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아주대 화학과 장혜영 교수팀이 이산화탄소를 통해 친환경 고분자 소재 PPC를 제조할 수 있는 고활성 촉매를 세계 최초로 개발하는 데 성공했다. 경제성이 높고 독성이 없어 친환경 소재 개발이 필요한 국내 화학 산업에서 다양한 활용이 가능할 전망이다. 장혜영 교수팀은 이산화탄소로부터 친환경 고분자 소재인 PPC(polypropylene carbonate)를 제조할 수 있는 고활성 촉매 개발에 성공했다고 밝혔다. 해당 내용은 ‘박막형 아연-갈산 촉매를 활용한 이산화탄소 고분자 합성(Ultrathin Zn-Gallate Catalyst: A Remarkable Performer in CO2 and Propylene Oxide Polymerization)’이라는 제목으로 저명 학술지 <ACS 서스테이너블 케미스트리&엔지니어링(ACS Sustainable Chemistry&Engineering)> 2월 온라인판에 부표지 논문(Supplementary Journal Cover)으로 게재됐다. 이번 연구에는 아주대 장혜영 교수(화학과·대학원 에너지시스템학과, 위 사진 왼쪽)와 김승주 교수(화학과, 위 사진 오른쪽)가 교신저자로 참여했고, 양용문 석사 졸업생(대학원 에너지시스템학과)과 성기혁 박사과정 학생(대학원 에너지시스템학과)이 공동 제1저자로 참여했다. 이번 성과는 교내외 연구진과의 공동 연구를 통해 도출됐다. 촉매화학, 무기화학, 고분자화학, 재료화학, 물리학 분야의 융합 연구로, 아주대 이분열 교수(응용화학생명공학과·대학원 분자과학기술학과)와 박지용 교수(물리학과·대학원 에너지시스템학과)뿐 아니라 연세대·성균관대 연구진도 참여했다. 장혜영 교수팀이 촉매·고분자 제조를 맡았고, 이분열·박지용 교수팀과 연세대·성균관대 연구팀이 촉매 및 고분자의 분석을 맡았다. 플라스틱 산업은 화석 원료를 기반으로 하기에 ▲원유 추출 ▲플라스틱 제조 ▲플라스틱 사용 및 폐기 등의 과정에서 다량의 온실가스를 배출한다. 이에 현 구조의 플라스틱 산업은 지속가능한 발전에 저해가 된다. 이산화탄소 배출과 관련이 깊은 기후 위기 문제와 더불어, 유한한 자원인 화석 원료를 사용해야 하는 문제 때문이다. 실제 국제사회는 기후 위기에 대응하기 위해 탄소 중립을 목표로 공동 대응에 나서고 있다. 탄소 중립(Net-Zero)이란 인간 활동에 의한 온실가스 배출을 가능한 줄이고, 남은 온실가스는 흡수하고 제거해 실질적 배출량이 0(Zero)이 되게 하는 개념이다. 우리나라 역시 ‘2050 탄소중립’을 선언하고 2050년 탄소중립을 목표로 주요 정책을 수립해 실행하고 있다. 더불어 온실가스 감축을 위한 규제의 하나로 유럽연합(EU)의 탄소국경세 부과가 오는 2026년부터 단계적으로 시작될 예정이다.이에 지속 가능한 탄소원인 이산화탄소로부터 플라스틱을 제조하는 기술은 환경과 경제 두 가지 측면에서 주목받고 있다. 친환경 이산화탄소 고분자 제조에 있어, 해결해야 하는 가장 중요한 문제 중의 하나는 ‘촉매 기술’이다. 이산화탄소는 화학적으로 매우 안정되어있는 물질로 이산화탄소를 활성화시켜 화학반응에 참여시키려면 적절한 촉매가 필요하다. 이산화탄소로부터 PPC를 제조하는 공정의 핵심은 촉매 기술이기에 그동안 이산화탄소로부터 플라스틱의 원료인 PPC(Polypropylene carbonate)를 제조할 수 있는 다양한 종류의 균일 촉매와 불균일 촉매가 개발되어 왔다. 그러나 독성이 없고 활성과 단가를 모두 만족하여 실제 산업에 적용 가능한 촉매는 그 수가 제한되어 있다.현존하는 PPC 제조 촉매 기술 중 상용화 공정에서 주로 사용되는 불균일 촉매는 아연-글루타릭산 촉매와 아연-코발트 기반 촉매인 DMC(double metal cyanide) 촉매다. 아연-글루타릭산 촉매는 고분자 내 이산화탄소 첨가 비율은 높으나 활성이 매우 낮고, DMC 촉매는 활성은 높으나 고분자 내 이산화탄소 첨가 비율이 낮다는 단점이 있다. 아주대 공동 연구팀은 이 두 상용화 촉매의 단점을 모두 극복해 이산화탄소 첨가 비율이 높으면서도 활성이 매우 높은 무독성의 촉매를 세계 최초로 개발하는 데 성공했다. 이산화탄소의 고분자 반응은 불균일 촉매 표면에서 진행되기 때문에 촉매 표면의 활성 자리가 적으면 촉매 활성이 떨어진다. 이번 연구에서 제조한 촉매는 느슨한 층상 구조를 가지고 있어 화학반응이 시작되면서 나노 크기의 박막 입자로 쪼개져서 활성 자리의 숫자가 폭발적으로 늘어나며 고분자 반응을 촉진한다. 연구팀이 개발한 촉매를 활용하면, 1t의 PPC 제조 시 440kg 수준의 CO2를 포함할 수 있다. 연구팀은 동일 실험 조건에서 기존에 활용되던 아연-글루타릭산 촉매 대비 100배 가까이 높은 활성 향상을 확인했다. 더불어 자연에서 쉽게 구할 수 있는 갈산과 저렴한 아연염을 합성 과정 및 촉매 원료로 활용해 촉매의 경제성을 확보했다. 이는 기술의 상용화 가능성을 높이는 요소다. 장혜영 교수는 “이산화탄소 첨가 비율이 높으면서, 활성도까지 기존의 DMC 촉매 수준 으로 높은(98% 이상) 불균일 촉매를 세계 최초로 보고했다는데 이번 연구의 의의가 있다”며 “석유화학 기반의 폴리카보네이트 플라스틱 산업을 이산화탄소 활용 친환경 고분자로 대체할 수 있는 혁신적 촉매 기술이 될 것으로 생각한다”고 말했다. 장 교수는 “여러 분야 산업체에서 포집한 이산화탄소를 활용하여 플라스틱을 제조하는 선순환 구조를 만들 수 있을 것”이라며 “탄소 국경세 부과를 앞두고 친환경 소재 개발이 시급한 국내 화학 산업에서 다양한 활용이 가능하며, 실제 국내외 석유화학 기업에서 적극적으로 관심을 보이고 있다”라고 덧붙였다. 이번 연구는 한국연구재단 Carbon to X 사업의 지원을 받아 수행됐다. 아주대 연구팀의 연구 내용이 실린 <ACS 서스테이너블 케미스트리 & 엔지니어링(ACS Sustainable Chemistry & Engineering)>이미지 출처 – ACS Publications
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전자공학과·지능형반도체공학과 연구팀이 유연하고 가벼운 태양전지와 피부 부착형 바이오센서 기술을 통합해 자가 구동 웨어러블 심전도 센서를 개발했다. 세계 최고 수준의 고성능 유연 소자로 사물 인터넷과 웨어러블 헬스케어 기기, 드론과 인공위성, 전기차 등 다양한 분야에 활용될 것으로 기대된다.이재진·박성준 전자공학과·지능형반도체공학과 교수팀은 갈륨비소(GaAs) 기반의 초유연성 에너지 하베스팅 소자와 피부 부착형 바이오센서를 결합해 자가 구동이 가능한 웨어러블 심전도 센서를 개발했다고 밝혔다. 해당 연구는 ‘초유연성 갈륨비소(GaAs) 태양전지 기반 자가 구동 웨어러블 바이오센서 통합 기술(Ultra-Thin GaAs Single-Junction Solar Cells for Self-Powered Skin-Compatible Electrocardiogram Sensors)‘이라는 논문으로 저명 학술지 <스몰 메쏘드(Small Methods, 2023년 기준 인용지수 IF=12.4, IF%=15.4)> 3월호에 게재됐다. 아주대 전자공학과 남용현 졸업생(석사), 지능형반도체공학과 신동준 졸업생(석사)과 아주대 정보통신연구소 최준규 연구원이 공동 제1저자로 참여했다. 박익모 전자공학과 교수(공동저자)와 이재진·박성준 전자공학과·지능형반도체공학과 교수(교신저자)도 함께 했다. 이번 성과는 태양전지와 화합물 반도체 분야를 연구하는 이재진 교수(위 사진 오른쪽)팀과 플렉서블 전자소자와 바이오 센서를 연구하는 박성준 교수(위 사진 왼쪽)팀의 융합 공동 연구 결과다.유연하고 가벼우며 높은 효율을 가진 플렉서블(flexible) 태양전지는 바이오 소자의 에너지원으로 활발히 연구되어 왔다. 신체의 움직임이 있을 때에도 안정적으로 전력을 공급할 수 있다는 장점을 가지고 있어서다. 특히 갈륨비소(GaAs) 태양전지는 다중 접합 태양전지의 구현을 용이하게 하고, 높은 전력 변환 효율을 제공한다. 이에 제한된 전류량에서 더 많은 전류를 공급할 수 있어, 바이오 기기에 활용될 수 있는 우수한 에너지원으로 주목을 받아 왔다. 실제로 지난 수년 동안 항공·우주·국방 분야를 필두로 다양한 공정과 재료를 활용한 갈륨비소(GaAs) 태양전지 연구가 진행되어 왔으나 개발한 태양전지를 유연한 고분자 기판으로 전사하는 과정은 수월하지 않았다. 이에 아주대 연구팀은 이전에 활용됐던 태양전지 모듈의 구조적 변형이 아니라 태양전지 자체의 물리적 변형에 주목했다. 일반적으로 태양전지 에피 구조에서 활용되고 있는 얇은 접합(shallow junction) 구조가 아닌, p-n 접합이 활성층의 하단부에 위치하는 깊은 접합(deep junction) 구조를 사용한 것. 에피 구조가 성장되는 GaAs 기판이 제거되어 초박막 활성층 영역만을 태양전지로 활용하는 박막형 태양전지에서는, 후면 반사 태양광이 하단부의 p-n 접합에 흡수되어 전력변환효율을 극대화할 수 있다. 또 동시에 얇은 고분자 기판에 성공적으로 전사할 수 있다.이러한 접근을 통해 연구팀은 2.3μm 두께의 갈륨비소 태양전지를 50μm 두께의 PDMS 기판 위에 성공적으로 전사하여 고효율 유연 태양전지를 구현했다. 마이크로미터(μm)는 미터(m)의 백만분의 일에 해당하는 길이의 단위다. 연구팀은 또한 이를 피부 부착형 유기 전기 화학 트랜지스터(OECT)와 결합하여 자가발전이 가능한 저잡음 심전도 센서를 개발해냈다. 기존의 건물 전원을 사용한 생체신호의 경우 노이즈로 인해 신호 취득이 어려운 단점이 있으나, 아주대 연구팀은 자연친화적인 태양전지를 에너지원을 사용해 노이즈가 최소화(32.68dB의 신호 대 잡음비)된 안정적인 신호를 취득했다.이재진 교수는 “갈륨비소(GaAs) 기반 태양전지는 가장 효율이 높은 태양전지로, 초경량화·유연화가 가능해 대형 드론이나 인공위성 등 첨단 산업에 활용되고 있다”며 “이번 연구에서 갈륨비소 태양전지를 피부 부착이 가능한 매우 얇은 박막 기판에 전사하는 데 성공했다는 점에 큰 의의가 있다”라고 설명했다. 이 교수는 “갈륨비소 태양전지의 경우 공정에 들어가는 비용이 아직은 매우 높으나, 100% 태양광 기반의 전기차나 웨어러블 바이오 기기 등에의 적용을 위한 산업계 관심이 이어지고 있다”며 “이번 성과를 기반으로 아주대 연구팀은 앞으로 웨어러블 바이오 기기, 차세대 3D 안면인식, 증강현실(AR) 응용에 특화된 세계 최고 수준의 고성능 유연 소자 연구를 이어갈 것”이라고 덧붙였다. 박성준 교수는 “이번 연구는 초유연성 태양전지와 바이오센서를 통합함으로써 실시간 인체 건강 모니터링이 가능한 웨어러블 전자제품 개발에 새로운 지평을 열었다는 점에서 의미가 있다"며 ”향후 재난 감지를 비롯한 사물인터넷(IoT) 분야와 AI, 가상현실, 의료 빅데이터 분석 등 다양한 부문에서 웨어러블 전자소자를 활용할 수 있을 것“이라고 말했다. 한편 이번 연구는 한국연구재단의 ‘우수신진연구’, ‘기초연구실’, ‘4단계 BK21 사업’과 한국산업기술평가관리원의 ‘시장주도형 k-센서기술개발사업’, 과학기술정보통신부의 ‘대학ICT연구센터지원사업(ITRC)’, 국가과학기술연구회의 ‘초실감 메타버스 구현을 위한 촉감표준 및 고충실도 통합 햅틱 시스템 개발 사업’의 지원을 받아 수행됐다. 연구진이 제안한 GaAs 태양전지 공정 과정 - 태양전지의 에피 구조와 표면개질화접착법(SMB)을 적용한 이중전사 기술의 공정 과정이다아주대 연구팀이 개발한 고효율 유연 태양전지, 얇고 가벼우며 유연하기에 웨어러블 기기 등에 활용될 수 있다실제 손가락에 연구팀이 개발한 심전도 센서를 부착한 모습. 초박막 GaAs 태양전지와 유기전기화학 소자를 이용해 심전도센서를 시연, 자가발전이 가능한 저잡음 심전도 센서로 손가락에서 안정적인 신호를 취득해냈다
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기계공학과 김의겸 교수팀이 복잡 난해한 표면의 접촉 정보를 빠르고 정확하게 측정할 수 있는 신개념의 접촉 감지 방법을 개발했다. 휴머노이드 로봇·산업용 협동 로봇의 촉각 감지 장치로 활용되어 보다 긴밀하고 원활한 인간·로봇 협력 작업을 가능케 할 것으로 기대된다. 김의겸 기계공학과 교수는 복잡 난해한 비정형 표면에서도 접촉 측정이 가능한 알고리즘을 개발했다고 밝혔다. 이번 연구 내용은 ‘인간-로봇 협력 작업을 위한 비정형 형상의 접촉 감지 방법(Arbitrary Surface Contact Sensing Method for Physical Human-Robot Interaction)’이라는 제목으로, 자동화 및 제어 분야의 저명 학술지인 <IEEE 산업정보학회 저널(IEEE Transactions on Industrial Informatics> 3월호에 게재됐다.아주대 기계공학과의 정다운 연구교수(위 사진 가운데)와 부성운 학생(석사과정, 위 사진 오른쪽)이 공동 제1저자로 참여했고, 김의겸 교수(교신저자, 위 사진 왼쪽)가 함께 참여했다.로봇 분야에서 ‘접촉 정보’는 조작, 인지, 상호작용 등 다양한 측면에서 중요하게 활용된다. 접촉 정보란 ▲외부 물체와 접촉된 위치와 방향 ▲작용하는 힘의 강도를 모두 포함한다. 그동안 접촉 정보를 정확하게 측정하기 위해 많은 장치와 방법들이 연구되어 왔으나, 여러 한계들로 인해 아직 완전하게 정밀한 측정은 이루어지지 못하고 있다. ▲측정 성능이나 ▲기계적·전자적 연결 구성의 복잡성 ▲다중 신호 처리를 위한 소프트웨어 등 어렵고 도전적인 문제들이 아직 해결되지 못한 채 남아있기 때문이다. 그중 기존 힘·토크 센서를 이용해 접촉 정보를 측정하는 방법은 측정되는 6축의 힘과 표면 형상의 수학적 모델을 이용한 기하학적 관계를 활용하여 구현되고 있다. 그러나 원통이나 구형처럼 정형화된 표면이 아닌, 복잡한 비정형 형상의 표면에 대해서는 이러한 기하학적 관계를 알기가 매우 어렵거나, 필요한 연산량이 많다. 이러한 이유들로 복잡한 표면에 대한 접촉 정보 측정 방식이 정교하게 개발되지 못했고, 때문에 로봇 시스템에의 실제 적용이 불가능했다. 김의겸 교수 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 원천적으로 새로운 방법론에 착안했다. 더불어 지속적 연구를 통해 접촉 정보 측정을 위한 알고리즘 개발부터 장치 디자인, 구현 및 검증까지를 직접 진행했다. 연구팀은 주로 컴퓨터 그래픽에서 물체의 형상을 표현할 때 사용되어온 삼각메쉬구조(Triangle mesh structure)를 표면 기하학적 정보를 알아내기 위해 활용했다. 이를 통해 수많은 삼각형으로 이뤄진 메쉬구조에서 정확한 접촉 정보를 알아내는 알고리즘을 개발해냈고, 접촉력의 크기뿐 아니라 3차원 방향과 3차원 위치를 모두 정밀하게 측정하는 데 성공했다. 연구팀은 0.4ms의 빠른 연산 속도로, 0.134mm 이내의 정밀한 접촉 위치 정보를 확인했다. 김의겸 교수는 “이번 연구는 다양한 형상 표면에 대해 실시간으로 정밀하게 접촉을 감지할 수 있음을 보여주는 성과”라며 “정교한 힘 제어가 필요한 휴머노이드 로봇이나 산업용 협동 로봇 등에 활용될 수 있을 것”이라고 설명했다.산업 공정에서 인간과 로봇의 원활한 협력(interaction)을 위해서는 협동 로봇(co-robot)의 안정성과 정교함이 필수적이다. 협동 로봇은 일반적인 산업용 로봇처럼 위험이 수반되어 별도의 단독 공간이 필요한 경우와 달리, 사람과 물리적으로 상호작용하면서 같은 공간에서 작업할 수 있는 로봇을 말한다. 사람과 로봇이 같은 공간에서 작업을 하기 위해서는, 작업자와 로봇이 충돌해도 작업자가 안전할 수 있어야 하며 로봇이 제대로 작동할 수 있도록 비교적 간단한 방법으로 교시(敎示, teaching)가 가능해야 한다. 이에 아주대 연구팀의 이번 성과를 기반으로 보다 원활하고 다양하며 섬세한 인간의 협동 로봇 조작 작업 교시가 가능해질 수 있을 것으로 기대된다. 김 교수는 “이번에 개발한 기술을 협동 로봇에 적용하면 로봇과의 커뮤니케이션 범위가 더 넓어질 수 있다”며 “사람이 직접 로봇을 잡고 방향이나 위치를 조작하거나, 간단한 그림을 로봇 팔에 직접 그리는 등의 방식으로 여러 작업을 교시할 수 있다”라고 덧붙였다.더 나아가 신개념의 디스플레이나 모빌리티 등의 터치 패널로 활용되어 새로운 형태로 센서 데이터를 얻는 데에도 적용될 수 있을 것이라는 게 연구팀의 설명이다. 김의겸 교수는 지능형 로봇(Interactive & Intelligent Robotics) 분야를 연구하며 ▲섬세한 도구 조작까지 가능한 일체형 인간형 로봇 손 ▲전 방향 물체 조작이 가능한 다자유도 로봇 그리퍼 ▲자동화 로봇 보정 장치 등을 개발해 학계와 산업계의 주목을 받아왔다. 이번 연구는 산업통상자원부의 로봇산업핵심기술개발사업의 지원으로 수행됐다.복잡한 비정형의 표면에서 별 모양을 그렸을 때 인식하는 모습. 힘의 위치와 방향, 크기 모두를 빠르고 정확하게 알 수 있다. 아주대 연구팀이 개발한 복잡한 표면에서 접촉력 찾기 방법의 전체적인 구성. 복잡한 형상의 표면을 삼각형메쉬형태로 재구현하여 표현한 사진. 많은 삼각형 중 실제 접촉이 일어나는 삼각형을 찾고, 삼각형 안에서 정확히 어느 위치에 접촉력이 가해지는지 찾는 과정이다.
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우리 학교 이재현 교수팀이 ‘꿈의 물질’ 그래핀을 이상적으로 구현할 수 있는 새로운 적층법을 개발했다. 이를 통해 초경량·초고강도 특성을 가진 복합소재를 구현해 냄으로써 향후 소형 전자기기와 자동차 및 우주항공 분야 등에 적용되는 고부가가치 원천소재로 활용될 수 있을 전망이다.18일 이재현 교수(첨단신소재공학과·대학원 에너지시스템학과) 연구팀은 삼성디스플레이·부산대학교·한국과학기술연구원(KIST) 연구진과 함께 원자층 두께의 단층 그래핀을 물에 띄운 상태로 말아 올리는 부유식-적층 공법을 개발했다고 밝혔다. 연구팀은 이 공법을 통해 수백 층의 그래핀이 고분자 필름 내부에 일정한 간격으로 적층배열된 세계 최고 성능의 초경량·초고강도·고열전도 복합소재를 제조하는 데 성공했다.관련 논문은 ‘부유식-적층법으로 제작된 그래핀-PMMA 복합소재(Float-stacked graphene-PMMA laminate)’라는 제목으로 나노 분야의 저명 학술지인 <네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)> 3월 온라인판에 개재됐다. 이번 연구에는 이재현 아주대 교수(첨단신소재공학과·대학원 에너지시스템학과), 이승기 부산대 교수(재료공학부), 조성호 삼성디스플레이 부사장이 교신저자로 참여했다. 제1저자로 아주대 김승일 박사과정 학생(대학원 에너지시스템학과)이, 공동 제1저자로 문지윤 아주대 박사후연구원(대학원 에너지시스템학과)과 형석기 아주대·한국과학기술연구원 박사과정 학생(신소재공학과)이 함께 했다.‘꿈의 물질’ 그래핀(graphene)은 두 개 이상의 물질이 결합 되어 각각의 물질보다 더 좋은 물성을 나타내는 복합소재의 가장 이상적 형태로 알려져 있다. 강철보다 200배 이상 강하면서도 매우 가볍고 높은 열전도 특성을 가지고 있는데다, 탄소 원자 한 층의 두께를 대면적으로 생산해낼 수 있다는 장점을 가지고 있어서다. 그러나 뛰어난 이론적 특성을 가지고 있음에도 불구하고 실제 그래핀 기반 복합소재의 특성을 일정 수준 이상으로 끌어올리는 데에는 한계가 존재했다. 그래핀의 층수가 작아질수록 강해지는 반데르발스 힘에 의해 입자의 응집 현상이 도드라지는 원천적인 문제를 갖고 있어, 복합소재를 이루는 기지(Matrix) 내에서 단층의 그래핀을 균일하게 분산하거나 이를 한 방향으로 정렬시키는 것이 불가능한 것으로 알려져 있었기 때문이다.탄소원자 한층의 두께를 가진 단층의 그래핀을 대면적으로 생산하는 과정에는 화학기상증착법이 라는 합성법이 대표적으로 활용되고 있다. 국내외의 연구자들은 화학기상증착법을 통해 준비된 단층의 그래핀을 고분자 혹은 금속과 복합소재화할 경우 그래핀의 이론적 특성을 극대화할 수 있을 것으로 예측해왔다. 하지만 화학기상증착법을 통해 합성된 그래핀 복합소재를 제조하기 위해서는 매우 얇은 두께의 그래핀 강화재와 고분자 기지를 한 층씩 반복하여 균일하게 쌓아 올려야 한다는 점에서 많은 시간과 공정, 비용을 필요로 한다. 때문에 이와 관련된 연구 기술은 검증 수준에 머물러 있는 단계다. 아주대 공동 연구팀은 이 같은 어려움을 해결하기 위해 부유식 공법(floating method)에 주목했다. 부유식 공법은 작은 힘에도 쉽게 깨지는 낮은 밀도의 유리를 높은 밀도의 용융 주석(Molten Tin) 위에 띄워 원하는 두께와 크기로 가공할 수 있는 방법이다. 낮은 밀도와 소수성을 가진 그래핀에 얇은 고분자막을 코팅한 후 물 위에 띄운 다음, 원하는 위치로 이동시키고 롤러(roller) 구조물에 이를 말아 올림으로써 빠르고 정확하게 적층 배열을 할 수 있게 되는 것. 연구팀은 이러한 과정을 반자동화 공정으로 구현, 복합소재를 제조했고 적층 간격과 크기, 두께 등을 원하는 대로 조절했다. 또한 제조한 복합소재의 강도와 탄성계수가 혼합물의 법칙(rule of mixture)을 그대로 따르는 것을 확인했다. 이는 그래핀이 가진 물성을 완전히 보존할 수 있는 이상적인 복합소재 구조를 구현했다는 것을 의미한다. 또 부유식 적층법을 통해 100층의 그래핀을 균일하게 삽입(부피비 0.19%) 할 수 있었고, 이를 통해 제작된 복합소재의 경우 강철은 물론 대표적 경량 비철금속인 알루미늄 합금보다 높은 비강도 비강도를 기록했다. 열전도도 역시 일반적인 고분자 필름 대비 2000% 이상 증가함을 확인했다. 이번 연구를 주도한 김승일 박사과정 학생은 “그래핀 강화재는 복합소재의 기지 내에 반무한 형태(semi-infinite)로 배열되었을 때 가장 이상적으로 재료의 물성을 향상시킬 수 있다”며 “이번 연구에서 개발한 부유식-적층법은 이러한 이상적인 구조를 구현할 수 있는 원천기술로, 대면적의 그래핀을 효율적인 방식으로 정밀하게 적층할 수 있게 한다”라고 설명했다. 이재현 아주대 교수는 “이번에 개발한 복합소재는 일괄공정이 가능하며 크기와 두께를 자유롭게 구현할 수 있어 그래핀 복합소재의 양산화를 가능하게 할 것”이라며 “지속적인 추가 연구를 통해 궁극적으로는 초소형 스마트 전자기기 및 우주 항공·자동차 산업에 사용되는 초경량·고강도 복합소재로의 활용이 가능할 전망”이라고 덧붙였다.이번 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업, 아주대학교 교내 연구비의 지원을 받아 수행됐다. 부유식-적층 공법을 통해 실제 제작된 약 5 cm X 10 cm 크기의 그래핀 복합소재. 100층의 그래핀이 100나노미터의 균일한 간격으로 결함 없이 적층됐다. 이재현 교수는 2010년 노벨물리학상 수상자 노보셀로프 교수의 제자다. 지난해 5월 노보셀로프 교수의 아주대 강연 후 단체사진* 위 사진 설명 : 윗줄 왼쪽부터 이재현 아주대 교수(첨단신소재공학과·대학원 에너지시스템학과), 이승기 부산대 교수(재료공학부), 조성호 삼성디스플레이 부사장. 아래 왼쪽부터 아주대 김승일 박사과정 학생(대학원 에너지시스템학과), 문지윤 아주대 박사후연구원(대학원 에너지시스템학과), 형석기 아주대·한국과학기술연구원 박사과정 학생(신소재공학과). 김승일 박사과정생은 BK21사업 우수대학원생으로 선발되어 미국 워싱턴대학 세인트루이스에 방문연구원으로 재직 중이다. * 연구 주요 내용 영상으로 보기
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