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- 성균나노과학기술원 배완기 교수, 황의헌 교수 공동 연구팀 초고해상도 대면적 양자점 패턴화 기술 개발
- 차세대 디스플레이의 핵심 소재인 양자점*을 상용화된 반도체 제조공정에 활용하여, 양자점의 물리적 특성 변화 없이 초고해상도로 패턴화하는 기술이 개발되었다. * 양자점 : 나노미터 크기의 반도체 나노 입자로서, 빼어난 색순도와 높은 효율을 지니는 미래형 디스플레이 핵심소재 배완기 교수 공동 연구팀(서강대학교 강문성 교수, 한국전자통신연구원 강찬모 박사)이 미래형 디스플레이 구현을 위한 핵심기술로 여겨지는 초고해상도 양자점 패턴화 기술을 개발했다고 밝혔다. 양자점은 빼어난 색 재현율과 높은 광효율을 가지고 있으며 용액 공정*이 가능하다는 특성으로 가상현실 또는 증강현실 디스플레이와 같은 초고해상도 차세대 디스플레이 구현을 위한 핵심 발광 소재로써 주목받고 있다. * 용액 공정 : 사용 재료를 유기용매 등을 이용해 액체화하여 기판위에 도포하는 방식 하지만 양자점 디스플레이를 만들기 위해서는 적･녹･청색의 양자점들을 일정한 순서로 배열하는 패턴화 공정이 필수적인데, 양자점의 고유한 전기적･광학적 특성을 유지하면서 패턴화하는 기술은 차세대 양자점 디스플레이 구현에 가장 어려운 과제로 남아있다. 이에 연구팀은 기존 양자점 표면의 분산 리간드에 광가교 리간드*를 도입하여 별도의 감광제** 및 가교제 등의 첨가물 없이 양자점만으로 패턴화가 가능한 이중 리간드 양자점 소재 기술을 제시하였다. * 리간드 : 양자점 표면에 함유하고 있는 유기물을 리간드라고 하며, 리간드의 구조에 따라 양자점의 분산 특성을 달리할 수 있음 (분산 리간드). 연구팀은 리간드 말단에 광감응 작용기를 도입하여 양자점들이 화학적 결합을 형성할 수 있도록 함 (광가교 리간드). ** 감광제 : 빛을 흡수하여 다른 분자에서 화학적 또는 물리적 변화가 일어나게 하는 물질 광가교 리간드가 도입된 양자점 박막에 자외선을 조사하면 이웃한 양자점의 리간드 간 가교가 일어나며, 이 경우 양자점 박막은 회로 패턴 형성 공정에 사용되는 용매에 대하여 구조적 저항성을 가지게 된다. * 용매 : 용액을 만들 때 용질(溶質)을 녹이는 액체 따라서 자외선이 조사되지 않아 구조적 저항성이 없는 부분의 양자점을 분산 용매로 제거하면 간단한 공정을 통해 패턴화된 양자점 박막을 얻을 수 있다. 이러한 패턴화 공정은 별도의 첨가물이 없기에 양자점 박막의 광학적 특성은 물론 전기적 특성까지 전혀 저해하지 않아 기존 포토리소그래피* 및 잉크젯 프린팅** 등 모든 용액 공정에 적용 가능함을 규명하였다. * 포토리소그래피 : 파장이 짧은 빛을 마스크에 통과시켜 기판 위에 회로를 새기는 공정 ** 잉크젯 프린팅 : 액체 상태의 발광 소재를 노즐을 통해 미세하게 분사하여 기판 위에 일정한 막을 형성하는 방법 이뿐만 아니라, 3,000ppi 이상의 고해상도 패턴화 기술을 요구하는 가상/증강현실 디스플레이 등 실질적인 차세대 디스플레이에 적용 가능한 기반을 마련하였다. 배완기 교수는 “연구팀이 제시한 초고해상도 비파괴 패턴화 기술은 광정보를 표현하는 디스플레이나 양자광원, 그리고 광신호를 전기신호로 바꾸어주는 광검출기 등 양자점을 이용한 모든 응용 분야에서의 활용 가능성을 증명한 것”이라고 전하였다. 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 나노·소재기술개발사업 등의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 나노 과학･기술 분야 국제학술지‘네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)’에 8월 11일 온라인 게재되었다.
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- 작성일 2022-09-19
- 조회수 1659
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- 배완기 교수(성균관대학교), 강문성 교수(서강대학교), 강찬모 박사(한국전자통신연구원) 공동 연구팀 차세대 디스플레이 핵심기술 초고해상도 양자점 패턴화 기술 개발
- 국내 연구진이 차세대 디스플레이의 핵심 소재인 양자점을 초고해상도로 패턴화하는 기술을 개발했다. 한국연구재단은 배완기 교수(성균관대), 강문성 교수(서강대), 강찬모 박사(한국전자통신연구원) 공동 연구팀이 초고해상도 양자점 패턴화 기술을 개발했다고 25일 밝혔다. 양자점은 나노미터 크기의 반도체 나노 입자로, 빼어난 색 재현율과 높은 광효율을 가지고 있으며 용액 공정이 가능하다. 때문에 가상현실 또는 증강현실과 같은 초고해상도 디스플레이 구현을 위한 핵심 발광 소재로 주목받고 있다. 특히 최근에는 적･녹･청색의 양자점들을 일정한 순서로 배열하는 패턴화 공정 연구가 활발하다. 이 연구에서 가장 어려운 과제는 양자점의 고유한 전기적･광학적 특성을 유지하면서 패턴화하는 것이다. 이에 연구팀은 이중 리간드 양자점 소재 기술을 제시했다. 이 기술은 기존 양자점 표면의 분산 리간드에 광가교 리간드를 도입했다. 라간드란 양자점 표면에 함유한 유기물로, 분산라간드는 양자점의 분산 특성을 달리할 수 있다. 연구팀은 이 리간드 말단에 광감응 작용기를 도입하여 양자점들이 화학적 결합을 형성할 수 있도록 한 것이다. 그 결과 별도의 감광제 및 가교제 등의 첨가물 없이 양자점만으로 패턴화가 가능하다. 이 공정은 양자점 박막의 광학적 특성과 전기적 특성을 전혀 저해하지 않아 기존 포토리소그래피, 잉크젯 프린팅 등 모든 용액 공정에 사용할 수 있다. 또 3000ppi 이상의 고해상도 패턴화 기술을 요구하는 차세대 디스플레이에 적용 가능한 토대를 마련했다. 배완기 교수는 “이 기술은 양자점을 이용한 모든 응용 분야에서의 활용 가능성을 증명한 것”이라고 전했다. 강문성 교수는 “고해상도 디스플레이 및 초고해상도 광검출기 상용화에 이바지할 수 있을 것”이라고 말했다. 한편 이번 성과는 나노 과학･기술 분야 국제학술지‘네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)’에 11일 온라인 게재됐다. 자세한 내용은 첨부 파일을 참고 해주시기 바랍니다.
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- 작성일 2022-08-26
- 조회수 2220
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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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