Research Stories 게시판목록

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

에너지과학과 신현정 교수 ·이선희 연구원

60도 회전 대칭을 갖는 새로운 결정구조의 금 나노와이어 합성에 성공

에너지과학과(DOES) 박사과정 이선희 연구원과 신현정 교수 연구팀은 나노스케일의 제한된 구조 내에서 높은 종횡비(aspect ratio)를 갖는 금(Au) 나노와이어를 성장시켰으며, 그 안에서 새로운 결정구조, 즉 동질이상(同質異像, polymorph)을 발견하였다. 금은 백금(Pt)와 함께 구조적으로 가장 안정한 물질로 알려져 있으며, 지금까지 면심입방(face-centered cubic, fcc) 구조만이 보고되었다. 동질이상(polymorphism)은 화학 조성은 같지만 다른 결정구조를 갖는 것을 말한다. 결정구조의 미세한 변화는 광학적, 전기적 특성을 포함한 물리•화학적 특성 변화를 초래하기 때문에 동질이상의 제어는 기초 재료 과학 연구에 있어서 매우 중요하다. 동질이상은 물과 얼음, 다이아몬드와 흑연처럼 일상에서도 흔히 접할 수 있는 물질에서도 나타나며, 약학에서는 주로 부작용을 줄이기 위하여 연구되었다. 그러나 금, 은, 백금, 구리와 같은 귀금속에서는 거의 연구가 이루어 지지 않았으며, 아직도 미지의 영역으로 남아있다. 일반적으로 동질이상은 온도와 압력 등 주변 환경에 영향을 받으며 열역학적으로 가장 안정한 구조를 채택하지만, 신현정 교수 연구팀은 온도와 압력이 일정한 상태에서도 나노스케일의 제한된 구조가 새로운 준안정상(metastable phase)이 형성될 수 있는 환경을 제공 할 수 있다는 것을 실험적으로 증명하였다. 이 준안정상은 투과전자현미경을 이용하여 60° 회전 대칭(6-fold rotational symmetry)을 갖는 육방비조밀충진(hexagonal non-close-packed) 구조로 확인되었다. 이 구조는 일반적인 육방조밀충진(hexagonal close-packed, hcp) 구조보다 큰 면간 거리를 가지며, 마치 층상구조인 흑연(graphite)과 매우 유사하다는 것을 밝혀내었다. 육방비조밀충전 구조는 기존의 면심입방(face-centered cubic) 구조에 상응하는 열적 안정성을 보였으며, 광학적 특성에서도 분명한 차이를 보였다. 본 재료과학 분야의 기초연구로 나노스케일에서의 동질이상 형성 메커니즘을 규명함으로써, 화학조성의 변화 없이 재료 고유의 물리•화학적 성질을 뛰어 넘는 새로운 소재 개발을 위한 발판을 마련하였다는 점에서 큰 의미를 갖는다. 에너지과학과 신현정 교수와 이선희 연구원, 배창득 연구교수가 주로 수행한 본 연구는 재료과학(material science) 분야의 세계적인 학술지인 어드밴스드 머티리얼스 (Advanced Materials, IF 19.791)에 표지논문으로 선정되었다. (2018.04.20) 본 연구는 한국연구재단의 지원으로 수행되었다.
- No. 81
- 2018-07-04
- 4691
에너지과학과 오상호 교수

전자현미경으로 전자의 분포 관찰

단백질, 나노입자, 원자 등을 관찰하는 전자현미경으로 그보다 훨씬 작은 전자의 분포를 관찰해냈다. 전자의 양을 정밀하게 제어해서 원하는 위치에 형성시키고, 최대한 빠르게 이동시키는 기술은 반도체 메모리 소자, LED 광소자의 성능과 밀접하게 연관된 핵심기술이다. 전자를 효과적으로 조절하기 위해서 이론적으로 예측된 전자의 분포를 시각적으로 검증·분석할 수 있는 고분해능 현미경 관찰법이 필요하다. 연구팀은 민감도가 매우 높은 ‘인라인(inline) 전자 홀로그래피’를 이용하여 두 종류의 산화물(LaAlO3/SrTiO3) 사이에 형성된 2차원 전자가스를 시각적으로 관찰하는 방법을 개발했다. - 2차원 전자가스는 두 재료의 계면에 형성되는 전도성 전자 무리를 일컫는다. 전자현미경으로 관찰하기에는 신호가 약하고 여러 변수의 영향을 고려해야 하는 한계로 인해 지금껏 관측되지 못했으나, 이번 연구에서는 모든 변수를 정확히 보정하여 2차원 전자가스의 고유 특성을 분석하였다. - 개발된 분석법을 통해, 결정 방위(원자가 결합한 각도 및 방향)에 따라 2차원 전자가스의 분포와 밀도가 미세하게 변하는 것이 관측되었다. 이는 관측방향에 따라 전자의 에너지 준위가 변하기 때문에 나타나는 양자현상이라고 연구팀은 설명했다. 오상호 교수는 “이 연구는 강자성, 초전도성, 금속-절연체 상전이 등 다양한 양자현상에 기인하는 전자 분포와 밀도 변화를 최초로 직접 관찰해 낸 것”이라며 “지금까지 물리 이론으로 예측되어 온 표면, 계면 전자의 특성을 분석하는 데 활용되어 양자현상과 소자 연구를 연결하는 중요한 역할을 할 것”이라고 연구의 의의를 설명했다. 이 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 미래소재디스커버리사업, 기초연구사업(중견연구), 미공군 아시아오피스(AOARD) 등의 지원으로 수행되었다. 나노분야 국제학술지 네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)* 3월호(3월 7일 발간)에 게재되었다. 또한, 미국 위스콘신-메디슨 대학교 엄창범 교수팀과 후속 연구를 진행하여, 2차원 홀가스를 2차원 전자가스로부터 구분하여 이미징하는데도 성공하였으며, 결과는 네이처 머터리얼즈 (Nature Materials) 3월호 (3월 7일 발간)에 동시 발표되었다. * 네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology) : 네이처에서 발행하는 나노분야 최고 권위의 국제학술지. 2010년 창간되었으며 임팩트 팩터(impact factor)는 38.986
- No. 80
- 2018-07-04
- 3766
성균나노과학기술원 임용택 교수

immuneCare-DISC기반 종양미세환경 조절 및 면역세포 활성화 기술

항암면역치료기술은 체내에 존재하는 면역세포를 암 세포 사멸에 이용하기 때문에, 부작용 및 독성이 최소화된 차세대 항암치료기술로 각광 받고 있으며, 이미 많은 의약품들이 임상에서 사용되고 있다. 하지만 실제 임상에서 이러한 면역치료에 반응하는 환자군은 20-30%로 매우 낮은 상황인데, 그 이유는 종양미세환경 (Tumor microenvironment)에 존재하는 다양한 면역억제인자(immunosuppressive factors)들이 치료용 면역세포의 활성화를 저해하기 때문인 것으로 밝혀지고 있다. 또한, 이러한 면역억제인자들은 암 수술을 통하여 완전하게 제거되지 못한 암세포에 의한 암의 재발(recurrence)나 다른 조직으로의 전이(metastasis)를 유도하는 메커니즘과 관련되어 있다. 이러한 면역억제환경을 제공하는 대표적인 세포가 골수유래면역억제세포 (Myeloid-derived suppressor cells, MDSC)이다. 이번 연구에서 본 연구진은 이러한 암의 재발이나 전이를 방지하기 위하여, 수술 후에 유도되는, 면역억제인자들을 제어함과 동시에, 치료용 면역세포인 수지상 세포와 T 세포 활성화를 유도할 수 있는 플랫폼 기술을 개발하였다. 인체 내 적용이 가능한 생체친화성 고분자를 기반으로 다공성 DISC를 제조하고, 여기에 종양유래 면역억제세포인 MDSC를 제어할 수 있는 약물인 Gemcitabine과 수지상 세포와 T 세포 활성화를 위한 항암백신이 동시에 로딩함으로써, 이러한 플랫폼 (immuneCare-DISC, iCD)을 완성 하였다. 특히, Gemcitabine 약물은 임상에서 널리 사용되고 있으나, 생체 내 투여 후에 나타나는 약물구조의 낮은 안정성과 과량/반복 투여에 따른 독성이 큰 문제가 되고 있는데, 본 iCD 플랫폼 개발을 통하여 안정성 및 독성 문제를 해결할 수 있었다. 단회의 국소이식을 통하여, 체내에서 서서히 방출되는 Gemcitabine은 항암백신에 의해 활성화된 T 세포의 활성을 저해하는 MDSC를 효과적으로 제어할 수 있게 함으로써, 최종적으로 항암치료 효능을 높일 수 있다 (그림1). 본 연구에서는 종양이 수술로 완전히 제거되지 않는 상황이나 수술이 불가능한 상황을 모방하여 성장한 종양의 90%를 제거하고, 남은 종양에 의해 유도되는 암의 재발과 전이를 관찰하는 소동물 모델을 사용하였다. 이번 연구결과는 세계적 권위의 학술지 ‘ Advanced Materials’에 2018년 03월 23일자 온라인 게재되었다. * 논문제목: Implantable Synthetic Immune Niche for Spatiotemporal Modulation of Tumor-derived Immunosuppression and Systemic Antitumor Immunity: Postoperative Immunotherapy * 참여연구진: 임용택(교신저자, 성균관대 교수), Hathaichanok Phuengkham (공동 제1저자, 성균관대 박사과정), 송찬영(공동 제1저자, 성균관대 석박통합과정), 엄숭호(공저자, 성균관대 교수).
- No. 79
- 2018-07-04
- 3851
글로벌바이오메디컬공학과 박천권 교수

종양 제거 수술 후, 암의 재발/전이를 막을 수 있는 면역 치료 기술 개발

글로벌바이오메디컬공학과 박천권 교수 연구팀은 미국 하버드 의과대학 연구팀과 함께 종양 제거 수술 후, 암의 재발/전이를 막을 수 있는 종양 면역 치료 기술을 개발했다고 밝혔다. 연구 결과에 따르면 항암 면역치료법과 수술을 병행하면 암 관련 사망자의 90%를 차지하고 있는 종양 재발 및 전이를 막을 수 있다고 한다. 종양의 외과적 수술 방법은 현재 임상적으로 가장 널리 사용되고 있는 치료법이나 미세 암들까지 제거할 수 없을 뿐 아니라, 종양을 제거함으로써 몸에 유익한 면역세포와 종양항원까지 제거를 한다는 한계점을 가지고 있다. 뿐만 아니라, 종양 제거 수술로 인하여 일시적인 면역붕괴 현상이 발생하고 있으며, 이러한 이유로 많은 환자들이 종양 제거 수술 후 암의 재발 및 전이로 고통 받고 있다. 따라서, 종양 제거 수술 후 발생하는 종양의 재발과 전이를 막을 수 있는 치료법이 시급히 필요한 실정이다. 이를 위해 연구팀은 체내에서 안전하게 분해되고 약물을 체내에서 장기간 서방전달 가능한 하이드로젤을 개발했고, 면역반응을 유발/촉진시킨다고 알려진 다양한 약물을 내부에 탑재 하였다. 연구팀은 마우스의 유방암, 폐암 또는 피부암 (흑색종) 에 걸린 쥐의 종양을 수술적으로 제거 한 후, 다양한 약물이 탑재된 하이드로젤을 이식하였으며, 그 후 12주 동안 암의 성장과 마우스의 생존을 추적관찰 하였다. 그 결과 선천면역을 활성화 시킨다고 알려진 약물을 하이드로젤에 탑재해 전달하였을 때, 마우스의 가장 높은 생존율을 보인다는 것을 밝혔다. 동일한 선척면역 활성화 약물일지라도 기존의 정맥 투여 또는 국소 주사 방법으로 전달했을 때는 대부분의 마우스에서 종양의 재발과 전이가 발견되었다. 이를 통해 약물전달 하이드로젤을 이용하여 선천면역을 활성화 시키는 약물을 수술부위에 국소적으로 장기간 전달하는 것이 중요하다는 것을 밝혔다. 연구팀은 이번 연구가 종양 절제 수술을 받은 많은 환자들에게 널리 이용될 수 있는 안전하고 효과적인 치료법인만큼 빠른 시일 안에 환자에게 적용하는 것이 향후 계획이라고 밝혔다. Published article: C. G. Park, C. A. Hartl, D. Schmid, E. M. Carmona, H.-J. Kim, M. S. Goldberg, Extended release of perioperative immunotherapy prevents tumor recurrence and eliminates metastases. Sci. Transl. Med. 10, eaar1916 (2018). Article link: http://stm.sciencemag.org/content/10/433/eaar1916
- No. 78
- 2018-07-04
- 5820
에너지과학과 윤원섭 교수 ·이원태 연구원

1회 충전으로 400km 달리는 고(高)에너지 전지 개발의 길 열다

에너지과학과(DOES) 윤원섭 교수 연구팀은 전기차 배터리의 핵심 요소 중 하나인 니켈(Ni) 양극소재에서 니켈(Ni)의 함량에 따라 변화하는 결정구조 특성 및 소재의 성능, 그리고 전기화학 반응 중 나타나는 소재의 구조 거동을 관찰하였다. 이를 통해 고(高)에너지 소재를 개발하는 데에 기존의 고정 관념을 깨는 주요한 인자(Key factor)들을 발견하였으며, 1회 충전에 서울에서 부산까지(약 400km) 주행 가능한 고밀도 전지 개발의 시대를 열었다. 4차 산업혁명의 개념과 함께 전기차(Electric vehicle)의 시대가 도래하면서 자동차의 내연기관을 배터리가 대체한다. 따라서 전기차 상용화 사업에서 고(高)함량 니켈(Ni)계 양극소재는 장거리 주행 전기차의 핵심 소재로서 각광받고 있다. 본 연구 이전까지는 니켈(Ni) 원소의 양을 증가시킴과 동시에 다른 원소들의 양은 일정하지 않은 비율로 변화시키는 연구들이 진행되었고 니켈 원소를 활용하여 고(高)에너지 소재 개발에 박차를 가하는 데 어려움이 있었다. 연구팀은 다른 원소들이 소재의 구조 특성에 미치는 영향을 최대한 배제할 수 있도록 구성 원소들의 함량을 체계적으로 제어하여 니켈(Ni) 원소의 함량에 따른 결정구조 특성 변화를 관찰하였다. 이를 통해 실제 니켈(Ni) 원소의 함량이 증가할수록 리튬 이온이 이동하는 통로(lithium ion channel)의 크기 증가와 리튬의 이동을 방해하는 양이온 무질서도(Cation disorder)의 감소현상을 파악하여 그간 어려움이 있던 고(高)에너지 소재 개발에 탄력을 줄 수 있게 되었다. 또한 층상구조 양극소재에서 특정 원소의 함량만으로도 리튬 이온 통로(lithium ion channel)의 크기를 조절(control)할 수 있다는 사실을 보여줌으로써 원자 수준(atomic level)에서의 고속 충-방전 소재를 디자인할 수 있는 새로운 가능성을 제공하고 있다. 더 나아가 본 연구에서는 층상구조에서 c축이 붕괴되더라도 실제 리튬 이온이 결정 구조 내에서 이동할 수 있는 환경을 유지한다는 사실을 발견함으로써, 전극 구조 내에 더 많은 에너지를 저장할 수 있는 길을 열었다. 에너지과학과 (DOES) 윤원섭 교수와 이원태 연구원이 수행한 본 연구는 소재과학(material sciences)분야의 세계적인 학술지인 '어드밴스드 에너지 머티리얼스 (Advanced Energy Materials, IF 16.72) 에 표지로 선정되었다. (2018.02.06.)
- No. 77
- 2018-07-04
- 3055
전자전기공학부 유우종 교수

인공뇌의 기억저장소자 고집적 신뢰성 확보

지난 3월 서울에서 열린 바둑대국에 전세계인이 집중했다. 구글社의 자회사 딥마인드가 개발한 인공지능 알파고와 이세돌 구단의 경기였다. 이 대국에서 1200여개의 컴퓨터(CPU)가 시간당 56KW의 전력을 소비한 알파고는, 시간당 불과 20W의 에너지를 소모한 이세돌 구단과 치열한 접전을 벌였다. 이는 인간의 뇌의 뛰어난 직관력 때문으로, 만약 인간의 뇌를 닮은 컴퓨터를 만든다면, 우리는 스마트폰에서도 알파고를 만날 수 있다. 이 때문에 인간의 뇌를 닮은 인공뇌(Neuromorphic) 개발 연구가 시작되고 있으며, 특히 뇌의 기억을 담당하는 시냅스를 모방한 소자 구현 연구가 활발히 진행중이며, 저항 메모리(RRAM)나 상변화 메모리(PRAM)등이 대표적이다. 멤리스터 단일소자를 이용한 인간 뇌의 시냅스 동작 모방에 어느 정도 성과를 보이고 있으나, 대량의 소자 집적 시 높은 에러율을 보이며 뉴로모픽 집적회로의 신뢰도가 급격히 떨어지는 문제점을 안고 있다. 반면, 플로팅 게이트의 충전과 방전을 이용한 메모리인 플래시 메모리는 10년 이상의 데이터 저장, 1,000,000회 이상의 충방전 등의 뛰어난 장점을 갖으며, 특히, 소자 간 특성 차이가 적어 회로 집적 시 100%에 가까운 신뢰도를 보이며 현대의 스마트폰, 컴퓨터 등의 주요 저장장치로 사용 중이다. 그러나 플래시 구조적 한계(3전극 구동)로 인해 시냅스(2전극 구동)에 적용이 불가능했다. 성균관대학교 유우종 교수(전자전기공학부) 연구진은 2016년 플래시 메모리의 구조를 변경(3전극  2전극)한 터널링 메모리(TRAM, Tunneling Random Access Memory)를 최초로 개발하여 시냅스 모방소자을 구현한 바 있다. 실제 사람 뇌 안의 100조개에 달하는 시냅스를 모방하기 위해서는 신뢰성 높은 메모리의 고집기술이 선행되어야 한다. 연구진은 최근 진행된 연구에서 터널링 메모리의 고집적 기술을 확보하였고, 집적메모리의 높은 신뢰성을 확인함으로써 100조개 시냅스 모방의 기초를 마련하였다. 개발 된 터널링 메모리는 2차원 나노물질인 그래핀, 이황화몰리브덴(MoS2)과 고품질의 절연막인 산화알루미늄(Al2O3)의 적층 방식으로 제작되었다. 이황화몰리브덴에 연결된 소스와 드레인 전극에 전압을 가하면 이황화몰리브덴 채널을 통해 전자(신호)가 흐르게 된다. 이때 드레인 전극과 그래핀 사이의 전계 차이에 의해 일부 전자가 수 나노미터의 두께의 얇은 산화알루미늄 절연층을 터널링 하여 그래핀에 저장된다. 저장된 전자는 소스전극과 그래핀 사이의 낮은 전계 차이로 인하여 터널링 되지 않고 그래핀에 유지될 수 있다. 이를 조절하여 저장된 전자의 양에 따른 이황화몰리브덴의 저항 변화를 통해 메모리의 특성이 구현된다. 연구진은 화학기상증착법(chemical Vapor Deposition, 이하 CVD)을 통하여 대면적으로 성장한 그래핀과 2차원 반도체를 활용해 대면적 메모리 집적기술을 확보하였다. 전기적 특성 측정에서 집적된 메모리 중 90%이상의 메모리에서 높은 신호 정밀도(on/off ratio 103)와 낮은 소자 변형(1%)을 보이며 터널링 메모리의 높은 신뢰도와 동작 안정성을 확보하였다. 또한, 깨지기 쉬운 게이트 전극과 절연막을 제거하여 휘어짐에 매우 적합한 구조를 확보했다. 향후 휘어지는(플렉시블) 스마트폰, 컴퓨터에 쉽게 적용돼 기술적 진보를 가져올 것으로 보인다. 본 연구는 과학기술분야 세계적인 학술지인 어드밴스드 매터리얼(Advanced Materials, IF 19.791)에 표지논문으로 선정됐다.
- No. 76
- 2018-07-04
- 4107
경영학과 김상균 교수

CEO의 은퇴시기에 따른 혁신 성과의 변화에 대한 연구

구체적으로, 본 연구는 노동시장 관점(labor market evaluation)과 레거시보존(legacy conservation) 관점을 활용하여 CEO의 위험성향에 영향을 주는 동기요인으로, 은퇴까지 남은 시기를 나타내는 개념인 CEO career horizon이 파괴적 혁신에 미치는 영향과 이를 매개/조절하는 경계상황을 규명하고자 하였다. 두 관점에 따르면, 은퇴시기가 가까운 CEO는 단기적 성과 악화와 지금까지 쌓아온 본인의 과업과 경력에 악영향을 미칠 수 있는 인수합병, R&D 투자, 자본적 지출, 사회적 책임, 파괴적 혁신과 같은 위험이 따르는 전략들에 투자하기보다는, 단기성과를 향상시켜 은퇴 후 노동시장에서 평가와 명성 유지에 도움이 되는 보수적인 전략을 선호하는 외험회피 성향이 강하기 때문에 기업의 미래 이윤 창출과 장기적 경쟁력이 저해할수 있음을 시사하였다. 681개 미국 기업들의 10년간 패널자료를 구성하여 실증 분석한 결과 CEO career horizon은 파괴적 혁신의 성취에 부정적인 영향을 미치며, 이러한 관계는 R&D 투자액 감소를 통해 매개되는 것으로 나타났다. 즉, CEO는 은퇴시기가 가까워질수록 CEO의 위험회피 성향으로 인해 R&D 투자를 줄이게 되고 결국 파괴적 혁신 성취의 가능성은 낮아짐을 알 수 있었다. 흥미로운 부분은 CEO의 위험성향이 기업의 학습행동 유형과 전략적 적합성이 존재할 때 파괴적 혁신성취에 오히려 도움이 된다는 것이다. 구체적으로 설명하자면, 자사의 기존 기술 개선과 같은 활용(exploitation) 중심의 학습행동을 선호하는 기업의 경우, 학습 행동과 은퇴시기가 가까운 CEO의 외험회피 성향과의 전략적 적합성으로 인해 CEO의 위험회피 성향이 기업의 파괴적 혁신 성취에 미치는 부정적인 영향력이 상쇄되는 반면, 새로운 기술개발 등 위험감수 성향이 뚜렷한 탐험(exploration) 학습행동을 선호하는 기업의 경우, 은퇴시기가 가까운 CEO의 위험회피 성향과 기업 학습 행동의 전략적 부적합으로 인해 파괴적 혁신 성취의 가능성은 더욱 낮아졌다. 이러한 연구결과는 기존 문헌에서 주장한 은퇴가 가까운 CEO의 위험회피 성향과 이에 따른 문제점을 지지함과 동시에, CEO의 위험성향이 기업의 학습행동과 전략적으로 적합하다면 오히려 혁신 성취 향상에 기여할 수도 있음을 시사한다. 결론적으로 본 연구는 기업의 파괴적 혁신에 영향을 주는 CEO의 동기요인을 고려함으로써 기업들이 혁신성과를 전략적으로 관리 할수 있는 효과적인 방안을 제시한다. 기업의 활용/탐색 정도와 CEO의 위험성향을 동시에 고려함으로써 파괴적 혁신에 미치는 부적정인 영향을 축소하고 긍정적인 영향을 이끌 수 있을 것이며, 더 나아가 노동시장에서 CEO의 성과평가 시 은퇴 이전의 단기 성과뿐만 아니라 기업의 발전을 위한 장기투자 여부와 그 진행사항까지 고려하여 기업의 목적과 CEO 간의 전략적 적합성 성취가 무엇보다 중요하다는 점을 역설한다.
- No. 75
- 2018-07-04
- 2872
화학과 이효영 교수

1T 가장자리 개질된 2H 이황화몰리브덴의 가교를 통한 고효율 박막트렌지스터

차세대 소자 구현이 주목 받으면서 플랙서블 박막트랜지스터(TFT)에 대한 연구가 꾸준히 진행되고 있다. 이차원 물질 중 하나인 이황화몰리브덴(MoS2)은 광학, 전기적, 화학적 특성이 우수해 전계효과 트랜지스터(FET)에 활용되고 있다. 하지만 대부분 합성 연구는 화학증착에 집중되어있어, 값싼 용액 공정으로 결정성을 유지하면서 MoS2를 제조할 수 있는 하는 방안이 필요하다. 기초과학연구원 나노구조물리 연구단 부단장 (IBS-CINAP, 단장 이영희) 및 화학과 소속 교수, 이효영 교수님 연구팀은 금속이온을 전혀 사용하지 않고 유기화합물 만으로 MoS2의 가장자리만 선택적으로 개질해 용액 공정으로 MoS2 FET구현을 에너지과학과 소속 정문석 교수님과 공동 연구했다(ACS Nano, 2017, 11, 12832-12839). 가장자리에 1T 상을, 기저는2H 상을 가진 MoS2(edge-1T basal-2H MoS2)를 만들기 위해 유기화합물인 4-Carboxy-benzenediazonium(+N2-benzene-COOH) tetrafluoroborate이라는 다이아조늄 염과 MoS2를 반응했다. 노출되어있는 벌크 MoS2의 가장자리에 있는 친핵성 황과 친전자성 +benzene-COOH 다이아조늄 염이 반응한다. 극성의 COOH 작용기가 MoS2 사이에 정전기적 반발을 형성하면서 벌크가 단일층으로 박리해 HOOC-benzene-MoS2(e-MoS2)가 만들어진다. 기저의 대면적 부분은 반도체 특성을 갖는 2H 결정성을 유지한 채, 가장자리 부분만 개질하면서 전도성 특성을 갖는 1T나 1T’ 상으로 바뀐다. 일반적으로 알려진 n-BuLi로 박리한 MoS2(n-MoS2)나 기저까지 개질된 MoS2(b-MoS2)는 박리 및 개질 과정에서 물질 기저 부분의 2H 상이 금속성의 1T나 1T’로 변하지만, e-MoS2는 대면적의 기저 부분이 2H 결정성을 유지하고 있어서 기존에 비해 높은 이동도(1.2 cm2/(V s))와 점멸비(106)가 나타났다. 이러한 소자 특성은 양이온성 고분자인 polydiallyldimethylammonium chloride(PDDA) 처리를 추가하면 더 향상된다. 양이온 고분자인 PDDA 층 위에 음전하를 띠는 COOH가 있는 e-MoS2로 박막을 만들게 되면 이온 결합으로 인한 분자간 결합력이 향상돼 채널 박막이 더 균일하게 형성된다. 높은 결정성과 PDDA에 의한 낮은 contact resistance 때문에 e-MoS2/PDDA 소자를 SiO2/Si 기판에 구현하면 드레인 전압이 1일 때 평균이동도 170.8 cm2/(V s)로 증가했다. 플랙서블 소자를 만들기 위해 e-MoS2/PDDA 소자를 PDMS/PET 기판 위에 구현했을 때에도 이동도 36.34 cm2/(V s)와 점멸도 103로 우수한 결과가 나왔다. 이차원 물질의 화학적, 전기적, 광학적 특성을 바꾸는 전략으로서 가장자리 개질 방법은 MoS2뿐만 아니라 다양한 이차원 층상 벌크 무기물질에 적용할 수 있다. 이는 다양한 이차원 재료를 저비용으로 전자 기기에 적용할 수 있다는 점에서 큰 잠재력을 가지고 있다.
- No. 74
- 2018-07-04
- 2918
물리학과 이영희 교수

단일층 이황화전이금속의 텔루륨화 촉매발견

기초과학연구원(IBS) 나노구조물리 연구단(단장 이영희)이 화학기상증착법(chemical Vapor Deposition, 이하 CVD)으로 합성된 단일층 이황화몰리브데늄의(MoS2) 황(S)을 텔루륨(Te)으로 치환하여 이텔루륨화몰리브데늄(MoTe2)으로 바꾸는 방법을 개발하는데 성공했다. 이러한 치환반응을 일으키기 위해서는 고온에서 반응이 필요한데 텔루륨화전이금속들은 열안정성이 낮아 MoS2를 MoTe2로 치환하려는 경우 MoTe2 물질이 불안해지는 문제점이 발생한다. 치환 후 생성물인 MoTe2는 700도 부근에서 열적으로 불안정하여 기화하는데, 어려운 점은 치환반응이 700도 미만에서는 일어나지 않는 것이다. 이러한 문제해결을 위해 텔루륨화 촉매인 텔루륨화나트륨(Na2Te)을 도입하여 낮은 온도(700도 미만)에서도 치환반응이 일어나 안정한 상의 MoTe2를 얻을 수 있었다. 연구팀은 텔루륨화 치환반응이 MoS2 결정의 가장자리부터 우선적으로 일어나는 것을 확인했고 이러한 현상을 이용하여 이종반도체 접합(MoS2-MoTe2)을 만들 수 있었다. 실험조건을 조절하여 다양한 상(MoS2-xTex 합금, 반도체성 2H-MoTe2, 금속성 1T'-MoTe2)를 얻을 수 있었다. 또한 MoS2-xTex 합금의 조성을 조절하여 그것의 밴드갭(Band gap)도 제어 가능함을 보였다. 이번 연구를 주도한 윤석준 박사는 “실제 불안정한 화합물이라도 이런 치환방법을 이용하면 합성이 가능하여, 자연에 존재하지 않는 화합물도 합성이 가능할 것” 이라고 예측했다. 연구팀이 개발한 텔루륨화 촉매를 이용한 치환방법은 (MoS2) 뿐만 아니라 다른 전이금속류인 이황화텅스텐(WS2)에도 적용 가능하여 향후 단일층 텔루륨화전이금속의 합성 기반기술로 활용될 것으로 예상된다. IBS 나노구조물리 연구단 이영희 연구단장, 윤석준 연구원이 수행한 연구성과는 과학기술분야 세계적인 학술지인 네이처 커뮤니케이션즈 (Nature Communications, IF 12.124)에 12월 18일 게재됐다.
- No. 73
- 2018-07-03
- 3362
식품생명공학과 우한민 교수

인공 시아노박테리아를 개발하여 이산화탄소로부터 고부가 파네신 화합물 합성

식품생명공학과 우한민 교수 연구팀은 미생물 대사공학기술을 이용한 새로운 기술을 발표했다. 인공 시아노박테리아의 광합성을 이용해 이산화탄소로부터 범용 파네신 화합물을 생산할 수 있는 원천기술을 확보하였다. 우한민 교수 연구팀의 연구 성과는 미국화학회에서 발간하는 국제학술지 ‘농업 및 식품화학 저널 (Journal of Agricultural and Food Chemistry)’에 12월 6일자 65권 48호 표지논문으로 선정되었다. 우한민 교수와 이현정 박사후연구원 연구팀은 대사공학기술을 이용해 미생물 내 여러 효소 반응으로 이루어진 대사회로를 재구성해 원하는 기술을 만들 수 있으며, 이 기술을 시아노박테리아에 도입하여 이산화탄소로부터 우리가 원하는 물질을 생산하는 연구성과를 이루어냈다. 본 연구를 통해 사과껍질에 존재하는 유전자를 인공적으로 시아노박테리아에 넣어서 파네신을 생산했으며 엄청난 양의 사과를 수집하고 그 안에서 파네신을 추출하는 대신, 시아노박테리아의 광합성을 이용해 이산화탄소로부터 직접 파네신을 합성하기 때문에 그 생산속도가 훨씬 빠르다고 강조했다. 우한민 교수는 “우리 연구가 갖는 가장 큰 장점은 탄소 순환형 생산기술이다. 석유계 비료를 이용해 얻은 비옥한 땅에서 성장이 가능한 일반 식물과는 다르게 시아노박테리아를 이용한 광배양은 척박한 땅에서도 가능하기 때문이다. 아직 연구단계이기 때문에 생산량과 효율 안정성을 높이고 대량화 연구가 가능하도록 지속적인 연구를 하는게 필요하며 향후에는 이산화탄소를 저감할 수 있는 동시에 고대 지구 생태계에 시아노박테리아가 산소를 제공했던 것처럼 앞으로 더 유익이 되는 기술로 성장할 수 있을 것이다.” 라고 설명하였다. 이번 성과는 한국 이산화탄소포집및처리 (Korea CCS) 2020사업과 학문후속세대양성사업의 지원을 받았다.
- No. 72
- 2018-07-03
- 4258
신소재공학부 서수정 교수

고성능/다기능의 다중층 그래핀이 합성된 금속 및 합금 Hybrid 나노 입자 제작과 교내 산학협력연구 성과기여

산학협력관련 서수정 교수는 정보통신용 신기능성 소재 및 공정연구센터 소장으로서 산업자원부로부터 1999년 지역기술혁신센터(TIC)를 지정 받아 반도체공정 클린룸, 초정밀 재료분석 장비 등 연구장비 인프라를 구축하였고 2002년 과학기술부로부터 지역협력연구센터(RRC)를 지정받아 TIC 사업으로 구축한 장비를 활용하여 연구개발 사업을 수행하였으며 2006년 산업자원부로부터 지역혁신센터(RIC)를 지정받아 교내 산학협력 연구 기반 및 인프라를 확충과 반도체 공정관련 인력양성 사업, 이공계 미취업자 교육, 산학연 네트워크 및 기술교류회, 공정기술지원 등 다양한 교육 사업과 기업지원 사업들을 지속적으로 운영하고 있다. 최근에는 2012년 산업자원부 지정 스마트부품 도금산업 고부가가치화 지원사업단(RIS), 2017년 경기도 지역협력연구센터(GRRC)와 한국전력 에너지 클러스터 사업 거점대학으로 선정되어 표면처리 분야와 첨단 센서 분야로 연구 범위를 넓히며 교내 산학협력의 교두보 역할을 하고 있다. 연구관련 신소재공학부 자성재료 연구실은 최근 3년간 기술이전 12건, 국내외 특허 등록 22건(국외 7)등의 성과를 올리고 있으며 최근에는 송영일 연구교수를 주축으로 환경적으로 유해하지 않고 제조공정이 간단한 공정(금속선을 이용한 고전압 폭발법)으로 고성능/다기능의 다중층 그래핀이 합성된 금속 및 합금 hybrid 나노 입자를 연구하여 복합 도금용 Additive, 잉크, 페이스트, 자성 유체, 에너지 저장 소재, 바이오 및 센서 소재에 효과적으로 적용할 수 있는 소재를 개발했다. 다중층 그래핀이 합성된 금속 나노 입자는 금속 코어에 다중층의 그래핀이 합성되어 있는 독특한 구조 때문에 일반적으로 금속입자가 외부 환경에서 갖는 문제점인 특성 저하와 산화 문제에 대한 단점을 해결할 수 있어 다양한 분야에 적용 및 활용이 가능하며 단위 부피당 높은 표면적과 나노 사이즈의 양자 효과에 의해 자기적, 광학적, 전기적으로 독특한 특성을 가지고 있다. 본 연구진은 현재의 전기폭발법을 통한 다중층 그래핀 금속코어 나노입자 연구 외에 공침법을 통해 더욱 다양한 금속 코어를 가진 나노입자 합성 기술을 개발 하고 있다. 또한 기존의 연구로 대면적 그래핀 합성 기술을 이용한 에너지 저장 소자 분야의 응용을 통해 향상된 전지소자 특성 결과를 얻었다. 향후 다중층 그래핀 금속 코어 나노입자와 이를 접목시켜 소재에서 소자로써의 Application 적용을 개발하기 위한 연구를 진행 하고 있다.
- No. 71
- 2018-07-03
- 4443
기계공학부 최혁렬 교수

실용화를 통하여 입증된 전문 서비스 로봇 기술

1995년 설립된 지능로봇 및 메카트로닉스 시스템 연구실(Intelligent Robotics and Mechatronic System Laboratory, 최근에 Robotics Innovatory로 변경, 이하 RI)는 최혁렬교수(성균관대 기계공학부)의 지도하에 지난 20년간 지능형 배관 검사 로봇, 초장대 교량 검사 로봇, 빌딩청소로봇, 상하수도관 탐사/보수로봇, 사족보행 로봇기술 등 필드로봇기술과 다지 다관절 로봇손 조작 기술, 고분자 소재를 이용한 소프트 액추에이터 및 센서기술, 로봇용 인터렉션센싱기술 등에 관하여 정부 및 산학과제를 활발하게 수행하고 있으며 UCLA, UNLV, Qatar대학 등과 국제협력을 활성화하고 있다. 이중 MRINSPECT VII는 최교수가 15년간 수행해온 배관로봇기술을 집약한 지능형 도시가스배관 검사 로봇 MRINSPECT Series의 최신 로봇으로 수직, 수평, 곡관, 분기관등 다양한 배관들로 구성된 8인치 도시가스 배관내부를 자체적으로 탑재된 센서를 이용 주행, 검사할 수 있는 로봇이다. MRINSPECT VII은 가동중인 고압 도시가스 배관내부에 투입이 되어 외부의 전원공급이 없이 1km이상을 주행하며 배관내부를 스캔할 수 있도록 설계된 로봇으로 최근 실배관에서 시험운전을 끝내고 실용화를 앞두고 있다. 또한, MRC^2 IN Series는 교량검사를 목적으로 개발한 로봇으로 이들 중 MRC^2 IN-II는 현수교의 케이블 유지/보수를 위해서 개발한 로봇으로 교량에 설치된 케이블위를 100이상 주행할 수 있는 로봇으로 최근 인천에 있는 대한민국 최대의 현수교인 영종대교에서 실증을 마친 바 있다. 로봇용 인터렉션 센싱 기술은 로봇에 작용하는 힘, 토오크, 근접거리등를 센싱하는 기술로 최교수는 이를 위한 정전용량형 센싱기술 및 다수의 특허를 보유하고 이를 기술이전/상업화하여 국내시장은 물론 세계적으로 로봇센싱기술을 선도하고 있다. 최근에 판매하고 있는 RFT Series는 6축 힘/토오크를 동시에 센싱할 수 있는 로봇용 센서로 미국/일본의 제품들이 선정해 왔던 국내 및 세계시장에 판매를 확대하고 있다. 관련하여 최교수는 2건의 토오크 센서기술의 기술이전을 한 바 있으며 근접센서기술의 상용화를 위한 연구를 진행하고 있다. 최교수는 로봇기술의 실용화 뿐만이 아니라 170편이상의 SCI논문과 130건이상의 국내외 특허등록실적, 380건이상의 국내외학술회의 발표, 16건의 저서를 발표한 바 있어서 학술적으로도 탁월한 능력을 보여주고 있다. 최교수는 2014년 국내 로봇산업 발전에 기여해 온 공으로 대한민국 로봇대상(산업부장관상) 수상, 한국로봇학회 오준호 학술상, 특허기술상 세종대왕상/지석영상, 2016 올해의 10대 기계기술상, IEEE ICRA Best Human Robot Interaction Paper Award등 권위 있는 상들을 수상한 바 있으며 2018년부터 한국로봇학회 회장직을 수행할 예정이다(연구실 홈페이지 http://mecha.skku.ac.kr).
- No. 70
- 2018-07-03
- 5157