을 연구하고 있으며, 페로브스카이트 태양전지 분야 SCI논문을 88편 출판한 바 있다. 주저자로 Nature(IF=49.962), Science(IF=47.728), Nature Energy(IF=60.858), Chemical Reviews(IF=60.622), Joule(IF=41.248) 2편, Advanced Materials(IF=30.849) 5편 등을 출판하였으며, 총 논문 인용횟수는 약 15,000회에 달한다. 성대 뉴스 : https://www.skku.edu/skku/campus/skk_comm/news.do?mode=view&articleNo=96314
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- 작성일 2022-03-21
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