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김태연 교수, 용매와 금속 배위로 제어되는 동적 이중층 분자 나노그래핀 규명

김태연 교수, 용매와 금속 배위로 제어되는 동적 이중층 분자 나노그래핀 규명 ▲ (왼쪽부터) 성균관대 화학과 김태연교수 (교신저자), 성균관대 화학과 곽도훈 학생 (제1 저자) 화학과 김태연 교수는 용매 극성과 금속 배위만으로 단분자(monolayer)와 이중층(bilayer) 형태가 정밀하게 전환되는 새로운 리본 형태의 나노그래핀을 규명하였다. 베이징사범대학교 Xian-Sheng Ke 교수 연구실의 유기·초분자 합성과, 성균관대 김태연 교수 연구실의 펨토초 시간분해 분광학 실험 및 이론 계산을 기반으로 공동 연구를 수행하였으며, 본 연구는 미국화학회(American Chemical Society)에서 발행하는 화학 분야 대표 학술지인 미국화학회지(Journal of the American Chemical Society, Impact factor: 15.7)에 2026년 4월 6일 논문으로 게재되었다. 그래핀 두 장을 쌓아 올릴 때 나타나는 독특한 전자적 현상(마법 각도 이중층 그래핀 등)에 착안하여, 최근에는 분자 수준에서 π-π 상호작용으로 이중층 구조를 구현하는 분자 이중층 그래핀(molecular bilayer graphene) 연구가 주목받고 있다. 그러나 구조가 명확하고 안정한 초분자 이중층 시스템은 단분자(monomer) 와 분리하기 어려웠고, 이로 인해 단분자–이량체 사이의 구조·광물리적 차이를 정량적으로 규명하는 것이 제한되어 있었다. 본 연구에서는 대표적 나노그래핀인 hexa-peri-hexabenzocoronene (HBC)의 양쪽 베이(bay) 영역에 다이피로메텐(dipyrromethene) 단위를 도입하여, 두 개의 카바포르피린(carbaporphyrin)이 융합된 리본형 나노그래핀 HBC2P를 합성하였다(그림 1). 이 분자는 약 1.9 nm 길이의 골격을 가지며, 보트형(boat-shaped)과 의자형(chair-shaped) 두 가지 형태 이성질체 사이를 약 3.55 kcal/mol의 낮은 장벽으로 빠르게 오가는 유연한 구조(예측 상호전환 속도 ≈ 1.5 × 1010 s−1)를 가진다. 용매 극성을 조절하는 것만으로 이 분자의 자기조립 거동을 완벽하게 제어할 수 있다는 점이 본 연구의 핵심 발견이다. 비극성 용매(톨루엔, DCM/CS2 혼합 용매)에서는 단분자 형태가 우세한 반면, 극성 용매(아세톤)에서는 두 개의 보트형 HBC2P가 등을 맞댄(back-to-back) 보트형 이중층 구조로 완전히 전환된다. 펨토초 순간 흡수 분광법(femtosecond transient absorption spectroscopy)을 이용한 들뜬 상태 동역학 연구에서 HBC2P는 반방향족성(antiaromatic) 포르피리노이드의 전형적인 이중 지수 감쇠 거동을 보였으며 특히 이량체에서는 내부 전환(internal conversion) 시간 상수가 증가하였다. 이러한 변화는 π-π 상호작용에 의해 비활성화 채널이 감소했음을 시사한다. NICS(Nucleus-Independent Chemical Shift)와 ICSS (iso-chemical-shielding surfaces), ACID (Anisotropy of the Induced Current Density) 계산 결과, 이량체 형성 시 카바포르피린 16π 전자 고리의 반방향족성이 감소하고 HBC 골격 내 벤젠 고리의 국소 방향족성이 오히려 증가하는 π-π 상호작용에 의한 전자 재분포가 규명되었다. 김태연 교수는 “본 연구는 용매 극성이라는 단순한 물리적 변수만으로 분자 수준에서 이중층 그래핀 유사 구조를 가역적으로 켜고 끌 수 있으며, 더 나아가 금속 배위를 통해 그 동적 거동 자체를 고정할 수 있음을 보인 사례이다. 반방향족성 기반 분자 스위치, 환경 감응형 화학 센서, 그리고 견고한 그래핀 조각에서 유연한 분자성 그래핀으로 나아가는 설계 원리를 제시하였다는 점에서 의의가 크다”라고 밝혔다. 또한 “앞으로 펨토초 시간-분해 분광법을 활용하여 이러한 동적 π-공액 시스템에서 나타나는 다양한 초고속 광유도 동역학을 지속적으로 탐구할 것”이라고 전했다.

2026-04-24

눈에 안 보이는 ‘유령’ 방사선, 이제 스마트폰 영상으로 본다

눈에 안 보이는 ‘유령’ 방사선, 이제 스마트폰 영상으로 본다 - 세계 최초 ‘증강현실(AR) 기반 방사선 시각화 시스템’ 공개, 글로벌 기술 선도 기대 - 방사선 누출 여부 스마트폰 영상으로 사전에 파악해 피폭 예방 ▲ AR 기반 방사선 시각화 시스템 구동 모습. (왼쪽) 방사선 분포를 보기 위한 스마트 안경, (오른쪽) 스마트 안경을 쓴 사람과의 거리가 표시되는 모습 메타버스기반방사선안전ICT연구센터(이하 ICT센터, 센터장 채종서 교수)가 오는 4월 22일(수)부터 25일(토)까지 4일간 중국 베이징 전시관에서 열리는 『2026 중국 원자력 산업 전시회(Nuclear Industry China, 이하 NIC 2026)』에 참가하여 세계 최고 수준의 방사선 안전 연구 성과를 선보인다. 이번 전시는 한국원자력협력재단의 지원을 통해 ‘한국관’의 핵심 기술로 출품되어 대한민국 원자력 ICT 기술의 우수성을 전 세계에 알릴 예정이다. 이번 전시회에서 우리 대학 ICT센터가 세계 최초로 공개하는 핵심 기술은 ‘증강현실(AR) 기반 방사선 분포 시각화 시스템’이다. 방사선은 색깔도 냄새도 없어 우리 눈으로는 그 위험을 직접 확인할 수 없다는 특징이 있다. 하지만 ICT센터가 개발한 이 시스템을 활용하면, 작업 현장의 탐지 센서 데이터를 스마트폰이나 스마트안경 화면 위에 실시간 그래픽으로 띄워준다. 이를 통해 방사선 누출 위치와 강도, 범위를 게임 속 화면처럼 직관적으로 확인할 수 있어, 그간 예방이 어려웠던 방사선 피폭 사고를 획기적으로 줄일 수 있는 ‘안전의 열쇠’가 될 것으로 기대된다. 아울러 ICT센터는 이번 전시에서 시각화 시스템 외에도 미래 원자력 산업을 이끌 다양한 첨단 기술들을 대거 공개한다. 위험 지역을 스스로 탐색하는 ‘지능형 방사선 탐지 로봇’, 가상 공간에서 안전 수칙을 재미있게 배울 수 있는 ‘메타버스 기반 교육용 AR·VR 게임’, 그리고 암 진단 및 치료에 활용되는 ‘의료용 사이클로트론 가속기’와 ‘세계 최초 X선 Dual-Head 방사선 치료기’ 등이 포함된다. 이러한 성과들은 방사선이 단순히 위험한 것이 아니라, 첨단 기술과 결합해 안전하게 관리되고 인류의 건강에 기여할 수 있음을 보여준다. ICT센터가 이번 전시회 장소로 중국을 택한 것은 중국이 세계 원자력 산업의 ‘기회의 땅’으로 급부상하고 있기 때문이다. 현재 중국은 가동 중인 60기의 원전 외에도 약 35기를 추가로 건설할 계획을 추진 중인 세계 최대의 시장이다. 특히 거대 입자가속기 건설과 가속기 복합형 미래 원전인 ‘토륨 원자로’ 개발까지 병행하며 원자력 분야의 인프라 구축 규모와 속도 면에서 전 세계를 선도하고 있다. 이러한 치열한 기술 경쟁의 장인 NIC 2026에서 우리 대학의 독자 기술을 선보이는 것은 글로벌 상용화와 수출을 위한 중요한 발판이 될 전망이다. 채종서 ICT센터장은 “세계에서 가장 빠르게 성장하는 중국 원자력 시장에 우리의 독보적인 기술을 직접 선보이게 되어 매우 뜻깊다”며, “세계 최초로 개발한 AR 방사선 시각화 시스템이 국제 무대에서 기술력을 인정받고, 실질적인 글로벌 수출 성과로 이어져 대한민국 원자력 안전 기술의 위상을 높일 수 있도록 최선을 다하겠다”고 포부를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행되었으며, 이번 참가는 한국원자력협력재단의 해외공동전시회 지원사업을 통해 이루어졌다. 성균관대 ICT센터는 국내 수출 유망 기업인 ㈜정우산기, ㈜리얼게인과 함께 한국관을 운영하며 시너지 효과를 창출할 계획이다. ▲ 방사선 구역으로 들어가기 전 사전 누출여부를 휴대폰으로 확인하는 모습 ▲ 네발로 걷는 지능형 방사선 탐지 로봇으로 방사선 작업구역을 순찰하여 누출현황, 거리, 세기 등의 정보를 사전 확인할 수 있다.

2026-04-21

차세대 에너지 ‘페로브스카이트 태양전지’ 글로벌 연구 동향 보고서 발간

차세대 에너지 ‘페로브스카이트 태양전지’ 글로벌 연구 동향 보고서 발간 - 박남규 교수팀·Clarivate 협력... 2012년 세계 최초 고체형 구현 이후 급성장 조명 - 한국·중국·미국 연구 주도 속 성균관대 세계 최고 수준의 연구 경쟁력 확인 ▲ 성균관대 박남규 교수, 최연우 박사, 박유진 연구원 본교는 차세대 태양전지로 전 세계적 주목을 받고 있는 ‘페로브스카이트 태양전지(Perovskite Solar Cells, 이하 PSCs)’ 분야의 기술 발전 과정과 글로벌 연구 동향을 집대성한 종합 분석 보고서를 발간했다. 이번 보고서는 화학공학부 박남규 교수 연구팀과 교내 평가기획팀이 공동 집필하였으며, 세계적인 학술 데이터 분석 기업인 클래리베이트(Clarivate)와 협력하여 제작되었다. 보고서에는 페로브스카이트의 기본 개념부터 기술적 진화 과정, 국가 및 주요 연구기관별 경쟁 구도 등 핵심적인 트렌드가 상세히 담겨 있어 관련 분야 학생들과 연구자들에게 유용한 지침서가 될 것으로 보인다. 특히 보고서는 지난 2012년 우리 대학 연구진이 세계 최초로 ‘고체형’ 페로브스카이트 태양전지를 구현하며 전 세계 태양광 연구의 패러다임을 바꾼 점에 주목했다. 페로브스카이트는 고유한 결정 구조를 기반으로 한 물질로, 저온 공정 기반의 제조가 가능하고 유연한 소자 구현에 유리한 차세대 태양전지 소재로 주목받고 있다. 우리 대학의 혁신적인 연구 이후 해당 기술은 짧은 기간 내에 효율이 급격히 상승하며, 현재는 기존 실리콘 전지의 한계를 극복할 수 있는 차세대 태양전지의 유력한 기술로 평가받고 있다. 학술 연구 정보 서비스인 ‘웹 오브 사이언스(Web of Science)’ 데이터를 기반으로 분석한 결과, 페로브스카이트 태양전지 분야는 2012년 이후 폭발적인 성장세를 보였다. 국가별로는 한국, 중국, 미국이 연구를 선도하고 있으며, 그중에서도 우리 논문 발표 수, 피인용 횟수, 상위 1% 논문 비율 등 주요 평가지표에서 세계 최상위권의 성적을 기록하며 글로벌 핵심 연구 거점임을 다시 한번 입증했다. 또한 보고서는 페로브스카이트 태양전지가 탄소중립 실현과 ESG 경영 측면에서 갖는 가치를 강조했다. 아울러 실리콘 태양전지와 페로브스카이트를 적층한 ‘탠덤(Tandem) 구조’기술의 발전으로 상용화 가능성이 높아지고 있다고 분석했다. 이번 연구를 주도한 박남규 교수는 “미래 사회의 에너지는 대부분 전기에너지로 전환될 것이기에 이를 저비용·고효율로 생산하는 기술이 무엇보다 중요하다”며 “탄소 배출이 없는 태양광 발전 중에서도 페로브스카이트 기술은 미래 에너지 사회를 주도할 핵심 병기가 될 것”이라고 말했다. 이어 “우리 대학은 해당 분야의 기틀을 마련한 자부심을 바탕으로 앞으로도 글로벌 연구 혁신을 이끌어 나가겠다”고 포부를 밝혔다. 한편, 우리 대학과 클래리베이트는 이번 보고서 발간을 기념하여 오는 6월, 전 세계 연구자들과 함께 페로브스카이트 태양전지의 미래를 논의하는 ‘글로벌 웨비나(Webinar)’를 개최할 예정이다. ※ 보고서명: Perovskite Solar Cells: A Roadmap for Advancing Future Energy Innovation (페로브스카이트 태양전지: 미래 에너지 혁신을 여는 로드맵) ▲ 페로브스카이트 태양전지의 소자 구조와 효율 향상 동향

2026-04-20

화학공학부 이동엽 교수팀, 바이오의약품 생산의 ‘디지털 내비게이터’ 표준 모델 발표

화학공학부 이동엽 교수팀, 바이오의약품 생산의 ‘디지털 내비게이터’ 표준 모델 발표 - 전 세계 13개국 20여 기관 참여한 글로벌 공동연구 결실, 차세대 가상세포 모델 ‘iCHO3K’ 개발 - AI 기반 단백질 구조 예측 기술 융합해 첨단바이오의약품 생산공정의 디지털 전환(DX) 선도 ▲ (왼쪽부터) 화학공학부 이동엽 교수, 최동혁 박사 화학공학부 이동엽 교수 연구팀은 인공지능(AI) 기반의 단백질 구조 예측 기술과 시스템생물학을 융합하여, 바이오의약품 생산의 핵심인 동물세포의 상태를 정밀하게 예측하고 제어할 수 있는 차세대 디지털 가상세포 모델 ‘iCHO3K’를 발표했다. 바이오의약품은 살아있는 세포를 이용해 만드는 복잡한 치료제로, 이를 생산하기 위해서는 ‘CHO 세포’라는 일종의 ‘세포 공장’이 필요하다. 마치 자동차를 만들 때 정밀한 설계도와 시뮬레이션이 필요하듯, 바이오의약품 생산에서도 세포 내부에서 일어나는 수많은 생화학 반응을 예측하는 것이 매우 중요하다. 하지만 지금까지는 관련 데이터와 모델이 전 세계적으로 흩어져 있어 연구자들이 통합적으로 활용하는 데 어려움이 있었다. 이동엽 교수팀이 이번에 공개한 ‘iCHO3K’는 전 세계 13개국 20여 개의 권위 있는 연구기관이 참여하여 완성한 글로벌 표준 모델이다. 연구팀은 파편화되어 있던 기존의 디지털 모델들을 하나로 통합하고, AI 기술을 통해 세포 내 단백질의 3차원 구조 정보까지 반영함으로써 실제 세포의 움직임을 가장 가깝게 구현해냈다. 이는 마치 구형 종이 지도를 사용하던 시대를 지나, 실시간 교통 상황을 반영하는 정밀한 ‘디지털 내비게이터’를 확보한 것과 같은 혁신적인 성과다. ▲ 동물세포 배양 시스템과 세포의 복잡한 대사 활동과 조절 메커니즘, 효소들의 3차원 구조 정보들을 통합한 차세대 디지털 가상세포 모델 ‘iCHO3K’ 연구팀은 이번 모델에 약 3,500개의 유전자와 11,000개 이상의 생화학 반응 데이터를 담았다. 특히 최근 주목받는 AI 단백질 구조 예측 기술을 접목하여, 세포 내 효소들이 어떻게 반응하는지 물리적 제약 조건까지 계산할 수 있도록 설계했다. 이를 통해 연구자들은 컴퓨터상에서 미리 시뮬레이션을 해봄으로써, 실제 실험 횟수를 획기적으로 줄이면서도 의약품 생산 효율을 극대화할 수 있게 되었다. 이번 연구는 우리 대학이 글로벌 바이오 연구의 중심에서 프로젝트를 주도했다는 점에서 큰 의미를 갖는다. 미국, 영국, 덴마크 등 각국의 전문가들이 합의한 표준 모델인 만큼, 향후 전 세계 바이오 기업과 연구소들이 의약품 생산 공정을 개발할 때 ‘iCHO3K’를 공통된 기준점으로 사용하게 될 전망이다. 공동 제1저자인 최동혁 박사는 “이번 모델을 통해 세포 내부의 복잡한 대사 현상을 마치 기계 장치를 들여다보듯 구조적으로 해석할 수 있게 되었다”고 설명했다. 연구를 이끈 이동엽 교수는 “iCHO3K는 사람이 직접 조종하지 않아도 최적의 조건으로 의약품을 생산하는 ‘자율주행 바이오공정 디지털 트윈’을 구현하기 위한 핵심 기술”이라며, “대한민국이 첨단 바이오의약품 제조 공정 혁신에서 세계적인 주도권을 확보하는 데 기여할 것”이라고 강조했다. 본 연구는 과학기술정보통신부와 산업통상자원부의 지원으로 수행되었으며, 시스템생물학 분야의 세계적 학술지인 ‘셀 시스템즈(Cell Systems)’에 2026년 4월 15일 게재되었다. ※ 논문명: A community reconstruction of Chinese hamster metabolism and structural systems biology elucidate metabolic rewiring in lactate-free CHO cells ※ 학술지: Cell Systems (2026) ※ 논문링크: https://doi.org/10.1016/j.cels.2026.101574

2026-04-20

장지수 교수팀, ‘온실기체로 전기를 만든다’... 신개념 가스전지 원천기술 개발

장지수 교수팀, ‘온실기체로 전기를 만든다’... 신개념 가스전지 원천기술 개발 - 온실기체 포집과 전력 생산을 동시에... 에너지 소모형에서 생성형으로 패러다임 전환 - 자가발전 IoT·산업 배출가스 저감 등 탄소중립 실현할 차세대 에너지 플랫폼 기대 ▲ (왼쪽부터) 성균관대 장지수 교수, 아주대 윤태광 교수, 충북대 김한슬 교수 나노공학과 장지수 교수 연구팀은 아주대 윤태광 교수, 충북대 김한슬 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 대기 중 온실기체를 흡착하는 과정에서 전기를 스스로 만들어내는 신개념 에너지 소자인 ‘가스전지(Gas Capture and Electricity Generator, GCEG)’를 개발했다. 이는 지구가 뜨거워지는 원인인 온실기체를 단순히 가두는 수준을 넘어, 유용한 에너지원으로 탈바꿈시킨 혁신적인 성과로 평가받는다. 최근 기후 위기 해결을 위해 탄소를 포집하고 저장하는 기술(CCUS)이 주목받고 있으나, 기존 방식은 온실기체를 모으고 처리하는 과정에서 오히려 막대한 양의 전기나 열 에너지를 소모해야 한다는 한계가 있었다. 공동연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 온실기체가 전극 표면에 달라붙을 때 발생하는 물리·화학적 에너지를 직접 전기에너지로 변환하는 완전히 새로운 방식의 소자를 제안하였다. 연구팀이 개발한 가스전지는 탄소 기반 전극과 하이드로겔 소재를 비대칭 구조로 결합한 형태이다. 대기 중의 질소산화물(NOx)이나 이산화탄소(CO₂)가 장치에 흡착되면 내부에서 전하의 재분포가 일어나고 이온이 이동하면서 외부 전원 없이도 지속적인 직류 전기를 생산한다. 즉, 공기 중의 오염물질이 전지의 ‘연료’가 되어 환경을 정화함과 동시에 전력을 공급하는 셈이다. ▲ 온실기체 흡착기반 전력발생 장치 ‘가스전지’의 원리를 설명하는 그림 이 기술은 향후 별도의 배터리 없이 작동하는 스마트 환경 센서나 자가발전 IoT 시스템은 물론, 대량의 배출가스가 나오는 산업 현장에서 에너지 회수와 탄소 저감을 동시에 달성하는 핵심 기술로 활용될 수 있다. 특히 분산형 에너지 시스템에 적용될 경우 탄소중립 실현을 앞당기는 데 기여할 것으로 보인다. 장지수 교수는 “이번 연구는 온실기체를 단순히 처리해야 할 골칫덩이가 아니라, 새로운 에너지 자원으로 활용할 수 있음을 보여준 사례”라며 “앞으로 이 기술을 탄소중립을 넘어 에너지를 생성하는 환경 기술 플랫폼으로 발전시켜 나가겠다”고 포부를 밝혔다. ▲ 온실기체 흡착기반 전력발생 장치 ‘가스전지’ 논문 표지 사진 이번 연구 성과는 재료과학 분야의 세계적 권위지인 ‘에너지 앤 이바이론멘탈 사이언스(Energy & Environmental Science, IF: 31.0)’에 게재되었으며, 연구의 우수성과 독창성을 인정받아 해당 학술지의 대표 표지(Front cover) 논문으로 선정되었다. ※ 논문명: Electrical power generation from asymmetric greenhouse gas capture ※ 학술지: Energy & Environmental Science (IF: 31.0) ※ 논문링크: https://doi.org/10.1039/D5EE06789H

2026-04-16

신문처럼 인쇄하는 렌즈 시대 개막...메타렌즈 초고속 대량생산 기술 확보

신문처럼 인쇄하는 렌즈 시대 개막...메타렌즈 초고속 대량생산 기술 확보 - 롤투롤 나노임프린팅 공정으로 초당 300개 생산... 기존 대비 생산성 100배 향상 - 가시광 전 영역에서 동작하는 고효율 메타렌즈 양산 기술, 세계적 학술지 ‘네이처(Nature)’ 게재 ▲ (왼쪽부터) 성균관대 조규진 교수, 포항공대 노준석 교수, 성균관대 김인기 교수 생명물리학과·지능형정밀헬스케어융합전공 조규진·김인기 교수 연구팀이 포항공과대학교 노준석 교수 연구팀과 공동으로, 가시광 영역에서 동작하는 ‘메타렌즈’를 초당 300개 이상의 속도로 생산할 수 있는 ‘롤투롤(Roll-to-Roll) 나노임프린팅’ 공정 기술을 개발했다. 이번 연구 성과는 그동안 실험실 수준의 소량 생산에 머물러 있던 메타렌즈 제작의 한계를 극복하고, 실제 산업 현장에 적용 가능한 초고속·저비용 대량 생산의 길을 열었다는 점에서 큰 의미를 갖는다. 연구 결과는 세계 최고 권위의 국제 학술지인 ‘네이처(Nature)’에 4월 16일 온라인판으로 게재되어 학계의 주목을 받고 있다. 메타렌즈는 머리카락보다 수백 배 얇은 나노 구조체를 이용해 빛을 조절하는 초박형 광학 소자다. 기존의 크고 무거운 굴절 렌즈를 획기적으로 줄일 수 있어 차세대 광학 기술로 꼽히지만, 제작 과정에서 비싼 반도체 공정을 사용해야 해 상용화에 어려움이 있었다. 이에 공동연구진은 신문을 찍어내는 방식과 유사한 ‘롤투롤’ 공정을 적용했다. 유연한 기판 위에서 연속적으로 나노 구조를 형성하는 이 기술을 통해 연구팀은 기존 대비 100배 이상의 생산성을 확보했으며, 12인치 대면적 공정에서 1.5초마다 메타렌즈 어레이를 생산하는 데 성공했다. ▲ 롤투롤 나노임프린팅 기반 메타렌즈 대량 생산 공정 연구팀은 생산성뿐만 아니라 렌즈의 성능도 극대화했다. 저굴절률 폴리머 구조 위에 이산화티타늄(TiO2) 박막을 원자층 증착(ALD) 방식으로 코팅하여, 빛을 모으는 효율을 기존 10% 수준에서 최대 90%까지 끌어올렸다. 이는 가시광선 전 영역에서 고해상도 이미징이 가능한 수준으로, 실제 실험 결과 회절 한계에 가까운 정밀한 초점 형성을 확인하였다. ▲ 제작된 대면적 메타렌즈 조규진 교수는 “이번 기술은 환경오염 없이 고속 대량 생산이 가능한 저비용 제조 기술”이라며 “지속 가능한 분산형 롤투롤 인쇄 파운드리 플랫폼으로서 전 세계로 뻗어나가는 ‘K-제조 플랫폼’으로 성장할 것”이라고 포부를 밝혔다. 또한 김인기 교수는 “세 연구 그룹의 설계, 제작, 응용 기술이 집약되어 세계 최고 수준의 완성도를 이뤄냈다”며 “이제는 메타렌즈의 대량생산이 가능해지면서 로봇･드론 등에 활용이 가능한 초소형 카메라 및 바이오･의료 영상을 위한 현미경 등에도 메타렌즈가 활발히 적용될 것”이라고 덧붙였다. 이번 연구는 과기정통부 ERC R2R인쇄유연컴퓨터 개발 연구센터와 미래개척융합과학기술개발사업(글로벌융합연구지원사업, 미래유망융합기술파이오니아사업), 중견연구자지원사업, 삼성미래기술육성사업, 포스코홀딩스 N.EX.T Impact 사업 등의 지원을 받아 수행됐다. ※ 논문명: 300-unit-per-second roll-to-roll manufacturing of visible metalenses ※ 학술지: Nature (2026) ※ 논문링크: 10.1038/s41586-026-10369-y

2026-04-16

성균나노과학기술원 김영준 교수팀, 배터리 제조의 혁명 ‘건식전극’ 세계 최고 밀도 구현 및 파운드리 사업화 도전

성균나노과학기술원 김영준 교수팀, 배터리 제조의 혁명 ‘건식전극’ 세계 최고 밀도 구현 및 파운드리 사업화 도전 - 건식전극 공정 맞춤형 ‘원바디’ 소재 개발로 전지 성능과 생산성 극대화 ▲ (왼쪽부터) 나노과학기술학과 김영준 교수, 미래에너지공학과 김현승 교수, 구진교 박사 성균나노과학기술원 김영준 교수 연구팀이 차세대 배터리 혁신 제조 공정으로 주목받는 ‘건식전극’ 공정에 최적화된 소재 기술을 개발하고, 이를 통해 세계 최고 수준의 에너지 밀도를 가진 전극 원천기술을 확보했다. 이번 연구는 배터리 생산 패러다임을 바꿀 획기적인 성과로 평가받고 있다. 건식전극 기술은 리튬이온전지나 전고체전지 등 배터리 전극을 제작할 때, 기존의 액체 용매를 사용하는 방식에서 벗어나 용매 없이 고체 가루 형태의 원료를 직접 뭉쳐 전극을 만드는 기술이다. 이는 제조 과정에서 발생하는 유해 물질을 없애고 건조 공정을 생략할 수 있어 매우 친환경적이며 효율적이다. 현재 글로벌 전기차 기업인 테슬라가 양산화를 주도하고 있으며, 전 세계 배터리 기업들이 앞다퉈 기술 확보에 매진하고 있는 분야다. ▲ 배터리 혁신을 이끄는 건식전극 제조 공정 단계 및 원천 소재 기술 연구 성과 개요도 김영준 교수 연구팀은 건식전극 공정의 고질적인 문제였던 ‘균일한 혼합’과 ‘대면적 생산’의 어려움을 해결하기 위해 활물질(에너지를 저장하는 물질)과 도전재(전기를 흐르게 돕는 물질)를 하나로 합친 ‘원바디(One-body)’ 소재를 개발했다. 이 소재를 통해 고품질의 전극을 대량으로 생산할 수 있는 핵심 기술을 완성했으며, 연세대학교 이용민 교수팀과의 시뮬레이션 협업을 통해 기술의 성능과 신뢰성을 객관적으로 검증했다. 김영준 교수는 “건식전극 기술은 단순한 친환경 공정을 넘어 배터리의 성능과 품질, 그리고 안전성을 획기적으로 높일 수 있는 최적의 해결책”이라며, “이번에 개발한 특화 소재와 생산 공정 기술은 배터리의 제조 원가를 대폭 낮추고 글로벌 시장에서의 성능 경쟁력을 동시에 확보할 수 있는 중요한 발판이 될 것”이라고 연구의 의미를 강조했다. 연구팀은 학술적 성과에 그치지 않고 기술의 실제 상용화를 위해 연구실 창업 스타트업인 (주)코리너지솔루션을 통해 파운드리(위탁 생산) 사업화를 본격 추진할 계획이다. 특히 삼성SDI와 LG에너지솔루션 등 산업계 현장 경험이 풍부한 본교 교수진과 협력하여, 차별화된 건식전극 설계 및 셀 제조 기술을 고도화함으로써 국내 배터리 산업의 위상을 높이겠다는 포부를 밝혔다. 이번 연구는 한국연구재단 나노소재기술개발사업의 지원으로 수행되었다. 양극 건식전극 관련 연구 결과는 에너지 분야 세계 최고 권위지인 ‘주울(Joule, IF 35.4)’에 게재되었으며, 음극 관련 연구는 ‘카본 에너지(Carbon Energy, IF 24.2)’ 온라인판에 실려 그 학술적 가치를 전 세계적으로 인정받았다. ※ 논문명 1: A continuous carbon nanotube sheath enables ultrahigh energy density and fast charging in dry-processed thick electrodes ※ 학술지: Joule ※ 논문링크: https://doi.org/1016/j.joule.2026.102392 ※ 논문명 2: Dry-Processed Graphite Electrodes Enabling Ultra-High Areal Capacity and Stable Fast-Charging Performance ※ 학술지: Carbon Energy ※ 논문링크: https://doi.org/10.1002/cey2.70163

2026-04-15

화학공학과 박성준 교수 연구팀, ‘영하 20도에서 9배 늘여도 멀쩡한 에너지 저장소재’ 개발

화학공학과 박성준 교수 연구팀, ‘영하 20도에서 9배 늘여도 멀쩡한 에너지 저장소재’ 개발 - 영하 20℃에서도 900% 신율 유지…극한환경 유연 에너지저장장치 구현 가능 -‘Nano-Micro Letters’ 게재…4만5000회 충방전 후에도 98% 성능 유지 ▲ (왼쪽부터) 박성준 화학공학과 교수와 제1저자인 칭스 장 박사과정생 화학공학과 박성준 교수 연구팀이 액체금속 입자를 활용해 영하 20℃ 환경에서도 원래 길이의 9배까지 늘어나는 변형에도 성능 저하 없이 작동하는 초고신축·항동결 수화젤 전해질을 개발했다. 이번 성과는 극한 환경에서도 안정적으로 작동하는 에너지 저장장치 구현에 활용될 것으로 기대된다. 웨어러블 전자기기 발전으로 유연성·안정성을 동시에 구현한 에너지 저장 기술 수요가 늘고 있다. 전하를 나르는 통로인 전해질의 물성이 핵심이다. 수분 함량이 높은 기존 수화젤 기반 전해질은 기계적 강도가 낮고 저온에서 쉽게 동결돼 성능이 떨어진다. 연구팀은 액체 원료가 단단하고 질긴 고분자 고체로 변하도록 첫 단추를 끼워주는 '개시제' 물질로 액체금속 입자를 활용했다. 액체금속 입자를 초음파로 분산한 뒤 원료인 아크릴아마이드와 아크릴산의 중합을 유도해 수화젤을 제조하는 원리다. 외부 열이나 자외선과 같은 추가적인 에너지 공급이 필요없다. 물과 잘 결합하지 않는 소수성 물질인 스티렌메타크릴레이트(SMA)를 첨가해 고분자 사슬 사이의 물리적 가교를 만들었다. 외부 힘으로 변형되면 결합이 끊어졌다가도 쉽게 재형성돼 신축성이 매우 높아지는 원리다. 재료가 끊어지기 직전까지 원래 길이보다 최대로 늘어난 값인 파단신율이 900%에 달했다. 수화젤을 염화리튬(LiCl) 용액에 침지하자 물 분자 사이의 수소결합을 억제하는 항동결 특성이 구현됐다. 영하 20℃에서도 전도성과 유연성을 동시에 유지할 수 있다. 개발된 전해질로 만든 에너지 저장장치는 4만5000회 충방전 후에도 98%의 성능을 유지했다. ▲ 액체금속 기반 수화젤 전해질의 제조 및 소자 구조 모식도 연구팀은 "실용화를 위해서는 장기간 사용 시의 안정성 검증과 대면적 공정에서의 재현성 확보가 필요하다"며 "다양한 전극 소재 및 실제 디바이스 환경과의 호환성을 추가적으로 평가해야 한다"고 설명했다. 박 교수는 "액체금속을 활용한 새로운 수화젤 전해질 설계 전략을 제시했다"며 "향후 웨어러블 전자기기 및 차세대 유연 에너지 저장장치 개발에 활용될 것으로 기대된다"고 밝혔다. 연구결과는 3월 13일 국제학술지 '나노-마이크로 레터스'에 공개됐다. ※ 논문명: Ultra-Stretchable Anti-Freezing Hydrogel Electrolytes Cross-Linked by Liquid Metal Particle Initiators Toward Soft Energy Storage Devices ※ 학술지: Nano-Micro Letters ※ 저자명: 교신저자 성균관대 박성준 부교수, 제1저자 성균관대 Qingshi Zhang 박사과정생 ※ 논문링크: doi.org/10.1007/s40820-026-02126-7

2026-04-08

아동·청소년학과, SSCI 국제학술지 3건 게재 및 해외 진출 성과로 글로벌 경쟁력 입증

아동·청소년학과, SSCI 국제학술지 3건 게재 및 해외 진출 성과로 글로벌 경쟁력 입증 ▲ (왼쪽부터) 아동·청소년학과 이서우, 강란, 짱쩌카이 원우 아동·청소년학과(학과장 이태경 교수)가 BK 참여 대학원생들의 SSCI 국제학술지 3건 게재와 해외 진출 성과를 통해 글로벌 연구 경쟁력을 입증하고 있다. 특히 BK 참여 대학원생들의 연구가 SSCI급 국제학술지에 연이어 게재되며 학과의 연구 역량을 대외적으로 보여주고 있다. 이서우 학생은 청소년의 정신병리 증상과 회복탄력성 과정을 분석한 연구를 발표하며, SSCI급 국제학술지 Journal of Youth and Adolescence (Developmental Psychology 분야 상위 19.6%. 2025)에 논문을 게재하였다. 강란 학생은 다문화 가정에서의 스트레스 상호작용과 양육 효능감을 분석한 연구로 Journal of Family Psychology (Family Studies 분야 상위 31.1%, 2026)에 게재가 확정되었다. 또한 장쩌카이는 다문화 청소년의 문화적 스트레스와 적응 과정, 정신건강 간의 관계를 분석한 연구를 통해 Cultural Diversity and Ethnic Minority Psychology (Ethnic Studies 분야 상위 2.5%, 2024)에 논문을 게재하였다. 이들 학생의 지도교수인 이태경 교수 연구실은 청소년 발달 분야를 중심으로 국제 학술지 게재 성과를 꾸준히 이어가고 있다. 또한 아동·청소년학과 대학원 졸업생들(지도교수: 송하나 교수, 이태경 교수)은 최근 미국, 중국, 몽골 등 해외 대학 전임교수로 임용되었으며, 글로벌 IT 기업인 Tencent Technology에 진출하는 등 다양한 분야에서 활동하고 있다. 현재 아동·청소년학과는 University of Texas at Austin, Vanderbilt University, The Hebrew University of Jerusalem(이스라엘), Victoria University of Wellington(뉴질랜드), 몽골 국립교육대학교(몽골) 등과의 네트워크를 바탕으로 국제 공동연구 및 학술 교류를 확대해 나가고 있다.

2026-04-07

에너지과학과 정소희 교수팀, 세계 최고 성능 ‘친환경 양자점 적외선 카메라’ 최초 구현

에너지과학과 정소희 교수팀, 세계 최고 성능 ‘친환경 양자점 적외선 카메라’ 최초 구현 - 독성 없는 소재로 기술 국산화... 자율주행·야간 보안의 핵심인 차세대 ‘눈’ 개발 - 기존 대비 누설 전류 1,000배 억제, 성능 20배 향상하며 산업 상용화 혁신 ▲ (왼쪽부터) 에너지과학과 정소희 교수, 박영상 박사 에너지과학과 정소희 교수 연구팀이 독성이 없는 친환경 소재인 ‘InAs’ 기반 양자점을 활용해, 세계 최고 수준의 성능을 갖춘 초고속 적외선 센서와 실시간 적외선 이미지 센서(카메라)를 잇달아 개발하며 차세대 적외선 기술의 상용화 가능성을 입증했다. 적외선 광센서는 어두운 밤이나 안개가 자욱한 환경에서도 물체를 정확히 식별할 수 있게 해주는 장치로, 자율주행 자동차의 ‘눈’이라 불리는 라이다(LiDAR)와 야간 보안 감시, 의료용 이미지 촬영 분야의 핵심 부품이다. 하지만 기존에 사용되던 센서는 제작 비용이 매우 비싸고 공정이 복잡하다는 단점이 있었다. 이를 대체하기 위해 연구되던 기존 양자점 센서들 또한 인체에 해로운 ‘납(Pb)’ 성분을 포함하고 있어, 성능이 뛰어나면서도 인체와 환경에 무해한 친환경 소재 개발이 절실한 상황이었다. ▲ 전하수송층의 도핑 조절을 통한 소자 내부 전기장 분포 재구성 및 누설전류 억제. 표면 개질을 통한 실시간 적외선 이미징 솔루션 구현 정소희 교수 연구팀은 센서 내부에서 전기가 불필요하게 새어 나가는 ‘누설 전류’와 이로 인해 신호가 왜곡되는 문제에 주목했다. 연구팀은 기존의 일반적인 구조에서 벗어나, 소자 내부의 전기장을 정밀하게 조절할 수 있는 새로운 설계 방식을 제안했다. 그 결과, 누설 전류를 기존보다 1,000배 이상 줄이는 데 성공했으며, 빛을 감지하는 능력인 광검출도를 20배 이상 향상시켜 친환경 소자의 한계로 지적되던 느린 속도와 잡음 문제를 동시에 해결했다. 나아가 연구팀은 단순한 부품 연구를 넘어, 수만 개의 픽셀이 결합된 카메라 형태의 ‘적외선 이미저’를 세계 최초로 선보였다. 이는 실험실 수준의 기술을 넘어 실제 카메라로 구동이 가능하다는 것을 증명한 것이다. 특히 연구팀이 개발한 표면 처리 기술을 적용하면, 육안으로는 볼 수 없는 밤이나 안개 속에서도 물체를 선명하게 식별할 수 있어 보안 산업 전반에 걸쳐 큰 변화를 가져올 것으로 기대된다. 정소희 교수는 “이번 연구 성과는 친환경 양자점 기술이 단순히 실험실 안의 연구에 머물지 않고, 실제 산업 현장에서 쓰일 수 있는 ‘이미징 시스템’ 단계까지 올라왔음을 의미한다”며 “앞으로 자율주행차뿐만 아니라 민간과 군사 분야를 아우르는 차세대 보안 카메라 시장에서 우리나라가 핵심 기술을 선점하는 데 기여할 것”이라고 밝혔다. 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 미래소재디스커버리사업, 미래기술연구실 및 중견연구사업, 교육부의 이공분야 학술연구지원사업과 핵심연구지원센터, 산업통산자원부 산업혁신인재성장지원사업, 시장주도형 K-센서 기술개발사업의 지원으로 수행되었으며, 연구 결과는 재료 과학 분야의 세계적 권위지인 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’와 ‘나노 레터스(Nano Letters)’에 각각 게재되어 그 학술적 가치를 인정받았다. ※ 논문명 1: Internal field tailoring enables low noise high speed colloidal quantum dot photodetectors beyond 1500 nm ※ 학술지: Nature communications ※ 논문링크: https://doi.org/10.1038/s41467-026-71335-w ※ 논문명 2: InAs Nanocrystal-based Infrared Imager Operating beyond Telecom Wavelengths ※ 학술지: Nano Letters ※ 논문링크: https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6c00152 ※ 관련 영상자료: https://www.youtube.com/watch?v=R3lwkpnhEcA

2026-04-06