바닷물로 담수와 전기를 동시에 만들어내는 기술이 성공해 세계 학계의 이목을 집중시키고 있다. 전북대학교는 남창우 교수 연구팀(공과대학 유기소재섬유공학과)이 셀룰로오스 기반 하이드로겔을 활용해 별도의 전력 없이 해수를 담수로 전환하는 동시에 전기를 생산하는 데 성공했다고 20일 밝혔다. 기존 기술은 해수를 담수로 전환하거나 전기를 생산하는 기능이 각각 분리돼 있었다. 이마저도 외부 전력 공급이 필요하는 등 실용화에 제약이 컸다. 연구팀은 이 같은 한계를 극복한 이번 연구를 통해 태양 에너지와 바닷물만으로 담수 생산과 전기 생성이 동시에 가능한 ‘자립형 통합 시스템’을 구현했다. 셀룰로오스 기반 하이드로겔을 활용해 별도의 전력 없이 해수를 담수로 전환하는 동시에 전기를 생산하는 데 성공한 것이다. 연구팀은 ‘salting-out’ 구조로 형성된 다공성 채널 설계와 설폰산기 기반 네트워크로 물의 이동과 열 흐름을 정밀하게 제어하고, 양성자 이동(proton hopping)을 촉진해 전기 생산 효율을 획기적으로 끌어올렸다. 이번 기술은 물 부족과 에너지 위기를 동시에 겪는 지역에서 독립형 솔루션으로 적용 가능성이 높다는 평가다. 연구 결과는 재료과학 분야 세계 최고 권위 학술지 Advanced Materials(IF=26.8)에 4월 13일 게재가 확정됐다. 연구는 전북대 강진혁 연구원이 제1저자로 참여했고 이승재 연구원이 공동저자로 이름을 올렸다. 싱가포르 난양공대 Wu Rong Hui 교수와 남 교수가 교신저자로 참여해 국제 공동연구 성과로 완성됐다. 이번 연구는 한국연구재단 신진연구사업과 해양수산과학기술진흥원의 지원을 받아 수행됐다. 강진혁 연구원은 “AI 기반 머신러닝을 접목한 차세대 융합 연구를 통해 더욱 큰 가능성을 확인한 만큼 앞으로도 글로벌 수준의 연구 성과를 지속적으로 만들어가겠다”고 밝혔다. 남창우 교수는 “기존 한계를 넘어서는 연구 성과를 통해 환경·에너지 분야에서 새로운 가능성을 제시하고, 난양공대와의 굳건한 협력을 기반으로 글로벌 수준의 연구를 지속적으로 확장해 나가겠다”고 말했다.

단국대학교는 제약공학과 강래형 교수 연구팀이 강력한 항산화 물질로 주목받고 있는 ‘셀레늄(Selenium)’ 치료제의 효능과 안전성을 극대화할 수 있는 통합 설계 가이드라인을 발표했다고 18일 밝혔다. 이번 연구는 경희대 김도경 교수와 부산대 김윤학 교수와 공동으로 진행됐다. 셀레늄은 우리 몸의 활성산소를 억제해 세포 사멸(페롭토시스, Ferroptosis)을 막는 필수 항산화 물질로 최근 암과 퇴행성 뇌질환 치료 핵심 소재로 주목받는다. 하지만 적정량을 벗어나면 독성을 띠는 ‘양날의 검’과 같은 특성으로, 치료제 활용에는 정밀한 제어 기술이 필수적이다. 그동안 학계에서는 셀레늄을 활용한 다양한 치료 소재를 개발해 왔지만, 분자·나노·고분자 등 소재 형태가 다양해 통합적 설계 기준은 부족했다. 강 교수 연구팀은 셀레늄 소재의 기능을 좌우하는 4대 핵심 지표를 정의하고, 이를 기반으로 한 ‘공통 설계 지도’(Common Design Map)를 제시했다. 4대 지표는 △셀레늄의 화학적 상태(Species) △주변 구조와의 결합 방식(Bonding motif) △소재 내 위치(Placement) △작동 환경(Trigger window)이다. 연구팀에 따르면 이 기준에 따라 소재를 설계하면, 암 조직의 산성도나 특정 생체 신호에 선택적으로 반응해 약물을 방출하거나 치료 기능을 수행하는 프로그래밍 소재를 제작할 수 있다. 강 교수는 “이번 연구는 파편화되어 있던 셀레늄 치료 소재의 설계 방식을 하나로 묶어낸 것”이라며 “ 환자 개개인 질병 환경에 맞춰 선택적으로 작동하는 정밀 의료 소재 개발에 중요한 이정표가 될 것”이라고 설명했다. 이번 연구는 화학·재료과학 분야 권위지인 ‘어드밴스드 컴포지트 앤드 하이브리드 머티리얼스(Advanced Composites and Hybrid Materials, 2024년 IF=21.8)’에 게재됐다. 논문명은 ‘Design Principles and Recent Advances for Redox-Programmable Selenium-containing Therapeutic Materials’이다.

국내 연구진이 리튬 금속 전지의 고질적 문제인 화재 위험과 짧은 수명을 획기적으로 해결할 수 있는 신기술을 내놨다고 29일 밝혔다. 한양대 임희대 교수와 성균관대 김병훈 교수 공동 연구팀은 리튬 금속의 부식을 막고 전지 열화를 근본적으로 해결하는 ‘부식 방지형 전해질’ 개발에 성공했다고 밝혔다. 리튬 금속 전지는 기존 리튬 이온 전지보다 에너지 밀도가 훨씬 높아 차세대 배터리로 주목받아 왔다. 하지만 충·방전 과정에서 리튬이 나뭇가지 모양으로 자라나는 ‘덴드라이트(dendrite)’ 현상이 문제였다. 이 결정체가 배터리 분리막을 뚫으면 내부 단락이 생겨 화재나 폭발로 이어지기 때문이다. 연구팀은 기존의 독성 강한 화합물 대신 방향족 탄화수소를 조합한 새로운 전해질 설계법을 도입했다. 이 전해질은 리튬 표면에 튼튼한 보호막을 형성해 결정체 성장을 억제하고 금속 부식을 차단한다. 실험 결과, 새 전해질을 적용한 배터리는 기존보다 수명이 2배 이상 길어졌다. 특히 전해질의 가격은 낮추면서 에너지 효율은 높여 상업적 가치도 충분히 확보했다는 평가다. 임희대 교수는 “리튬 금속 전지의 안전성 문제를 동시에 해결한 원천 기술”이라며 “전기차는 물론 드론, 항공우주 등 배터리 산업 전반에 새로운 패러다임을 제시할 것”이라고 말했다. 이번 연구 성과는 재료과학 분야 세계적 학술지인 ‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)’ 1월호에 게재됐다.

한국과학기술원(KAIST)이 상처 부위에 뿌리기만 하면 1초 이내에 강력한 하이드로겔 장벽을 형성하는 파우더형 지혈제를 개발한 것으로 알려져 화제다. 29일 업계에 따르면 신소재공학과 스티브 박·생명과학과 전상용 교수 공동연구팀이 개발한 ‘AGCL 파우더’는 알지네이트·겔란검, 키토산 등 생체적합 천연 소재를 결합한 구조로, 혈액의 칼슘 등 양이온과 반응하면 1초 만에 겔 상태로 변해 상처를 즉각 밀봉한다. 파우더 내부에 3차원 구조를 형성해 자체 무게의 7배 이상(725%)에 달하는 혈액을 흡수할 수 있다. 이에 따라 고압·과다 출혈 상황에서도 혈류를 빠르게 차단하며, 손으로 강하게 눌러도 버틸 수 있는 압력 수준인 ‘40kPa’ 이상의 높은 접착력으로 상용 지혈제보다 훨씬 뛰어난 밀폐 성능을 보였다. 연구팀에 따르면 AGCL 파우더는 모두 자연 유래 물질로 구성돼 혈액과 접촉해도 안전한 용혈률 3% 미만, 세포 생존율 99% 이상, 항균 효과 99.9%를 나타냈다. 동물실험에서도 빠른 상처 회복과 혈관·콜라겐 재생 촉진 등 우수한 조직 재생 효과가 확인됐다. 이 지혈제는 실온·고습 환경에서도 2년간 성능이 유지돼 군 작전 현장이나 재난 지역 등 열악한 환경에서도 즉시 사용할 수 있다는 장점을 갖췄다. 이 기술은 육군 소령 연구진도 직접 참여해 실제 전투 환경을 고려한 실전형 기술로 완성도를 높였다. 이번 연구는 국방 목적 외 재난 현장, 개발도상국, 의료 취약 지역 등 응급의료 전반으로의 활용 가능성도 매우 크다. 특히 전투 현장에서의 응급처치부터 체내 수술 지혈까지 가능하다는 점에서 국방과학기술이 민간으로 확장된 대표적 스핀오프 사례로 평가된다. 연구에 참여한 박규순 KAIST 박사과정생(육군 소령)은 “이 지혈제는 깊고 큰 불규칙 상처에도 자유롭게 적용할 수 있어 하나의 파우더만으로 다양한 상처 유형에 대응할 수 있는 범용성을 확보했다”며 “이번 기술이 국방과 민간 의료 현장에서 생명을 살리는 기술로 쓰이길 기대한다”고 전했다. KAIST 손영주 석박통합과정생이 공동 제1 저자로 참여하고 스티브 박 교수, 전상용 교수가 지도한 이번 연구는 화학, 재료공학 분야 국제 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈’(Advanced Functional Materials)에 온라인 출판됐다.

변준호 교수팀, 국소 비만 치료 나노기술 ‘Advanced Materials’ 게재 숙명여자대학교 변준호 교수 연구팀이 빛 자극을 이용해 오직 지방세포에서만 지방을 선택적으로 분해하는 혁신적인 나노 기반 비만 치료 전략을 개발했다고 16일 밝혔다. 이는 전신 부작용이나 침습성 한계가 있던 기존 치료법의 단점을 극복하고, 원하는 부위에만 정밀하게 작용하는 안전한 국소 비만 치료의 새로운 가능성을 제시한 것으로 평가된다. 연구팀은 지방세포가 스스로 노폐물을 청소하며 지방을 분해하는 ‘샤페론 매개 자가포식(CMA)’ 기작을 활용했다. 개발된 나노플랫폼은 지방세포 고유의 막 성분으로 코팅되어 해당 세포에만 흡수된다. 이후 근적외선 빛을 쬐면 나노입자에서 발생하는 약한 열 자극이 CMA의 핵심 단백질을 활성화시킨다. 그 결과 지방 분해 효소가 지방 방울에 접근하게 되어 선택적인 지방 분해가 유도된다. 특히 주요 독성 지표에서 이상이 없어 국소 치료 전략으로서의 안전성까지 입증했다. 변 교수는 “지방세포를 직접 손상시키는 방식이 아닌 세포 본연의 분해 시스템을 정밀하게 ‘조절’하는 새로운 비만 치료 패러다임을 제시했다”며 “향후 비만 외에도 다양한 대사질환 치료로 확장 가능할 것”으로 기대했다. 이번 연구는 서울대, 고려대, 한국재료연구원과 공동으로 진행됐으며 세계적 학술지 ‘Advanced Materials’에 게재됐다.

나무 셀룰로오스로 난제 해결… 기존 생분해 소재 한계 극복 성신여자대학교 이윤호 교수 연구팀이 100% 친환경 소재만으로 세계 최고 수준의 산소 및 수분 차단 성능을 갖춘 투명 전자기기 보호막 개발에 성공했다. 이는 반도체, 디스플레이, 센서 등 광전자 소자의 친환경 상용화를 앞당길 획기적인 성과로 주목받고 있다. 연구팀은 나무에서 추출한 셀룰로오스 나노섬유와 생분해성 고분자인 ‘폴리락트산(PLA)’을 결합하는 방식으로 보호막을 개발했다. 특히, 나노 크기의 섬유 구조에 고분자를 자연스럽게 스며들게 하는 ‘모세관 상승 침투(CaRI)’ 공정을 개발하여 대면적에서도 균일한 필름을 만들 수 있게 했다. 연구팀이 개발한 필름은 A4 용지 크기로 제작이 가능하며, 유리처럼 높은 투명도를 자랑한다. 더욱 중요한 것은 이 필름이 기존 생분해성 소재의 가장 큰 한계였던 낮은 차단 성능을 완벽히 극복했다는 점이다. 습도가 높은 환경에서도 PLA가 셀룰로오스 나노섬유를 감싸 습기 침투를 효과적으로 막아주며, 현재까지 보고된 생분해성 소재 중 가장 우수한 산소 및 수분 차단 특성을 구현했다. 사용 후에는 환경 친화적으로 분해되는 특징까지 동시에 갖췄다. 이윤호 교수는 이번 성과에 대해 “친환경 소재만으로 세계 최고 수준의 전자 보호막 성능을 구현할 수 있음을 입증한 것”이라며 “대면적 제작이 가능한 이번 기술은 반도체 소자, 센서, 태양전지 등 다양한 광전자소자의 친환경 상용화의 길을 획기적으로 열어주는 계기가 될 것”이라고 밝혔다. 한편, 이번 연구는 성균관대 성재욱 박사, 성신여대 정수혜 학생(공동 제1저자), 이채빈 학생(공저자) 등이 참여했으며, 재료 분야 최고 권위 학술지인 ‘Advanced Functional Materials’(IF 18.5) 이달 10일자 온라인판에 게재됐다.

금속용탕 탈성분 기술 응용 항공 등 첨단산업 부품 경량화 기여 단국대학교는 신소재공학과 주수현 교수 연구팀이 항공·자동차·전자기기 등 첨단산업 부품 경량화에 사용하는 마그네슘 복합소재 강도와 연성을 동시에 향상하는 기술을 개발했다고 6일 밝혔다. 기존 마그네슘 복합소재는 세라믹이나 탄소섬유를 보강재로 사용해 강도는 높지만, 충격에 취약하고 연성이 낮다는 한계가 있다. 연구팀은 금속 내 일부 성분만 제거하는 ‘금속용탕 탈성분(Liquid Metal Dealloying)’ 기술을 응용해 마그네슘 복합 소재 한계를 극복하고 강도와 연성을 동시에 향상시켰다. 철(Fe), 크롬(Cr), 니켈(Ni)으로 구성된 합금을 액체 상태 마그네슘(Mg) 용탕에 넣어 니켈을 추출하는 방법이 사용됐다. 이 과정에서 철과 크롬이 그물처럼 연결된 뼈대를 만들었고, 그 사이를 마그네슘이 채우면서 3차원 구조를 형성했다. 연구팀은 이 3차원 구조에 이트륨(Y)이나 알루미늄(Al)을 첨가해 금속 내부를 더 복잡하고 단단한 3차원 구조로 만드는 데 성공했다. Al을 첨가한 복합소재는 강도를 약 36% 향상했고, 연성은 기존과 비슷한 15% 수준을 유지하는 우수한 기계적 특성을 보였다. 주수현 교수는 “금속용탕 탈성분 기술은 미세 나노 수준에서 금속 간 구조를 정밀하게 설계할 수 있는 새로운 접근법”이라며 “이번 연구로 경량 고강도 구조재 분야의 새 가능성을 입증했다”고 설명했다. 연구 결과는 국제학술지 어드밴스드 컴포지트 앤 하이브리드 머티리얼스(Advanced Composites and Hybrid Materials, JCR 상위 5% 및 Impact Factor 21.8)에 실렸다. 연구는 과학기술정보통신부의 지원을 받은 한국연구재단(NRF) 나노·소재기술개발사업과 이공분야 기초연구사업 우수신진연구의 지원으로 수행됐다.

울산과학기술원(UNIST) 정훈의 기계공학과 교수 연구팀이 만화 ‘원피스’ 주인공 루피처럼 고무같이 늘어나면서도 강철같이 단단해지는 인공근육 개발에 성공했다고 17일 밝혔다. 이번에 개발된 소프트 인공근육은 무게 1.25g에 불과하지만 최대 5kg의 하중을 지탱할 수 있다. 자기 무게의 약 4000배를 버티는 놀라운 강도다. 부드러운 상태에서는 12배까지 늘어나며, 물체를 들어 올릴 때는 원래 길이의 86.4%까지 수축해 사람 근육(약 40%)보다 두 배 이상 강하게 움직인다. 특히 주목할 부분은 작업 밀도다. 근육 1㎥가 낼 수 있는 에너지를 나타내는 이 지표에서 1150kJ/㎥를 기록해 사람 근육보다 30배나 뛰어난 성능을 보였다. 같은 부피라도 인공근육이 사람보다 훨씬 더 많은 힘과 에너지를 발휘할 수 있다는 의미다. 기존 소프트 인공근육은 부드럽고 유연하다는 장점이 있었지만, 무거운 물체를 들어야 할 때는 제대로 역할을 하지 못하는 한계가 있었다. 일반적으로 근육은 많이 늘어나면 단단함이 떨어지고, 단단하면 잘 늘어나지 않는 상반된 특성 때문이다. 연구팀은 이 근본적 딜레마를 근육 소재 내부의 화학적·물리적 결합을 정교하게 설계해 해결했다. 형상기억고분자 소재를 이용해 두 가지 형태의 결합을 구현한 것이 핵심이다. 화학적 결합은 고분자 사슬을 공유결합으로 단단히 묶어 구조적 강도를 유지하게 하고, 물리적 결합은 열 자극에 따라 끊어졌다 다시 이어지며 유연성을 확보하도록 했다. 여기에 표면을 특수 처리한 자성 입자를 넣어 물리적 결합을 강화하고 외부 자기장으로도 근육을 움직일 수 있게 만들었다. 실제 자기장으로 근육을 조종해 물체를 집는 실험에도 성공해 원격 조작 가능성까지 입증했다. 이 인공근육은 사람과 상호작용하는 소프트 로봇, 웨어러블 기기, 의료 보조 장치 등 다양한 분야에서 활용될 것으로 기대된다. 특히 하중을 지탱해야 할 때는 단단해지고 물체를 집어들 때는 부드러워지는 가변 특성으로 인해 기존 기술의 한계를 뛰어넘을 수 있을 것으로 전망된다. 정훈의 교수는 “기존 인공근육의 ‘늘어나면 힘이 약하고, 힘이 세면 잘 안 늘어난다’는 근본적인 한계를 해결한 것”이라며 “향후 소프트 로봇, 웨어러블 로봇, 인간-기계 인터페이스 등 다양한 분야에 활용될 수 있을 것”이라고 말했다. 이번 연구 성과는 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials)’에 게재됐다.

이제 약국에서도 카이스트(KAIST·한국과학기술원) 연구진이 개발한 탈모 방지용 샴푸를 구매할 수 있다. 지난 19일 카이스트 스타트업 폴리페놀 팩토리는 서울을 비롯한 수도권 약국 50여곳에서 기능성 헤어케어 브랜드 그래비티 판매를 시작했다고 밝혔다. 폴리페놀 팩토리 관계자는 “과학적 효능을 중시하는 약사들의 신뢰와 입점 문의가 꾸준히 이어진 결과”라고 설명했다. 그래비티 샴푸는 탈모 개선 효과를 입증한 연구 결과를 바탕으로 출시 전부터 큰 화제를 모았다. 쿠팡·무신사·롯데홈쇼핑 등 온라인쇼핑몰과 올리브영·이마트 등 오프라인 매장을 통해 출시 15개월 만에 누적 매출 235억원을 기록했다. 특히 지난 3월 올리브영 입점 첫날에는 30분 만에 전 제품이 완판되는 등 품절 대란이 벌어졌다. 그래비티의 대표 제품인 ‘헤어 리프팅 샴푸’는 특허 성분 ‘리프트맥스(LiftMax) 308’을 고함량으로 담은 탈모 기능성 샴푸다. 공인 임상시험에서 한 번 사용만으로 모발 굵기가 19.22% 굵어 보이고, 머리카락 부피가 87.27% 향상되는 결과를 얻었다. 2주 사용한 결과 모발 빠짐이 약 70% 감소한 것으로 나타났다. ‘리프트맥스 308’의 작용 메커니즘은 국제 학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)’에 실리며 과학적 타당성을 인정받았다. 그래비티는 지난 1월 세계 최대 가전·IT 전시회 ‘CES 2025’에 참가해 폴리페놀 고분자 기술을 선보여 주목받기도 했다. 엄성준 그래비티 영업본부 이사는 “약국 상담을 통해 두피 고민을 가진 소비자에게 전문적 선택지를 제공할 것”이라고 말했다. 그래비티는 수도권 약국 판매를 시작으로 올해 안에 전국 약국으로 공급망을 확대할 계획이다. 또 다음 달 일본 최대 유통기업 라쿠텐 입점을 통해 해외 시장 공략에도 나선다.

아주대학교는 김종현 교수 연구팀이 국제 공동 연구로 차세대 태양전지로 주목받는 페로브스카이트(perovskite) 태양전지의 에너지 변환효율을 높이고 안정성을 확보할 수 있는 신소재 개발에 성공했다고 30일 밝혔다. 페로브스카이트 태양전지는 현재 대세인 실리콘 태양전지를 대체할 소재(구조)로 주목받고 있다. 실리콘 태양전지의 에너지 변환효율이 이론적 한계에 가까워짐에 따라 고효율 페브로스카이트 태양전지가 게임체인저로 떠오르고 있는데, 국내 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 적용할 수 있고 실내외 모든 광환경에서 태양전지의 효율을 개선할 수 있는 새로운 계면 소재(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 제조 비용을 크게 줄일 수 있다. 하지만 용액 공정으로 페로브스카이트 필름을 만들 때, 재료의 결정 구조가 완벽하지 못한 결함이 불가피하게 생겨난다. 김종현 교수팀이 개발한 신규 계면 소재는 페로브스카이트 표면에 형성된 결함 부위에 직접 결합하여 문제를 효과적으로 제거했을 뿐 아니라 양극성(Ambipolar)이라는 특별한 특성을 지녀 전자와 정공을 모두 효과적으로 수송하는 추가 장점이 있다. 이는 마치 고속도로에서 양방향 통행이 가능한 것처럼, 전류가 흐르는 데 필요한 두 가지 종류의 전하를 동시에 빠르게 이동시킬 수 있는 원리이다. 또 실외의 강한 태양광 환경뿐만 아니라 실내의 조명 환경에서 에너지 변환효율을 각각 22.29%에서 23.55%, 31.19%에서 37.18%로 극대화하며, 태양전지의 장기적인 안정성을 크게 개선했다. 김종현 아주대 교수는 “이번 연구를 통해 다양한 구조와 광환경에서 페로브스카이트 태양전지의 에너지 변환 효율을 극대화할 수 있는 기술을 개발할 수 있게 되었다”며 “본 기술은 태양전지뿐만 아니라 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 게재됐다.

한국기술교육대학교는 화학생명공학과 박수민·김태용 교수 연구팀이 구리 기반 광촉매를 활용한 고성능 항바이러스 고분자 소재를 개발했다고 밝혔다. 중앙대 남인호·서울대 한정우 교수팀과 공동 연구로 진행된 이번 연구는 빛만 있으면 바이러스를 없애는 고기능성 소재 개발 상용화 가능성을 제시했다. 코로나19 팬데믹으로 바이러스 전파 주요 경로는 손잡이·책상·문고리 등 다양한 표면을 통한 간접 접촉으로 밝혀져 구리 분말을 이용한 항바이러스 필름 제품들이 주목받았다. 하지만 기존 제품은 시간이 지나면서 성능이 급격히 떨어지거나, 실제 항바이러스 효과에 의문이 제기되는 등 한계가 있었다. 연구팀은 항바이러스 효과를 극대화할 수 있는 구리 산화물 화학적 상태와 원자 구조에 주목했다. 그 결과, 원자 수준에서 구조를 정밀 제어한 구리 산화물 광촉매를 개발했다. 이 소재는 가시광선(태양광, 실내 조명)에서도 스스로 항바이러스 성능을 재생할 수 있는 특징을 지녔다. 연구진은 이 광촉매를 실리콘, 폴리프로필렌(PP), 에어필터 등 다양한 고분자 소재에 안정적으로 분산으로 1시간 이내 99.9% 이상의 바이러스 비활성화 성능을 입증했다. 3주 이상 사용 후에도 성능 저하 없이 유지되는 장기 안정성도 확인했다. 박수민 교수는 “딥러닝 기반 시뮬레이션과 실험을 결합한 융합 연구를 통해 고기능성 항바이러스 소재를 개발했고, 이를 실생활 제품에 성공적으로 적용했다는 점에서 학술적·공학적으로 모두 의미가 있다”고 설명했다. 이번 연구 결과는 재료과학 분야 국제 학술지 ‘Advanced Composites and Hybrid Materials’ 온라인판에 7월 14일 게재됐다. 한국연구재단 개인기초연구(우수신진연구) 사업 지원을 통해 이루어졌다.

“피부 촉감을 기계가 이해하고 반응”스마트폰, 웨어러블 기기 등 통합 가능 한국기술교육대는 컴퓨터공학부 김상연 교수 연구팀이 피부 촉감을 기계가 이해하고 반응하는 탄소섬유 센서를 개발했다고 10일 밝혔다. 이번 연구는 에너지 저장이나 촉매 분야에서 주목받아 온 탄소 천 소재를 사람과 기계가 감각으로 소통하는 전자 피부 인터페이스 핵심 재료로 전환했다는 점이 특징이다. 연구 핵심은 ‘촉각’이라는 감각을 중심에 둔 인터페이스를 위한 기초 기술이다. 기존 센서들은 딱딱하고 무겁거나 피부에 장시간 부착할 수 없는 물질이 많아 일상생활에서 연속적 측정이 어려웠다. 탄소 천(Carbon Cloth)을 기반으로 한 전기반응성 섬유는 고전도성, 기계적 내구성, 피부에 밀착되는 유연성 등을 모두 갖추고 있다. 이 전극은 사람의 땀·체액·체온 등 다양한 생리적 신호를 감지하고, 손끝 움직임, 접촉, 압력 등도 정밀하게 반응할 수 있다. 미래 ‘촉각 인터랙션’을 변화시킬 수 있는 이번 기초 기술은 뇌파나 신경전달 물질 같은 미세 신호를 읽어 감정 상태나 건강 이상을 즉시 감지한다. 손끝 부착된 센서로 사물 촉감을 인식하고 피드백을 줄 수 있는 햅틱(haptic) 기기로 확장할 수 있다. 연구책임자인 김상연 교수는 “기술을 만든 것이 아니라 감각을 연구했다”며 “이번에 개발한 유연한 탄소 섬유 기반 감지 소재는 인체 피부에 자연스럽게 밀착해, 촉각 정보를 정밀하게 감지하고 해석하는 데 최적화되어 있다”고 설명했다. 이번 연구결과는 10일 ‘Advanced Composites and Hybrid Materials’ SCI 저널(인용지수: 23.2)에 온라인 출판됐다.

리튬 증착 메커니즘의 수학적 규명고에너지 밀도 배터리 상용화 가능 확대 한국기술교육대학교는 에너지신소재화학공학부 김석준 교수 연구팀이 리튬 금속 배터리 및 무음극 리튬 이온 배터리 성능을 획기적으로 향상할 수 있는 새로운 ‘이차전지 인터페이스 설계 기술’을 개발했다고 3일 밝혔다. 연구팀은 충전 과정에서 리튬이 불균일하게 증착되며 발생하는 덴드라이트(dendrite) 성장 억제를 위한 전략으로, 리튬 금속 및 집전체 표면에 두께 5~15㎚ 이차원 전이금속 디칼코게나이드(2D TMD) 박막(PtTe2, PdTe2, NiTe2)을 적용했다. PtTe2 박막은 높은 결정학적 안정성을 바탕으로 리튬 금속 및 집전체 표면에서 리튬 표면 확산 속도(surface diffusivity)를 효과적으로 증가시켜, 초기 핵 형성 및 성장을 균일하게 유도했다 반면, PdTe2 및 NiTe2 박막은 상대적으로 낮은 열역학적 안정성으로 리튬과의 반응 시 상분해(phase decomposition)와 동시에 Li2Te가 형성되는 등 안정적 고체 전해질 계면(Solid Electrolyte Interphase, SEI) 형성을 촉진했다. PdTe2 코팅이 적용된 리튬 금속 음극은 상용 수준의 고용량 조건에서도 기존 리튬 금속 음극 수명 한계를 개선했다. 해당 기술은 액체 전해질이 사용되는 이차전지뿐만 아니라, 전고체 이차전지 상용화에 필수적인 핵심 기술로 평가된다. 김석준 교수는 “이번 연구는 이차전지 인터페이스 설계에서 리튬 증착 균일도가 표면 확산도와 핵생성 밀도의 함수로 작용함을 규명한 것으로, 새로운 설계 패러다임을 제시한 것”이라고 설명했다. 연구 결과는 세계적인 재료과학 저널 Advanced Materials에 6월 1일 자로 온라인 게재됐다.

한국기술교육대학교는 메카트로닉스공학부 김병기 교수 연구팀이 ‘웨어러블 압전 나노발전기와 비대칭 슈퍼커패시터’ 통합으로 배터리가 필요 없는 새로운 자가 충전 전력 시스템 개발’에 성공했다고 5일 밝혔다. 제주대 목영선 교수 연구팀과 공동연구로 진행된 이번 연구는 재생 에너지를 이용해 자가 전력을 생산하고 공급하는 새로운 압전 복합재료 설계가 가능해진 셈이다. 연구팀은 희토류 금속인 터븀 텅스텐을 2D 물질인 황화몰리브덴에 삽입(TbW@MoS2)한 복합재를 이용해 자가 충전 전력 시스템인 압전 발전 소자와 수퍼커패시터 음극재 역할을 수행하도록 했다. 손가락 탭핑에 의해 압전 발전기에서 발전되는 전압은 2.81V로 순수한 이황화몰리브덴보다 약 4.2배 좋은 결과를 얻었다. 전력밀도는 기존 보고된 결과보다 1.5배 가량 높은 7.3 μW/m2를 구현했다. TbW@MoS2를 음극재로 사용한 슈퍼커패시터는 이황화몰리브덴과 순수 터븀 텅스텐 각각의 용량보다 더 높은 용량인 62.6 mAh/cm2를 기록했다. 김 교수는 “소형 전자기기를 외부 전력 도움없이 압전형 나노발전기로 전압을 발생시켜 작동시키는 과정을 보여준 연구”라며 “그린 에너지 생성과 공급에 대한 좋은 사례가 될 것”이라고 설명했다. 한국연구재단 개인기초연구사업과 중점연구소사업의 지원으로 수행된 이번 연구 결과는 재료공학 분야 국제 학술지 Advanced Composites and Hybrid Materials에 게재됐다.

세계 최고 수준 초 고증폭 유연 소자 개발, <어드밴스드 머티리얼스> 게재 아주대와 광주과학기술원(이하 GIST) 연구진이 아주 낮은 수준의 전압에서도 생체신호를 정확하게 측정할 수 있는 유연한 고감도 전자 피부를 구현해냈다. 머리카락 두께의 1/100 수준인 초박막 센서로 인체의 다양한 움직임에도 안정적이고 정확하게 생체신호 측정이 가능해 헬스케어 기술 발전에 기여할 것으로 기대된다. 아주대학교(총장 최기주)는 박성준 교수(전자공학과·지능형반도체공학과) 연구팀이 광주과학기술원(GIST) 연구팀과 공동으로 수직 형태의 채널구조를 갖는 초유연·초저전압 전자 피부를 개발했다고 12일 밝혔다. 해당 연구는 ‘표피 신호 모니터링을 위한 초유연성 수직 코바이노 유기 전기화학 트랜지스터(Ultraflexible Vertical Corbino Organic Electrochemical Transistors for Epidermal Signal Monitoring)‘라는 논문으로 저명 학술지 <어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)> 11월호에 실렸다. 유연하고 가벼우며 생체친화적인 전자피부(e-skin) 전자 피부(e-skin)는 인간 피부와 유사한 유연성과 민감성을 갖춘 인공 센서 시스템으로, 피부에 부착해 생체신호를 감지하고 다양한 환경 정보를 수집할 수 있는 전자장치다. 이 장치는 생체 적합성·신축성·유연성을 특징으로 하며 심박수, 체온, 근전도 등 생체신호를 실시간으로 모니터링할 수 있다. 연구를 이끈 박성준 아주대 교수는 “이번 연구를 통해 초저전압에서 높은 감도로 생체신호를 측정할 수 있는 비침습적 피부 인터페이스 건강 모니터링 기술에 획기적 진전을 이루어냈다”라며 “다양한 기능을 갖춘 초소형·초박형 웨어러블 기기의 구현 가능성을 높이고, 장기간 사용해도 성능을 안정적으로 유지할 수 있는 방안을 제시할 수 있을 것”이라고 설명했다. 이어 “앞으로의 후속 연구를 통해 혁신적인 솔루션을 제공, 사람들의 삶의 질을 높이는데 크게 기여할 수 있을 것으로 기대한다”라고 덧붙였다. 이번 연구는 과학기술정보통신부 나노소재글로벌영커넥트·나노소재기술개발사업과 아주대학교 연구비 지원을 받아 수행됐다.

단국대학교는 화학과 강선우 교수 연구팀이 더 밝고 오래 지속되는 청색 인광 OLED(유기발광다이오드) 소자 개발에 성공했다고 7일 밝혔다. 이번 연구는 홍익대(김태경 교수), 가천대(홍완표 교수), ㈜로오딘과 공동으로 진행됐다. OLED는 스마트폰·태블릿 등 모바일 기기에서 가장 많이 쓰이고 있는 디스플레이다. 적·녹·청색의 유기물질이 색을 구현한다. 현재 적색과 녹색 소자는 인광 OLED가 상용화됐지만, 청색 인광 OLED는 수명이 짧고 안정성이 낮아 형광 OLED에 의존하고 있다. 청색 인광 OLED는 짧은 수명으로 장시간 사용 시 디스플레이 잔상(열화)현상이 쉽게 발현돼 제품화가 어렵다. 긴 수명과 높은 효율을 보이는 청색 인광 OLED 개발은 ‘OLED의 마지막 퍼즐’이라고 불리고 있다. 연구팀은 기존 개발된 소자(BD-02)의 효율, 수명, 색 순도를 저해하는 분자의 떨림 현상을 효과적으로 억제하는 설계 방법을 개발했다. 연구팀이 개발한 소자는 기존 소자(BD-02)보다 113%의 발광 효율을 보였으며, 수명은 138% 늘어났다. 강 교수가 공동 교신 저자로 참여한 이번 연구는 최근 재료공학 분야의 국제 저명 학술지인 Advanced Materials (IF = 27.4)’ 에 게재됐다. 논문명은 진동 억제 효과를 가진 테트라덴테이트 Pt(II) 복합체를 이용한 고효율, 안정적인 울트라 퓨어 블루 인광 유기 발광 다이오드(Superbly Efficient and Stable Ultrapure Blue Phosphorescent Organic Light‐Emitting Diodes with Tetradentate Pt (II) Complex with Vibration Suppression Effect)다.

HS효성그룹의 효성첨단소재가 고강도 탄소섬유 원사를 북미 최대 복합소재 전시회에서 선보이며 미국 고압용기 시장 공략에 나선다. 효성첨단소재는 미국 샌디에이고에서 9일부터 12일까지 열리는 ‘CAMX(the Composites and Advanced Materials Expo) 2024’ 전시회에 참가한다고 6일 밝혔다. CAMX 전시회는 북미 최대 복합소재 전시회로, 효성첨단소재는 지난 2014년 이후 매년 참가하고 있다. 효성첨단소재는 이번 전시회에서 기존 원사보다 높은 인장강도를 가진 고압용기용 신규 고강도 원사를 선보인다. 탄소섬유와 함께 고압용기, 자동차 휠, 자전거 프레임 등을 전시하고 고객 미팅을 통해 탄소섬유 브랜드 ‘탄섬’을 홍보할 예정이다. 효성첨단소재는 지난 2011년 철에 비해 무게는 4분의 1 수준이면서도 강도는 10배 이상 강한 ‘슈퍼섬유’인 고강도 탄소섬유 ‘탄섬’을 국내 최초 독자 기술로 개발했다. 또 2022년에는 강도가 철보다 14배 이상 높은 ‘H3065(T-1000급)’ 초고강도 탄소섬유 개발에 성공하며 항공, 우주분야까지 진출을 확대해나갈 계획이다. 특히 효성첨단소재는 미국의 고압용기 시장 확대에 주목하고 있다. 재생 천연가스 보급, 대형 트럭 CNG엔진 출시로 CNG차량 및 운송용 고압용기 수요는 지속적으로 늘고 있다. 또 2042년까지 ‘트럭 탄소배출 Zero 정책’ 추진으로 수소차량 및 운송용 고압용기 시장 규모도 더욱 커질 것으로 전망된다. 업계에서는 고압용기용 탄소섬유 시장이 2024년부터 2026년까지 연평균 16% 성장할 것으로 전망하고 있다. 임시 주총 열고 사명 ‘HS효성첨단소재’로 변경한편 이날 효성첨단소재는 임시 주주총회를 열고 사명을 ‘HS효성첨단소재’로 바꾸는 정관 변경안을 가결 처리했다. 이번 사명 변경은 효성그룹의 2개 지주회사(㈜효성·HS효성) 체제 개편에 따른 것이다. 조현상 부회장이 이끄는 신설 지주사 HS효성은 효성첨단소재를 자회사로 두고 있다. 또 효성첨단소재는 이날 미래전략 부문을 총괄하는 성낙양 부사장을 사내이사로 선임했다. 성 부사장은 야후코리아 대표이사, 두산동아 대표이사, ㈜효성 경영혁신실장 등을 지냈다.

포항공과대학(POSTECH) 연구팀이 연쇄적으로 쓰러지는 ‘도미노 구조’를 이용해 효율적인 전기 생산이 가능한 소자 개발에 성공했다. 상용화 될 경우 충전 없이 웨어러블 기기를 사용할 수 있을 전망이다. 23일 포스텍은 울산대·광운대 등과 함께 진행한 연구를 통해 불소 탄성체를 사용한 도미노 구조로 고효율 ‘마찰 전기 나노 발전기(Triboelectric nanogenerator, 이하 TENG)’를 개발하는 데 성공했다고 밝혔다. 포스텍 화학공학과 조길원 교수와 이시영 박사 연구팀, 울산대 나노에너지화학과 이승구 교수, 광운대 화학공학과 이기원 교수 등이 참여했다. TENG는 두 물체가 접촉하고 분리될 때 전자가 이동하면서 발생하는 전기 현상인 마찰 전기를 기반으로 한다. 사람의 움직임, 바람, 진동 등 아주 미세한 충격을 전기 에너지로 변환할 수 있다. 발전 소자 크기가 작고 유연한 소재로 이뤄져 전자 피부나 헬스케어 등 차세대 휴대용 전원으로 주목받고 있다. 하지만 에너지 변환 효율과 변형성 등 한계가 있었다. 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 ‘도미노’ 원리에 주목했다. 작은 힘으로도 쓰러지는 도미노처럼 외부에서 가해지는 미세한 힘이나 압력에 의해 쉽게 변형 가능한 마이크로(micro) 규모의 도미노 구조를 TENG에 접목하였다. 또한 연구팀은 실생활에서 보다 효율적으로 사용할 수 있는 실리콘 탄성체와 불소가 포함된 고분자 탄성체를 혼합해 TENG 소자를 제작했다. 이 소자는 물에 닿았을 때 물방울이 표면에 달라붙지 않고 도미노 구조를 따라 쉽게 굴러가기 때문에 물 한 방울로도 효율적인 전기 생산이 가능하다. 소자 특성상 오염 물질도 잘 붙지 않아 깨끗한 상태를 오래 유지할 수 있다. 연구팀은 이러한 기술을 바탕으로 바람과 빗방울로부터 전기를 만들어 낼 수 있는 ‘인공 나뭇잎’과, 손목 흔들기와 손 씻기 등 간단한 동작으로 전기를 생산하는 웨어러블 ‘손목 밴드’를 제작하는 데 성공했다. 특히 제작된 TENG는 최대 약 1300v의 높은 전압 혹은 최대 9.8 W/㎡의 출력 밀도로 마찰 전기를 생성하는 등 뛰어난 에너지 변환 효율을 보였다. 포스텍 조길원 교수는 “연구팀이 만든 TENG는 물이나 바람을 활용해 높은 효율로 전기를 생산할 수 있어, 비바람이 잦은 지역에서 태양 전지를 대체할 수 있는 가능성이 크다”며 “웨어러블 기기에 적용하면 충전이 필요 없는 웨어러블 전자 기기의 시대를 열 수 있을 것”이라고 설명했다. 한편 이번 연구는 우수성을 인정받아 재료 분야 국제 학술지인 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)’ 온라인판 앞표지(front cover) 논문으로 최근 게재됐다.

기존 이차전지 보다 두 배 높은 에너지 밀도‘이차전지 대량생산‘ 적용 가능 한국기술교육대학교(총장 유길상)는 에너지신소재화학공학부 김석준 교수 연구팀이 ‘신개념 이차전지용 하이브리드 음극 개발’에 성공했다고 22일 밝혔다. 이번 연구는 고에너지 밀도 이차전지의 음극 구조 설계와 디자인에 새 기준을 제시할 것으로 기대된다. 한기대에 따르면 현재 이차전지에 사용되는 흑연 음극 대신 리튬 메탈이 사용된 전지 또는 흑연이나 리튬 메탈이 없는 무음극 이차전지 연구가 활발히 진행 중이다. 이차전지의 무게·부피를 줄여 에너지밀도를 높이기 위해서다. 하지만 충전 시 리튬이 음극에 불균일하게 증착해 전기화학적 안정성이 매우 떨어지며 상용화에 부족한 상태다. 연구팀은 음극활물질인 흑연과 구리 집전체가 혼합돼 단일 구조체로 형성된 ‘다공성의 하이브리드 음극 구조’를 제시했다. 연구팀이 개발한 하이브리드 음극은 구조적으로는 90% 구리 분말과 10%의 흑연 분말 및 지르코늄 산화물이 혼합된 복합체다. 기능적으로는 흑연 음극의 층간 삽입(intercalation) 반응과 무음극의 증착(deposition) 반응 기전이 동시에 작동하는 특징을 갖고 있다. 기존 음극 대비 흑연은 3분의 1만 사용하지만, 용량 및 수명은 기존 음극 대비 월등히 향상됐다. 부피 에너지 밀도도 흑연 음극을 사용한 이차전지 대비 약 2배 향상했다. 김석준 교수는 “기존 흑연 음극보다 우수한 성능을 가지면서 에너지 밀도를 향상한 연구 결과”라며, “이차전지의 대량 생산에도 즉시 적용할 수 있는 것으로 기대된다”고 설명했다. 한국연구재단 개인기초연구사업의 지원으로 수행된 이번 연구 결과는 재료공학 분야 국제 학술지 Advanced Functional Materials에 7월 22일 자로 온라인 게재됐다. 논문명은 ‘Fabrication of a Porous Copper/Graphite/Zirconium Oxide Hybrid Anode via Screen Printing for Lithium-Ion Batteries’이다.

단국대학교는 코스메디컬소재학과 최영봉 교수 연구팀이 바이오 연료전지(Biofuel Cell)의 전력 생성 성능을 8배 이상 증가 등 고성능의 직물형 바이오 연료전지를 개발했다고 3일 밝혔다. 이번 연구는 고려대 조진한·정윤장 교수팀과 강원대 권정훈 교수와 공동으로 진행됐다. 바이오 연료전지는 포도당을 산화시킬 때 생성되는 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하는 생체 친화형 전지다. 심박조율기·신경 자극기·약물 전달 펌프를 비롯한 이식용 바이오메디컬 기기의 전력 공급원으로 활용된다. 기존 바이오 연료전지는 촉매 역할 효소가 전자를 전달하는 매개체에 제대로 고정되지 않아 시간이 지나면서 효소가 떨어지는 문제가 발생했다. 연구팀은 전도성 직물 지지체 표면에 금속 나노입자를 결합해 효소를 고정하는 새로운 조립 매커니즘을 개발했다. 새롭게 개발된 직물형 바이오 연료전지는 기존 방식의 전지에 비해 전류 생성 성능이 80% 이상 증가했고, 전력 생성 성능은 8배 이상 증가했다. 유연성과 물리적 특성이 높아 일반적 의료기구인 주사기 바늘, 카테터, 스텐트 등에 사용이 가능하다. 최 교수는 “높은 성능을 요구하는 고성능 바이오센서나 생체 삽입형 의료기기 전력 공급원으로 폭넓게 사용될 것으로 기대한다”고 말했다. 이번 연구는 국제 저명 학술지인 어드밴스드 에너지 머터리얼즈(Advanced Energy Materials, IF =27.8) 7월 호에 표지(Front Cover Image)로 선정됐다. 논문명은 ‘높은 출력과 작동성을 갖춘 하이브리드 바이오연료전지, 전자 전달 강화 매개체를 이용한 안정성 및 다중 상호 작용 어셈블리’(A Hybrid Biofuel Cell with High Power and Operational Stability Using Electron Transfer-Intensified Mediators and Multi-Interaction Assembly)다.