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[좌측부터 김종현(아주대 응용화학생명공학과·대학원 분자과학기술학과) 교수, 장재원(부경대 고분자·화학소재공학부) 교수, 윤재성(호주 뉴사우스웨일즈대학(UNSW) 및 영국 서리대학(University of Surrey) 박사]아주대학교 김종현 교수가 국제 공동 연구를 통해 차세대 태양전지로 주목받는 페로브스카이트(perovskite) 태양전지의 에너지 변환효율을 높이고 안정성까지 확보할 수 있는 신소재 개발에 성공했다. 페로브스카이트 태양전지는 현재 대세인 실리콘 태양전지를 대체할 소재(구조)로 손꼽힌다. 실리콘 태양전지의 에너지 변환효율이 이론적 한계에 가까워짐에 따라 고효율 페브로스카이트 태양전지가 게임체인저로 연구자들의 뜨거운 관심사다. 특히 우리나라 연구진이 세계를 선도하고 있는 것으로 알려져 있다.김종현 교수(응용화학생명공학과·대학원 분자과학기술학과) 연구팀은 부경대학교 장재원 교수(고분자·화학소재공학부), 호주 뉴사우스웨일즈대학(UNSW) 및 영국 서리대학(University of Surrey)의 윤재성 박사 연구팀과 함께 다양한 태양전지 구조에 적용 가능하고 실내외 모든 광환경에서 태양전지의 효율을 개선할 수 있는 새로운 계면소재(DTAQTPPO)를 개발했다.페로브스카이트 태양전지는 빛을 전기로 바꾸는 효율이 매우 뛰어나고 전하(전류의 흐름을 만드는 입자) 이동 성능이 우수하여 기후변화에 대응할 차세대 태양전지로 유력하다. 특히, 용액상의 재료를 사용하여 필름 형태로 태양전지를 만들 수 있는 용액 공정이 가능해 큰 면적으로도 생산할 수 있어 실리콘 기반 태양전지 대비 제조비용을 크게 감축 시킬 수 있다. 하지만 이러한 용액 공정으로 페로브스카이트 필름을 만들 때, 재료의 결정 구조가 완벽하지 못한 결함이 불가피하게 생겨난다. 이 결함들은 전하의 원활한 이동을 방해하여 태양전지의 에너지 변환 효율을 떨어뜨리는 주된 원인이 된다. 그동안 이러한 결함을 줄이기 위해 다양한 계면소재의 개발 연구가 잇따랐다. 김종현 교수팀이 이번에 개발된 신규 계면소재는 페로브스카이트 표면에 형성된 결함 부위에 직접 결합하여 문제를 효과적으로 제거했을 뿐 아니라 양극성(Ambipolar)이라는 특별한 특성을 지녀 전자와 정공을 모두 효과적으로 수송하는 추가적인 장점이 있다. 이는 마치 고속도로에서 양방향 통행이 가능한 것처럼, 전류가 흐르는 데 필요한 두 가지 종류의 전하를 동시에 빠르게 이동시킬 수 있는 원리이다. 특히, 전자수송층, 정공수송층으로 모두 기능할 수 있기 때문에 다양한 종류의 페로브스카이트 태양전지 구조(정구조 및 역구조 등)에 보편적으로 적용할 수 있다. 이 소재는 실외의 강한 태양광 환경뿐만 아니라 실내의 조명 환경에서도 에너지 변환효율을 각각 22.29%에서 23.55%, 31.19%에서 37.18%로 극대화시켰으며, 태양전지의 장기적인 안정성 또한 크게 개선시켰다. 김종현 교수는 “이번 연구를 통해 다양한 구조와 광환경에서 페로브스카이트 태양전지의 에너지 변환 효율을 극대화시킬 수 있는 기술을 개발할 수 있게 되었다”며 “본 기술은 태양전지 뿐만아니라 페로브스카이트 소재가 사용되는 디스플레이, 광검출기 등 다양한 광전소자의 성능 개선에도 폭넓게 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.이번 연구 성과는 에너지 분야의 세계적인 학술지인 <어드밴스드 에너지 머터리얼즈(Advanced Energy Materials, Impact Factor: 26.0/JCR상위 2.5%)>에 게재되었으며, 연구결과의 우수성을 인정받아 표지논문으로 선정되었다. 이번 연구는 한국연구재단의 해외우수연구기관 협력허브 구축사업의 지원을 받아 수행되었으며, 해당 기술은 특허로도 등록되었다.[새로운 계면소재(DTAQTPPO) 개발 연구성과는 어드밴스드 에너지 머터리얼즈 7월호 표지 논문으로 선정됐다][새롭게 개발한 계면소재(DTAQTPPO) 적용 페로프스카이트 태양광전지는 (좌측)태양광에서의 효율은 22.29%에서 23.55% (우측) 실내 조명 환경에서는 31.19%에서 37.18%로 향상됐다][새로 개발한 계면소재(DTAQTPPO)가 전하의 이동을 방해하는 페로브스카이트 표면의 결함을 제거해 태양전지의 에너지 변환효율을 높였다]
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- 작성자홍보실
- 작성일2025-07-31
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- 작성자이솔
- 작성일2025-07-23
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아주대학교가 외국인 학생들을 위한 국제 교류 프로그램인 ‘2025 아주국제여름학교(AISS, Ajou International Summer School)’와 ‘ABC(Ajou Bespoke College) 프로그램’을 마무리했다.ABC 프로그램은 7월 2일 율곡관에서 오리엔테이션을 시작으로 15일까지 2주간 진행됐다. 이번 프로그램에는 미국 위스콘신 대학교, 서던캘리포니아 대학교, 사우스플로리다 대학교, 네바다 대학교 라스베이거스, 캘리포니아 대학교 샌디에이고 등 해외 대학 재학생 19명과 아주대 학생 10명이 참여했다. 해외 대학 외국인 학생과 아주대 학생들이 캡스톤 디자인 프로젝트, 기업 탐방, 문화교류를 통해 서로 성장하는 기회를 가지고자 마련됐다. 참가자들은 네이버, 삼성전자, 경기도의회, 덴티움, 셀트리온, 대웅제약 등 기업들을 방문하고, 국립중앙박물관, K-POP댄스, 화성행궁 등을 방문해 한국 문화와 역사를 체험했다.이외에도 ▲한국의 경제-문화 발전에 관한 데이터 분석 (윤천석 교수, 글로벌경영) ▲한국의 산업 역사 및 현황, 초창기 기업가 정신으로 인한 성장 (김찬우 교수, 산학협력) ▲고대 한국 역사에서 유래된 현대 역사 (한상우 교수, 사학) ▲역사 콘텐츠 홍보 - 국립중앙박물관 전시물을 중심으로 (박재연 교수, 문화콘텐츠)의 특강도 이뤄졌다.AISS는 지난 6월 30일부터 3주간의 교육과정을 마쳤고, 7월 18일에는 수료식을 가졌다. 참가 학생들은 교육기간 동안 ▲데이터 분석과 비즈니스 의사결정(이상규 교수, Endicott College) ▲거시경제 발전(김태봉 교수, 경제학과) ▲한국 문화 이해(Scott Scattergood, 다산학부) ▲지속 가능성(이재영 교수, 환경안전공학과) ▲한국어(정미혜, 정미지 교수, 다산학부) 등의 수업이 제공됐다. 수업 외에도 K-POP 댄스, 전통 음식 체험, 북촌 한옥마을 방문 등 다채로운 한국 문화 체험 기회가 제공됐으며 삼성이노베이션뮤지엄, 수원 화성행궁, 수원미디어센터 등 수원 지역 명소를 방문하여 한국의 과거와 현재를 아우르는 다양한 체험을 했다.AISS 수료식에서 이상규 교수는 “한국에서만 할 수 있는 무엇인가를 경험했다면 꼭 기록해라”라며 “분명히 간직할만한 가치가 있을 것이다”라고 수료생들에게 한국에서의 경험의 가치를 강조했다. K-POP댄스를 체험한 교환학생들화성행궁을 견학한 현장사진
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- 작성자손예영
- 작성일2025-07-22
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아주대·가톨릭대 공동 연구팀이 mRNA 치료제의 핵심 구조로 그동안 정확한 분석이 어려웠던 ‘poly(A) 꼬리’의 길이를 정확하게 분석할 수 있는 기술을 개발했다. 이에 기존 치료제의 한계를 넘어 감염병과 암, 유전질환 등의 치료에 기여할 것으로 주목되는 mRNA 기반 백신 및 치료제의 품질관리 기술로 활용될 수 있을 전망이다.박대찬 아주대 교수(첨단바이오융합대학·대학원 분자과학기술학과, 사진)와 남재환 가톨릭대 교수(의생명과학과) 공동 연구팀은 mRNA 치료제의 핵심 구조인 poly(A) 꼬리(poly(A)denylation tail)의 길이를 정확하게 정량 분석할 수 있는 새로운 기술을 개발했다고 밝혔다.해당 연구 결과는 ‘3AIM-seq: 체외 전사된 mRNA의 3’ 말단 poly(A) 꼬리 시퀀싱을 활용한 mRNA 치료제의 품질평가(3AIM-seq: Quality assessment of mRNA therapeutics using sequencing for 3′ poly(A) tails of in vitro-transcribed mRNA)’라는 제목으로 세포･유전자 치료 및 RNA 기반 치료제 분야의 저명 학술지인 <몰레큘러 테라피(Molecular Therapy)>에 6월28일 온라인 게재됐다. 이번 연구에는 아주대 박대찬 교수와 가톨릭대 남재환 교수가 공동 교신저자로 참여했고, 아주대 서진아 석사 졸업생(현 넥스아이), 가톨릭대 박효정 박사(현 한국보건산업진흥원 질병청), 가톨릭대 오아영 석사 졸업생(현 가톨릭대 융합과학기술연구소)이 공동 제1저자로 참여했다. 서울대 장혜식 교수 연구팀과 한국생명공학연구원 김천아 박사 연구팀은 공동 저자로 참여했다. mRNA(메신저 리보핵산)는 세포 안에서 단백질을 만드는 역할을 하며, mRNA 치료제는 질병을 일으키는 단백질 부족을 보충하거나, 특정 질병에 대한 면역 반응을 유도하는 단백질을 만들도록 세포에 지시하는 방식으로 작동한다. mRNA 기술은 감염병 백신 개발과 암, 유전질환과 자가면역질환 치료 등에의 활용을 위해 널리 연구되고 있다. 실제로 코로나19 감염병의 전 세계적 확산에 대응해, mRNA 기술이 코로나19 백신 개발에 활용되어 전례 없이 빠르게 실제 접종까지 이어진 바 있다. 기존 백신은 개발에만 10년 이상 소요되고, 복잡한 생산 공정과 고도의 시설이 필요했던 반면, 코로나19 mRNA 백신의 경우 비교적 단순한 생산 공정으로 제조가 가능해, 동물 실험과 임상 시험 등에 8개월 정도가 소요되었던 것. 코로나19 백신은 mRNA 기술을 이용한 의약품 중 최초로 인체에 대한 대규모 접종 승인을 받은 사례다. 공동 연구팀이 주목한 poly(A) 꼬리(poly(A)denylation tail)는 mRNA 치료제의 핵심 구조다. poly(A) 꼬리란 mRNA의 3’ 말단에 위치한 아데닌 염기의 반복 서열 구조로, mRNA의 안정성 유지와 단백질 발현 효율 조절에 중요한 역할을 한다. 이에 mRNA 약물의 유효성과 안정성에 직접적인 영향을 미친다. 때문에 mRNA 치료제 개발 및 제조 공정을 위해, poly(A) 꼬리의 길이와 구조를 정밀하게 측정하고 품질을 관리하는 것은 매우 중요하다. 그러나 poly(A) 꼬리는 수십~수백 개의 동일 염기(아데닌)가 반복되는 동종중합체(homopolymer) 구조로 되어 있어, 기존 시퀀싱 기술로는 삽입･삭제 오류(indel error)가 빈번히 발생한다. 이에 정량적 평가에 한계가 있었다. 특히 최근 mRNA 치료제 poly(A) 구간의 균일성을 개선하기 위해 중간에 짧은 비동종중합체의 링커(linker) 서열을 삽입하는 방식이 많이 활용되고 있어, 더욱 복잡한 구조 분석이 요구되는 상황이었다.이에 공동 연구팀은 치료제로 활용 가능한 구조를 갖춘 체외 전사 mRNA(IVT mRNA) 4종과 표준물질로 사용할 합성 단일 가닥 DNA(ssDNA) 올리고뉴클레오타이드를 설계 및 제작하고, 이를 기반으로 새로운 시퀀싱 분석법인 3AIM-seq를 개발했다. 연구팀은 poly(A) 꼬리 길이와 구조의 정확한 평가가 mRNA 치료제의 안정성 및 발현 효율과 직결된다는 점에 주목해, 링커 구조 포함 여부 등 poly(A) 꼬리에 대해 구조적 다양성을 갖는 4종의 체외 전사 mRNA(IVT mRNA)를 자체 제작한 뒤, 이를 3AIM-seq 분석법 성능 검증에 활용했다. 또한 차세대 유전자 분석 대표 기술인 일루미나(Illumina) 플랫폼을 이용, poly(A) 꼬리 길이를 정밀하게 산출할 수 있는 생명정보학 알고리즘을 함께 개발했다. 이를 통해 PCR 증폭 과정에서 발생할 수 있는 오차를 최소화하고, 길이 예측을 매우 정밀하게(±5 nt 정밀도) 수행할 수 있을 뿐 아니라, 링커 삽입 여부에 따라 구분되는 복합 구조도 안정적으로 식별해낼 수 있었다. 연구팀은 여기에 표준물질로 활용한 보정 모델을 도입해 분석 정확도를 향상시킴과 동시에 실제 체외 전사 mRNA(IVT mRNA)에서 poly(A) 꼬리 길이의 이질성을 정량적으로 평가하는 데 성공했다.이번 연구는 mRNA 치료제의 구조적 품질평가에 있어 정밀도와 재현성을 동시에 갖춘 새로운 분석법을 제시한 것으로, 관련 치료제 개발 및 제조 과정에서 poly(A) 꼬리의 길이와 구조를 동시에 평가할 수 있는 실용적 도구로 활용될 수 있음을 보여준다. 이에 앞으로 백신, 항암제 등 다양한 mRNA 기반 치료제의 품질관리 기준 수립과 규제 대응에 기여할 것으로 전망된다. 아주대 박대찬 교수는 “이번 연구성과는 mRNA 치료제의 기본 형태 가운데 분석이 가장 어렵다고 여겨져 온 ‘poly(A)’의 품질을 정량적으로 평가할 수 있는 새로운 분석 기술”이라며 “연구팀이 개발한 새로운 시퀀싱 분석법(3AIM-seq)은 앞으로 mRNA 백신 및 치료제의 품질관리를 위한 핵심 도구로 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.이번 공동 연구에서 아주대 박대찬 교수 연구팀은 poly(A) 꼬리 분석에 최적화된 차세대염기서열 시퀀싱 방법 및 실험 디자인과 3AIM-seq 알고리즘 개발을 맡았다. 차세대염기서열 시퀀싱(NGS; next-generation sequencing)이란 DNA 혹은 RNA의 염기서열을 기존 방법보다 대용량으로 빠르고 정확하게 읽을 수 있는 분석법으로 ▲바이오마커 연구 ▲유전자 발현 연구 등 다양한 분야에서 폭넓게 활용되고 있다. 가톨릭대 남재환 교수 연구팀은 실제 치료제로 활용 가능한 구조를 갖춘 체외 전사 mRNA(IVT mRNA)의 설계 및 생산을 담당했다.이번 연구는 교육부 G-LAMP 사업, 과학기술정보통신부 중견연구자지원사업과 식품의약품안전처의 지원을 받아 수행됐다. mRNA 치료제 품질의 핵심 요소인 poly(A) 꼬리의 길이를 정확하게 측정하고 정밀도를 평가하는 ‘3AIM-seq’ 분석 개요. mRNA 치료제의 poly(A) 말단을 무결합 앵커 프라이머로 증폭하고, 대용량 염기서열 분석을 수행함. 수백만 개의 염기서열을 분석해 poly(A) 길이 분포를 계산하고 통계 모델링을 수행함. 이를 통해, 설계한 표적 poly(A)와 비표적 poly(A)의 양을 계산해 mRNA 치료제 품질을 측정할 수 있음
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3682
- 작성자이솔
- 작성일2025-07-21
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3680
- 작성자손예영
- 작성일2025-07-16
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우리 학교 혁신융합팀 강영화 과장이 ‘2025 수원 ITS 아태총회’의 성공적 개최에 기여한 공로를 인정받아 수원특례시 표창을 받았다.‘2025 수원 ITS 아태총회(2025 Suwon ITS AP Forum)’는 국토교통부·수원특례시 주최로 지난 5월28일부터 5월30일까지 3일간 수원컨벤션센터에서 개최됐다. 'ITS가 제시하는 초연결 도시(Hyper-Connected Cities by ITS)‘를 주제로 한국과 일본, 중국, 인도네시아, 싱가포르, 호주 등 아태지역 37개국의 전문가와 기업인 4000여명이 모여 ▲고위급 회의 ▲학술발표 ▲부스 운영 ▲기술 시연 및 시찰 등에 함께 했다. 드론 아트쇼와 버스킹 공연, 플리마켓 등 부대행사도 다양하게 마련되어 시민들도 참여했다. 1996년 일본 도쿄에서 시작된 ITS 아태총회는 ITS 세계총회가 아시아 태평양 지역에서 열리는 해를 제외하고는 매년 개최되어 왔다. 한국에서 ITS 아태총회가 개최된 것은 지난 ’2002 서울 아태총회‘ 이후 23년 만이다. 우리 학교 미래자동차 혁신융합대학사업단(단장 윤일수 교통시스템공학과 교수)은 글로벌 행사인 ‘2025 수원 ITS 아태총회’의 개최를 앞두고, 이 행사의 성공 개최를 위해 수원시와 적극 협력해왔다. 사업단은 지난해 10월 ‘수원 ITS 아태총회를 위한 관·학·연 공동학술포럼’의 공동주관을 맡아, 2025 수원 ITS 아태총회 조직위원회-경기대학교-수원시정연구원과 함께 행사를 성공적으로 진행했다. 또한 ‘2025 수원 ITS 아태총회’ 본 행사에서 아주대 포함 7개 대학으로 구성된 미래자동차 혁신융합대학사업단의 이름으로 홍보전시관을 운영했다. 전시관에서 사업단은 VR 체험과 자율주행 개조 차량 등을 선보였다. 더불어 총회 기간 중 열린 <대학생 ITS 아이디어톤 대회>의 주관을 맡아, 11개 대학 35개팀의 학생들이 그동안 쌓아온 기량을 겨룰 기회를 제공했다.수원특례시는 이번 ITS 아태총회를 성공적으로 개최해 수원의 국제적 위상을 높이고 ITS 발전에 기여한 공로를 높이 사, 미래자동차 혁신융합대학사업단을 대표해 강영화 과장에게 표창을 수여했다. 아주대는 교육부와 한국연구재단이 주관하는 '첨단분야 혁신융합대학사업' 미래자동차 분야 사업에 지난 2021년부터 참여해왔다. 국민대·계명대·선문대·인하대·충북대·대림대 6개 대학과 함께 컨소시엄을 구성해, 미래자동차 분야의 첨단분야 교육 인프라를 공동으로 공유·운영하고 신기술 인재를 양성하는 것을 목표로 한다. * 위 사진 - 아주대 혁신융합팀 강영화 과장과 아태총회 조직위원회 TF팀 이태환 팀장 미래자동차 혁신융합대학사업단이 ‘2025 수원 ITS 아태총회’에 마련한 부스에 함께 한 관람객들미래자동차 혁신융합대학사업단 주관으로, 아태총회 행사 기간 중 개최된 <대학생 ITS 아이디어톤 대회>의 시상식
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3678
- 작성자이솔
- 작성일2025-07-16
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우리 학교 이인환 교수 연구팀이 반도체성 고분자 소재의 구조를 자유롭게 설계할 수 있는 새로운 합성법을 개발하는 데 성공했다. 이에 전자소자에 활용되는 고분자를 보다 신속하게 제작할 수 있게 되어, 차세대 유기 반도체 개발에 기여할 수 있을 전망이다.이인환 교수는 세 종류의 단량체를 한 번에 반응시키는 ‘다성분 중합법(Multicomponent Polymerization, MCP)’을 통해 반도체성 고분자 내부의 서열을 정밀하게 제어하고, 다양한 구조를 효율적으로 구현할 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다. 이번 연구는 '할라이드 쌍 기반 다중 성분 중합법을 통한 서열 제어 반도체성 덴드론 고분자의 라이브러리 합성(Versatile Halide-Pair-Driven Multicomponent Polymerization for Library Synthesis of Sequence-Controlled Semiconducting Dendronized Polymers)'이라는 논문으로 <앙게반테 케미(Angewandte Chemie International Edition)> 7월호에 게재됐다. 이번 논문은 우수한 리뷰 평가를 받아, 'Very Important Paper(VIP)'로 선정됐다.해당 연구에는 아주대 대학원 에너지시스템학과 박사과정의 최해남 학생(위 사진 오른쪽)이 제1저자로 참여했고, 공동저자로 고수민(아주대 에너지시스템학과 석사 졸업)·손세민(아주대 에너지시스템학과 석박사통합과정)·우지수(UNIST 에너지화학공학과 석사과정)·박현우(ETH 취리히 재료과 박사과정)·이동준(아주대 에너지시스템학과 석박사통합과정 졸업) 학생이 함께 했다. 최태림 ETH 취리히 재료과 교수, 곽원진 UNIST 에너지화학공학과 교수, 김환명 아주대 에너지시스템학과 교수는 공동저자로, 이인환 아주대 화학과 교수(위 사진 왼쪽)는 교신저자로 참여했다. 폴리(트라이아릴아민) 고분자(PTAA)는 ▲유기 발광 소자 ▲페로브스카이트 태양전지 ▲전기변색 소자 ▲신축성 전자소자 ▲배터리 전극 등 다양한 유기전자소자에 활용되며, 특히 페로브스카이트 태양전지에서 전공 수송층 재료로 주목받고 있다. 그러나 기존의 고분자 폴리(트리아릴아민) 합성은 반응 중간체를 여러 단계에 걸쳐 합성하고 정제하는 번거로운 과정을 거쳐야 했으며, 이는 상업성과 경제성을 저해하는 주요 요인이었다. 이번 연구의 핵심은 쉽게 구할 수 있는 세 가지 단량체를 한 번에 혼합한 상태에서, 각 단량체의 반응 순서를 정교하게 설계함으로써 반도체성 고분자의 서열을 정밀하게 제어할 수 있는 새로운 중합 전략을 제시한 데 있다.연구팀은 아릴아민(arylamine)과 두 종류의 아릴 다이할라이드(aryl dihalide) 단량체를 조합해, 세 단량체가 정해진 순서로 연결된 반도체성 고분자 폴리(트라이아릴아민)의 라이브러리 합성에 성공했으며, 이 전략을 확장해 복잡한 구조의 덴드론화 고분자까지 구현함으로써 고분자 구조의 다양성을 크게 넓혔다. 그 결과 전자소자에 활용되는 폴리(트라이아릴아민) 고분자 및 그 파생 구조들을 라이브러리 형태로 신속하게 제작할 수 있게 되어, 차세대 유기 반도체 개발에 크게 기여할 것으로 기대된다.이인환 아주대 화학과 교수는 “이번 연구 개발을 통해 고가의 폴리 고분자를 단일 반응으로 저렴하고 다양하게 합성할 수 있게 되었다”라며 “유기전자소자의 성능 향상에도 기여할 수 있을 것으로 기대한다”라고 말했다. 이번 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업, G-LAMP 프로그램, 유용물질 생산을 위한 Carbon to X 기술개발사업, 선도연구센터(MRC) 사업의 지원을 받아 수행됐다.순차적 C-N 커플링 반응을 통한 서열 조절 반도체성 고분자의 합성 과정을 보여주는 이미지
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3676
- 작성자이솔
- 작성일2025-07-16
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3674
- 작성자손예영
- 작성일2025-07-15
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아주대 연구진이 그동안 이론적으로는 예측되어왔으나 실제 직접 관찰은 어려웠던 금속 물질에서의 스핀-전하 분리를 처음으로 직접 관찰하는 데 성공했다. 이에 향후 후속 연구를 통해 초전도 현상 규명의 실마리를 얻고, 새로운 양자 정보 소재로도 활용될 수 있을 전망이다. 물리학과 김성헌 교수와 한국과학기술원(KAIST) 현정훈 박사·김용관 교수 공동 연구팀은 1차원 사슬구조 물질 내에서 도체-부도체 전이에 걸쳐 스핀-전하 분리 현상을 관측하는 데 성공했다고 밝혔다. 이번 연구 내용은 ‘준1차원 NbSe3의 전하밀도파 전이에 걸친 밴드 선택적 스핀-전하 분리(Band-selective spin-charge separation across the charge density wave transition in quasi-1D NbSe3)’라는 제목의 논문으로, 미국물리학회가 발간하는 물리학 분야의 저명 학술지 <피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)> 최근호에 편집자 추천 논문(Editors’ Suggestion)으로 게재됐다.전자(Electron, 電子)는 물질의 원자를 구성하며, 음전하를 띄는 기본 입자다. 전자는 전하(charge)와 스핀(spin)이라는 두 대표적 성질을 보인다. 전하는 전기적인 힘을 느낄 수 있게 하는 기본 성질로, 전기가 흐르게 하는 요소다. 스핀은 전자가 스스로 회전하는 것과 같은 양자역학적 성질로, 자석과 같은 자기적 성질을 결정하는 요소다. 전자 사이의 상호작용이 강한 1차원 금속 물질에서는 보통 물질 내의 전자가 페르미 액체 모형을 따르는 것과 다르게, 러틴저 액체 모형을 통해 전자의 움직임을 설명할 수 있을 것으로 예측되어 왔다. 그리고 러틴저 액체 모형에서는 전자가 갖는 대표적인 두 성질인 전하와 스핀에 대한 정보가 독립적으로 거동하는 것과 같은 ‘스핀-전하 분리 현상’이 예측된 바 있다. 이러한 현상은 초전도 현상이 발현되기 전에 나타나는 비(非)페르미 액체 상태를 규명하기 위한 단서를 제공할 뿐 아니라, 스핀과 전하라는 서로 다른 정보를 전달하는 양자 정보 소재로의 응용 가능성이 있어 주목을 받고 있다.초전도 현상이란 전기 저항이 0이 되는 현상으로, 영하 240˚C 이하의 아주 낮은 온도 등 특정 조건 하에서 나타난다. 초전도체를 이용하면 전력 손실 없이 에너지를 사용할 수 있어, 초전도 현상과 초전도체는 최근 학계와 산업계의 주목을 받아왔다. 양자 정보 소재란 양자 컴퓨터·통신·센서 등에 활용되는 소재다. 차세대 양자 기술은 양자역학 원리를 기반으로 한 새로운 유형의 기술로, 보다 많은 정보를 빠르게 처리할 수 있어 다양한 산업 분야에서 효율성과 생산성을 대폭 증대시킬 수 있다. 이처럼 여러 첨단 분야에 새로운 이해를 제공할 수 있는 것이 바로 ‘스핀-전하 분리 현상’이다. 그러나 이론적인 예측을 통해 전자 거동에 대한 해법이 제시된 것과는 다르게, 실제 물질에서 이 현상을 직접 관측한 사례는 매우 드물다. 스핀-전하 분리 현상은 전자 사이의 강한 상호작용에 의해 나타나는 것으로 예측되어왔으나, 이 ‘강한 상호작용’이 동시에 스핀 정보 움직임의 관측을 방해하기 때문에 그동안 실험적 증거를 찾는 것이 어려웠다. 특히 이상적인 1차원 전자계를 구현하는 것이 어렵고, 나아가 전자 사이의 상호작용 정도를 직접 제어하는 데에도 한계가 있어 지금까지 이에 대한 실험적 증거는 매우 제한적으로 포착되어왔다. 아주대 공동 연구팀은 이러한 어려움을 해결하기 위해 적절한 전자 사이의 상호작용이 존재할 수 있는 소재 물질 후보군을 탐색했다. 연구팀은 세 종류의 1차원 원자사슬로 구성된 니오븀(Nb)-셀레늄(Se) 화합물로 NbSe3 시료를 합성하고 각분해 광전자분광법을 이용한 띠구조 분석을 통해 스핀의 정보와 전하의 정보가 서로 다른 속도로 전달되는 것을 직접 관측하는 데 성공했다. 각분해 광전자분광법은 밝은 빛을 조사했을 때 튀어나오는 광전자의 운동 에너지와 운동량을 분석하는 방법으로 물질 내에서 일어나는 양자 현상을 관측할 수 있는 실험 방법이다.연구팀은 방사광 가속기에서 마이크로미터(μm, 1μm=0.001mm) 크기로 집광된 강한 자외선을 조사했을 때 방출된 광전자를 분석했다. 이를 통해 화합물 내의 광전자가 튀어나온 자리에 형성된 양전하의 움직임(홀론, Holon)과 각 전자들의 스핀 뒤집힘에 따른 스핀 움직임(스피논, Spinon)이 명확하게 분리되어 거동하는 것을 포착했다. 나아가 1차원 물질에서 자주 나타나는 또 다른 양자 현상인 전하밀도파 발현에 따른 도체-부도체 전이가 일어나는 과정에서도, 스핀과 전자가 분리되어 움직이는 것을 관측하는 데 성공했다. 스핀-전하 분리와 전하밀도파 모두 초전도 특성이 발현되기 이전에 나타날 수 있는 1차원 전자계의 특징적인 양자 현상으로 이들 간의 상호 연관성에 대한 추가적인 연구는 앞으로 초전도 현상의 발현 원리 규명에 중요한 단서를 제공할 것으로 기대된다.아주대 김성헌 교수(물리학과)는 “1차원 물질의 독특한 환경에서 전하와 스핀에 대한 정보가 독립적으로 전달되는 집단적 거동을 직접 관측한 성과”라며 “앞으로 추가적으로 결정구조나 상호작용 세기의 제어를 통해 초전도 발현 원리 규명의 단서를 찾을 수 있을 것”이라고 전했다.김 교수는 이어 “기초 물리학의 난제 해결에 더해, 전하와 스핀이라는 독립된 자유도를 이용한 새로운 양자 정보 소재 개발로도 응용범위를 넓힐 수 있을 것”이라고 덧붙였다.이번 연구는 한국연구재단의 우수신진연구사업, 대학기초연구소(G-LAMP) 사업, 대학중점연구소 사업의 지원을 받아 수행됐다.온도에 따른 니오븀(Nb)-셀레늄(Se) 화합물(NbSe3) 광전자의 에너지-운동량 분포 실험 결과. 점선은 각각 스핀 움직임(빨간색)과 양전하의 움직임(검정색)의 스펙트럼을 나타낸다. 온도가 상승함에 전하밀도파 갭이 닫히지만 스핀-전하 분리 현상이 유지되는 것을 관측할 수 있다.* 위 그림 : 1차원 금속 물질의 광전자가 방출되는 과정에서 나타나는 스핀-전하 분리 모식도(왼쪽). 서로 다른 속도로 전달되는 스핀 움직임(Spinon)과 양전하 움직임(Holon)의 에너지-운동량 분포 모식도(오른쪽)
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- 작성자이솔
- 작성일2025-07-11
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[2025년 아주대학교와 고등기술연구원의 기술교류회 모습]아주대학교와 고등기술연구원(원장 김진균)이 공동 주최한 '2025 기술교류회'가 8일 아주대에서 열렸다. 양 기관은 2021년 12월을 시작으로 매년 기술교류회를 개최하고 있으며 올해는 ▲기술 상용화 ▲핵심특허 확보 ▲연구 아이디어 교환 ▲지산학연 연계를 주요 의제로 삼았다. 고등기술연구원은 경기도 용인에 위치한 연구기관으로 1992년 설립되어 차세대플랜트, 탄소제로에너지, 소재부품, 산업융합시스템 등을 중점 연구 분야로 삼고 있으며 개원했을 때부터 아주대와 연구와 교육에 있어 긴밀한 협력관계를 이어오고 있다. 이정승 고등기술연구원 본부장은 “연대와 협력, 연결의 힘을 키우자”, 박은덕 아주대 교수는 “연대를 넘어 상생으로”라는 제목으로 주제 발표가 각각 있었다. 기술간 융합과 협력의 중요성과 지속가능한 협력 생태계 구축방안을 강조했다. 이어진 패널토론에서는 “기술교류의 방향성과 공동연구 성과 확산 방안”을 주제로 박상철, 조인선, 박은덕 교수(이상 아주대)와 유영돈 부원장, 강석환, 이정승 본부장(이상 고등기술연구원) 그리고 유재석 아주대 명예교수(현 삼척시 기업협력관)이 패널로 나섰으며 산학연 협력의 실질적 모델이 자리잡기 위한 기반 구축이 필요하다는데 의견을 모았다. 이 외에도 ▲수소 및 CCUS(Carbon Capture, Utilization, and Storage) ▲자원순환 ▲소재부품 ▲AI/DX 등 4개 분야에 대한 기술별 세션이 경기도 RISE사업, G-LAMP 사업단 등이 참여한 가운데 기술 상용화 방안 등에 관한 논의를 펼쳤다. 마지막으로 유성주 아주대 교수의 아주대와 고등기술연구원의 공동 수행 연구 성과와 향후 방안에 대한 보고가 이뤄졌다. 김선용 대우학원 이사장은 “원천기술에 강점이 있는 아주대와 산업 분야 적용 기술을 개발하는 고등기술연구원이 서로의 장점을 극대화해 협력해 시너지를 내야 한다”며 “정기적인 기술교류회가 그 시작이 될 수 있다”고 의미를 부여했다.
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3670
- 작성자홍보실
- 작성일2025-07-10
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3668
- 작성자손예영
- 작성일2025-07-10
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우리 학교 첨단신소재공학과 조인선 교수 연구팀이 태양광을 이용한 친환경 수소 생산 기술의 효율을 획기적으로 높이는 신개념 표면처리 기술을 개발했다. 조인선 교수(첨단신소재공학과∙대학원 에너지시스템학과)는 고온의 불꽃(화염)을 이용해 광전극의 표면을 수 초 만에 재구성함으로써 기존 기술 보다 효율과 안정성 면에서 뛰어난 성능을 확보했다고 밝혔다. 이 기술은 앞으로 그린 수소 생산 기술의 상용화에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다.연구 결과는 '향상된 광전기화학적 성능을 위한 화염 처리를 통한 In2S3 광양극의 신속한 표면 재구성(Rapid Surface Reconstruction of In2S3 Photoanode via Flame Treatment for Enhanced Photoelectrochemical Performance)'이라는 제목의 논문으로, 재료공학 분야의 저명 학술지 <어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials, IF=26.8, JCR 상위 2.1%)' 7월3일자 표지논문으로 게재됐다.이번 연구는 미국 스탠퍼드대학교 샤오린 정(Xiaolin Zheng) 교수, 성균관대학교 신성식 교수와의 공동연구 성과다. 아주대 대학원 에너지시스템학과의 정유재 학생(現 콜로라도 볼더대학교 박사과정)이 제1저자로 참여했다. 수소는 연소 시 이산화탄소를 배출하지 않는 깨끗한 에너지원이다. 특히 태양 에너지를 활용해 물에서 수소를 생산하는 '광전기화학(Photoelectrochemistry) 기술'은 지속 가능한 에너지 미래를 위한 핵심 기술로 꼽힌다. 하지만 기존 광전극은 수소 발생 반응이 느리고, 전하 재결합으로 인해 효율이 떨어지는 문제가 있었다.아주대 공동 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 '인듐 황화물(In2S3)'이라는 물질에 주목했다. 이 물질은 빛을 잘 흡수하는 뛰어난 능력을 가졌지만, 전하 손실이 크고 안정성이 낮다. 특히, 반응 중 쉽게 산화되어 본래의 특성을 잃는 치명적인 단점이 있다. 그동안 대부분의 연구에서는 이런 문제를 해결하기 위해 낮은 온도에서 열처리하거나, 진공 또는 비활성 기체 환경에서 몇 시간씩 처리하는 방법을 사용했다. 하지만 이 방법들은 복잡하고 시간이 오래 걸려 실제 적용하기에는 비효율적이다.연구팀은 이에 기존 황화물 광전극의 단점인 '산화에 취약하다'라는 성질을 역으로 활용했다. 바로 고온의 '불꽃(화염)'으로 황화물 표면을 처리하는 방식을 떠올린 것. 이 새로운 화염 처리 방식으로 연구팀은 1000도에 달하는 고온의 불꽃으로 단 10초 만에 광전극 표면을 재구성하고 빠르게 황의 휘발을 유도함으로써 전기 전도도를 획기적으로 높일 수 있었다. 또 재구조화된 표면을 가진 광전극을 이용, 기존 보다 2배 이상 높은 광전류 값을 얻을 수 있었다. 이는 현재까지 보고된 황화물 기반 광전극 가운데 최고 수준의 특성이다. 또 기존 황화물 광전극의 고질적 문제였던 안정성을 4배 이상 높이는 데에도 성공했다. 연구팀은 더불어, 인듐 황화물 광전극에 '요오드화 이온 산화반응'을 처음으로 도입해 수소 생산뿐 아니라 다양한 에너지 산업에서 활용 가능한 물질인 '트리아이오다이드(I3-)'를 효율적으로 생산할 수 있음을 확인했다.이번 연구에 제1저자로 참여한 정유재 학생은 "이번 시도는 황화물 기반 광전극에서는 처음 시도된 접근법"이라며 "어느 날 햄버거 가게에 갔다가 패티를 화염으로 굽는 모습을 보고 아이디어를 얻었다"라고 전했다. 이어 "연구는 문헌 조사를 하는 것도 중요하지만, 이처럼 일상생활 및 다양한 분야에서도 영감을 얻을 수 있다는 중요한 사실을 이번 연구를 통해 깨달았다"라고 덧붙였다.아주대 첨단신소재공학과 및 에너지시스템학과에서 학사와 석사과정을 마친 정유재 학생은, 현재 미국 콜로라도 볼더대학교(University of Colorado, Boulder)와 미국 신재생에너지 연구소(National Renewable Energy Laboratory, NREL) 박사 과정에 합류해 관련 연구를 이어가고 있다.한편 이번 연구에는 학부 과정 학생들이 적극 참여, 교내 <공과대학 재학생 자기개발 프로젝트 경진대회> 수상이라는 성과까지 이어졌다. 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구사업의 지원으로 수행됐다.조인선 교수 공동 연구팀의 연구성과가 실린 <어드밴스드 머티리얼즈> 7월3일자 표지_제공 WILEY VCH* 위 사진 : 왼쪽부터 아주대 정유재 학생과 조인선 교수, 성균관대학교 신성식 교수, 미국 스탠퍼드대학교 샤오린 정(Xiaolin Zheng) 교수# [글로벌 동문 이야기] 갑자기 환해지는 '나의 별'이 있을 거예요_정유재(첨단신소재15) 바로가기 - 아주인사이트 2024 가을겨울호 中
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- 작성자이솔
- 작성일2025-07-09
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