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스트레스에 의해 생긴 잔주름의 숨겨진 비밀을 밝혀내다
- Nature Materials 표지논문 선정, ‘자연을 닮은 구조물’ 제작에 새로운 가능성 열어-
신진 여성과학자가 스트레스에 의해 생긴 잔주름이 성장하면서 깊은 주름으로 발전하는 전 과정을 가시화하여 그 원인을 규명함으로써 표면주름 제어기술 개발에 새로운 전기를 마련하였다.
카이스트 김필남 연구교수가 주도한 이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 직무대행 김병국)이 추진하는 학문후속세대양성사업(박사후 국외연수)의 지원을 받아 미국 프린스턴 대학에서 수행되었고, 연구결과는 세계 최고 권위의 과학전문지 ‘네이처(Nature)’의 대표적인 자매지인 ‘Nature Materials" 12월호(12월 1일자)에 표지논문으로 선정되는 영예를 얻었다.
김필남 박사 연구팀은 얇은 박막이 극심한 스트레스를 받으면서 생기는 잔주름이 깊은 골짜기 형태의 접힌 구조물로 변형해가는 일련의 과정을 밝히고, 이를 통해 자연계에서 나타날 수 있는 다양한 복합 구조물을 모방해내는 기반기술을 개발하는데 성공하였다.
표면주름은 여러 개로 적층된 구조에서 그 중 어느 한 층이 극도로 빠른 팽창(또는 수축)이 일어날 때 그 불안정성으로 나타나는 구조이다. 이러한 불안정성을 갖는 적층구조는 동․식물의 표피(피부)와 같은 생물의 조직뿐만 아니라, 최근 활발히 연구되고 있는 구겨지는 플렉시블 디스플레이(또는 소자)에서도 흔히 나타난다.
특히 생체조직에서는 주름이 지속적으로 성장하는 과정을 겪는데, 지금까지 이러한 이차원적인 표면에서 잔주름의 성장이 만들어내는 삼차원적인 구조의 변형에 대해서는 밝혀진 바가 없다. 이번 연구를 통해서 김 박사팀은 주름(wrinkle)이 곡률이 극심한 접힘(fold)이라는 구조로 변형되어가는 메커니즘을 규명하였다.
또한 연구팀은 실시간 분석을 통해 잔주름 구조물이 일련의 자기조직화 과정*을 거쳐 궁극적으로 그물망 형태의 접힘 구조물로 변형된다는 사실을 밝혀냈다. *) 자기 조직화 과정 : 계층적 방식(Hierarchical process), 자발적 제어과정 (Self-regulation process), 연속적인 구획화(Subdivision process) 및 분지화(Branching process) 등
흥미롭게도 연구팀은 이 과정을 통해 만들어진 구조는 건조한 땅이 갈라지면서 만들어내는 균열구조와 매우 흡사하고, 나뭇잎에서 볼 수 있는 맥관구조 뿐만 아니라, 인체에서 볼 수 있는 혈관 네트워크와도 매우 흡사한 구조를 가지고 있다는 사실을 발견하였다.
이번 연구는 무생물뿐만 아니라 생물계에서 보여주는 다양하지만 일관된 구조(그물망 구조 등)의 발생 원리를 기계적․물리학적 입장에서 재해석할 수 있음을 보여주는 결과이다. 따라서 이번 연구 결과는 모든 발생과정을 볼 수 없는 생물계에서의 구조화, 패턴화를 이해하는데 크게 기여할 것으로 평가된다.
김필남 박사는 “이번 연구는 오랫동안 연구되어왔던 ‘주름 또는 접힘’이라는 생물학적, 자연발생적 구조물을 이해하고 직접 제어․조절하여 ‘자연을 닮은 구조물’을 보다 쉽게 만들어 낼 수 있는 새로운 가능성을 제시하였다”고 연구의의를 밝혔다.
2011.12.20
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손훈 교수,‘구조 건전성 모니터링 올해의 인물상’ 수상
- 국내외 활발한 연구 성과를 인정받아 한국인으로는 최초로 선정 -
- ‘08년 39세 나이로 KAIST 최연소 종신교수로 선정되기도 -
우리 학교 건설 및 환경공학과 손훈(42세) 교수가 지난 13~15일 미 스탠포드대에서 열린 제8차 국제 구조물 건전도 모니터링 학회(International Workshop on Structural Health Monitoring)에서 ‘구조 건전성 모니터링 올해의 인물상(Structural Health Monitoring Person of the Year Award)’을 수상했다.
이 상은 구조물 건전성 모니터링 분야에서 가장 권위 있는 ‘구조 건전성 모니터링 국제 학술지(An International Journal of Structural Health Monitoring)"의 편집장과 고문들이 최근 연구 실적이 가장 우수한 연구자를 선정해 수여하는 상이다.
손훈 교수는 2007년 KAIST에 임용된 이래, SCI(E)급 논문 42편, 17개의 국내외 특허 출원 및 등록, 100편 이상의 국제 학회지 논문발표 등 그동안의 연구업적을 인정받아 한국인으로는 최초로 2011년도 수상자로 선정됐다.
손 교수는 특히, 확률론적 패턴 인식을 기반으로 한 구조물 모니터링 기법에 관한 세계적인 권위자로서 스마트센서를 이용한 ‘무기저 손상 진단(Reference-free damage diagnosis)’ 방법을 2007년에 세계 최초로 개발했다.
이 기법은 구조물 초기 단계에서 취득한 기저 신호를 사용하지 않고 손상을 감지하는 방법이다. 실제 구조물에 설치된 스마트 센서로부터 취득된 응답에 포함돼 있는 온도변화 및 외부 하중 변화 등의 주변 환경 요인을 배제해 구조물 건전성 진단의 신뢰도를 향상시키는 데 크게 기여했다.
손 교수는 현재 보잉 항공사, 미국 공군 연구소, 한국연구재단, 국방연구소, 한국도로공사, POSCO 등 유수의 국내외 기관들과 협력을 통해 항공기, 교량 구조물 등의 기반 시설물외에도 원자력 시설물, 초고속철도, 풍력발전기 등 최근 중요성이 증대되고 있는 녹색에너지 시설물 건전성 모니터링 시스템 개발 및 검증에 관한 연구에 매진하고 있다.
아울러 올해 6월에는 미국연방도로관리국이 실시하는 장기 교량 성능 평가 프로그램(Long Term Bridge Performance Program) 중 하나로 미국 뉴저지에 위치한 교량에 스마트 압전 센서를 활용한 국부 모니터링 기법을 적용해 검증에 성공했다. 이 성과는 실제 사용 중인 교량에 적용된 새로운 스마트 국부 모니터링 기법으로서 미국 뉴저지 공영 TV 및 신문 매체에 그 실험내용이 소개되기도 했다.
한편, 손 교수는 2008년 39세의 나이로 KAIST 최연소 종신교수로 선정되면서 주목을 받았다. 이후 교과부에서 수여하는 ‘젊은 과학자상’ 수상, ‘KAIST 석좌교수’ 임명, 미국 퍼듀대학교 ‘에드워드 커티스(Edward M Curtis)’ 초빙교수 상을 수상하는 등 국내외에서 그 실력을 널리 인정받고 있다.
현재 손 교수는 KAIST에서 스마트 구조 및 시스템 연구실을 운영하면서, 보다 정확하고, 안전하며 경제적인 구조물 진단 시스템을 개발하기 위한 연구에 매진 중이다.
2011.09.26
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유룡 교수, 벌집 모양 규칙적 구조의 제올라이트 개발
- 사이언스誌 발표,“제올라이트 학계의 20여년 숙원 과제 해결!”-
우리 학교 화학과 유룡 교수 연구팀은 벌집모양의 메조나노기공과 보다 미세한 크기의 마이크로나노기공이 규칙적으로 배열되어 있는 ‘육방정계 구조규칙적 위계나노다공성 제올라이트’ 신물질을 개발하는데 성공하였다.
유 교수팀은 2009년 나노판상형태의 초박막 제올라이트 물질을 합성하여 세계 최고 권위의 과학 학술지인 네이처誌에 게재한데 이어, 벌집모양의 메조나노기공을 갖는 제올라이트 물질의 개발 성과로 사이언스誌 2011년 7월호(7월 15일자)에 논문을 게재하여 제올라이트 연구의 우수성과 학술적 중요성을 모두 인정받았다.
제올라이트는 가솔린 생산을 비롯하여 석유화학산업 전반에 걸쳐 세계적으로 가장 널리 이용되는 촉매물질이다. 촉매는 다양한 화학 반응에서 사용되어 반응을 촉진시킴은 물론, 반응 시간을 단축시켜 경제성을 높이는 데 활용되는 물질이다. 화학 산업 분야에서 사용되는 촉매 물질들은 사용 후 분리를 용이하게 하기 위해 주로 고체 형태로 이루어진 촉매를 사용하는데, 제올라이트는 현재 사용되고 있는 다양한 고체 촉매들 중에서 40% 이상을 차지할 정도로 매우 높은 비율로 다양한 화학 산업 전반에 걸쳐 이용되고 있는 물질이다. 때문에, 제올라이트의 촉매 효율을 높일 경우, 이에 따른 경제적 효과는 막대하다고 할 수 있다.
기존에 산업 전반 분야에 사용되고 있는 일반 제올라이트 촉매 물질들은 내부에 무수한 미세구멍(나노세공)들이 규칙적으로 뚫려 있지만 그 직경이 매우 작아 반응 대상 분자의 확산 속도가 느리기 때문에 촉매활성이 낮은 단점이 있었다. 이를 해결하기 위해 연구팀은 미세한 마이크로나노기공과 그 보다 큰 직경의 메조나노기공이 동시에 규칙적으로 배열*되어 있는 제올라이트 물질을 합성하였다. 이러한 구조의 물질은 제올라이트 학계에서 수많은 연구자들이 합성하고자 지난 20여 년 이상을 시도해온 물질로서, 이번에 유 교수팀이 드디어 제올라이트 학계의 20여 년 동안의 숙원 과제를 해결하는 방법을 제시한 것이다. * 작은 도로만 있어 교통체증이 심한 대도시에 큰 도로와 작은 도로를 유기적으로 구성하는 도시계획을 수립, 시행함으로써 원활한 교통 흐름을 만들어 내는 원리와 같다. 크고 작은 나노세공이 유기적으로 연결된 제올라이트 내부에서 분자의 흐름이 훨씬 수월해진다.
이번에 개발한 제올라이트 물질은 연구팀이 특수 설계한 계면활성제를 사용하여 합성할 수 있었다. 이 계면활성제는 머리 부분에 제올라이트 마이크로 기공 유도체를 포함하여 제올라이트 골격의 형성을 유도하고, 소수성 꼬리 부분은 제올라이트의 마이크로 기공보다 더 큰 메조 기공을 벌집 구조 모양으로 배열할 수 있도록 하였다. 지금까지 알려져 있는 제올라이트 합성 원리는 하나의 기공 유도 분자가 하나의 매우 작은 마이크로 기공을 유도했던 반면에, 본 연구팀이 개발한 방법은 하나의 분자가 서로 다른 크기의 기공을 규칙적으로 유도한다는 점에서 기존의 방법과 차별화된다.
유교수팀이 세계 최초로 2009년에 개발한 2 nm 극미세 두께의 나노판상형 제올라이트가 2차원적인 형태로 이루어진 물질이었다면, 이번에 합성에 성공한 ‘육방정계 구조규칙적 위계나노다공성 제올라이트’는 3차원적 구조 규칙성을 띤 나노구조물로 지금까지 볼 수 없었던 이상적이고 안정적인 벌집 구조를 갖고 있다.
때문에, 새로 개발한 제올라이트는 산업적으로는 중요하지만 커다란 분자 크기 때문에 기존의 제올라이트를 사용하기 쉽지 않았던 물질의 촉매로 사용할 수 있게 되었다.
유룡 교수는 “이번에 개발한 제올라이트는 지금까지 볼 수 없었던 이상적이고 안정적인 기공구조를 갖고 강한 산성을 띠고 있어 기존의 제올라이트의 단점을 충분히 보안한 물질이다. 따라서 앞으로 산업적으로 중요한 많은 고부가 가치 반응에서 고성능 촉매로 사용될 수 있을 것으로 기대한다. 뿐만 아니라, 이번 연구를 통해 본 연구단이 개발한 합성 방법이 여러 종류의 제올라이트에도 적용이 가능함을 보이면서 앞으로 200여 가지가 넘는 기존의 제올라이트들의 단점도 해결할 수 있을 것이다.”고 연구의의를 밝혔다.
이번 논문의 제1저자인 나경수 박사는 성균관대학교 화학과를 조기졸업하고 KAIST에서 석사와 박사를 4년 반만에 마친 수재다. 지난 2월에는 KAIST 우수 박사학위 논문상을 수상하기도 했으며, 현재 유룡 교수가 맡고있는 KAIST 화학과 기능성 나노물질 연구단에서 박사후 과정 중이다.
[그림1] ‘육방정계 구조규칙적 위계나노다공성 제올라이트’의 주사 전자현미경 사진. 균일한 두께와 길이의 뾰족한 바늘 모양의 결정들이 전 영역에 걸쳐 고루 존재하는 것을 볼 수 있다.
[그림2] ‘육방정계 구조규칙적 위계나노다공성 제올라이트’의 투과 전자현미경 사진
2011.07.15
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꿈의 소재
- 초고성능의 차세대 전자소자 등에의 그래핀 응용가능성 높여 -
그간 개념상으로만 알려졌던 그래핀의 미세한 주름 구조와 도메인 구조, 그 구조들의 생성원리 및 열처리 공정을 통한 주름구조 제어 가능성이 우리 학교 연구진에 의해 최초로 규명되었다.
우리 학교 EEWS대학원 박정영 교수와 건국대 박배호 교수팀이 주도한 이번 연구 결과는 세계 3대 과학저널(네이처, 사이언스, 셀) 중 하나인 ‘사이언스(Science)’誌에 8월 중 게재될 예정이며, 이에 앞서 ‘사이언스 온라인 속보(Science Express)’에 7월 1일자(한국시간)로 소개되었다.
연구진은 기계적 박리법을 이용해 제작한 그래핀 박막을 원자힘 현미경을 이용하여 측정한 결과 물리적으로 똑같은 특성을 지닌 단일층 그래핀 내에서 마찰력이 현저히 다른 구역(비등방성 마찰력 도메인)이 존재하는 것을 발견하였다.
또한 연구진은 마찰력의 차이가 발생하는 원인을 밝히는 과정에서 그래핀에 잔주름의 방향이 다른 구역(domain, 도메인)이 존재함을 밝혔고, 적절한 열처리 공정을 이용하면 이런 구역구분이 없어지며 전체가 일정한 마찰력을 보이도록 재구성할 수 있음을 보였다.
연구진은 “본 연구는 주름구역의 존재를 최초로 확인하였다는 점과 주름구조의 제어 가능성을 보임으로써 휘어지는 전자소자 등에의 응용가능성을 한 단계 확장시켰다는데 의의가 있고, 향후 활발한 후속연구를 기대한다”라고 밝혔다.
본 연구의 특이한 점으로는 그래핀과 관련된 국내 최고의 전문가들인 서강대 정현식 교수팀, 성균관대 이창구 교수, KIAS 손영우 교수팀 등이 공동 연구에 참여했다는 점이다.
SiO2 기판위에 박리법으로 증착된 그래핀의 원자힘 현미경 이미지(좌), 마찰력 도메인 이미지(중앙), 마찰 도메인에서 예측한 잔주름 분포(우).
2011.07.01
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금속이온 감지 고감도 센서 개발 길 열어
- 카본 나이트라이드에 3차원 입방체형태의 나노구조 유도- 화학분야 세계적 학술지 ‘앙게반테 케미誌’ 12월호 게재
우리학교 생명화학공학과 홍원희 교수팀이 나노구조를 갖는 카본 나이트라이드를 이용해 다른 물질의 도움 없이 금속이온을 손쉽게 감지할 수 있는 고감도 센서 개발을 위한 원천기술을 확보했다고 27일 밝혔다.
금속이온을 측정하기 위해서는 원자 흡수 분광도법과 유도결합 플라즈마 질량분석기를 이용하는 방법 등이 있다. 이들은 거대한 장비를 이용해야 하기 때문에 휴대성이 떨어진다.
이 휴대성 문제를 해결하기 위해 많은 연구들이 진행되고 있는 데, 대부분 양자점(quantum dot)을 이용하거나 형광단(fluorophore)을 이용하는 센서로 금속이온 감지를 위해 복잡한 접합과정을 거쳐야 한다. 또한, 양자점은 그 자체가 중금속으로 이루어져 있어 독성이 있으며, 형광단을 이용한 센서는 수용액에서의 용해도가 낮아 적용하는 데 한계가 있다.
연구팀은 고유의 발광성을 가지는 카본 나이트라이드(graphitic carbon nitride)에 3차원 입방체 형태의 나노구조를 유도해 본연의 광학적 성질을 조절함으로써 독성이 없고 별도의 접합이 필요 없는 효율적인 센서를 개발했다.
특히, 이 센서는 기존의 휴대용 센서를 목적으로 개발된 물질보다 감도가 10배 이상 뛰어나, 장비 휴대가 불가능한 원자 흡수 분광도법과 유도결합 플라즈마 질량분석기를 이용하는 방법과 유사한 감도를 나타낸다.
이번 연구성과를 기반으로 나노구조를 가지는 카본 나이트라이드를 이용해 폐수에 존재하는 금속 이온의 초고감도 감지도 가능하게 됨으로써, 주변 환경이 금속 이온에 의해 얼마나 노출되어 있는지 혹은 오염되어 있는지를 손쉽게 알 수 있다.
또한, 카본 나이트라이드의 생체 적합성을 이용해 몸속의 혈액 내에 존재하는 금속 이온의 농도까지 쉽고 간단하게 감지 가능한 센서를 구현할 수 있으며, 나노 크기의 카본 나이트라이드 입자를 이용해 체내의 질병치료를 위한 약물 전달 시스템에 적용하고자 약물 전달체로의 활용이 가능할 것으로 기대된다.
홍원희 교수는 “이번 연구는 카본 나이트라이드 관련 연구가 한 걸음 더 나아가 나노구조 유도를 통한 다양한 성질을 복합적으로 이용해 이온 또는 생체 분자 등 여러 가지 물질을 감지하는 센서로 널리 활용될 수 있는 원천기술이다”라고 말했다.
한편, 이번 연구는 교육과학기술부에서 시행하는 미래기반기술개발사업의 지원을 받아 수행됐으며, 연구의 중요성을 인정받아 화학 분야의 세계적 학술지인 ‘앙게반테 케미(Angewandte Chemie International Edition)’지 12월호에 게재됐다.
2011.01.27
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이인 교수 ‘미국항공우주학회’ 석학회원 선임
우리학교 항공우주공학전공 이인 교수가 2011 년 미국항공우주학회(AIAA ; American Institute for Aeronautics and Astronautics) 석학회원 (Fellow) 에 선임됐다.
이 교수는 항공우주구조, 복합재료 및 스마트구조의 해석 및 설계의 권위자로 그 동안 한국항공우주학회장 및 한국복합재료학회장, 나로호 발사 조사위원회 위원장 등을 역임했다.
한편, AIAA 는 전세계 160 여 개 국가에 회원을 두고 있는 세계 최대 및 최고의 학회로 회원 가운데 업적이 뛰어난 최상위 0.08 % 정도의 회원만을 매년 석학회원 (Fellow) 으로 선임한다.
2011.01.07
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강석중 특훈교수, ‘한국공학상’ 수상
우리학교 신소재공학과 강석중 특훈교수가 교육과학기술부와 한국연구재단에서 세계적 수준의 탁월한 연구 성과를 낸 교수들에게 수여하는 ‘한국공학상’ 수상자로 선정됐다.
강 교수는 다결정 소재의 물리적 성질에 큰 영향을 미치는 미세구조가 소재의 제조와 가공 중에 어떻게 변하는지에 대한 근본적인 원리를 규명해 재료 미세조직 분야에서 새로운 연구방향을 제시했다. 이를 신소재 제조에 응용하는 등 국내 재료공학과 산업 발전에 기여해 수상했다.
‘한국공학상’은 1994년 제정됐으며, 현재까지 전기·기계·화학·토목 등 공학 분야에서 총 24명이 선정됐다. 한국공학상 수상자에게는 대통령상과 상금 5000만원이 수여된다.
한국공학상과 젊은과학자상에 대한 시상식 및 간담회는 이주호 교과부 장관, 김병국 한국연구재단 이사장 직무대행, 정길생 한국과학기술한림원장, 수상자 및 관계자 100여명이 참석한 가운데 22일 오후 3시 서울 프레스센터 프레스클럽에서 열렸다.
한편, 강 교수는 올 3월 세계적 수준의 연구업적과 교육성과를 인정받아 우리학교 특훈교수로 임명됐다.
2010.12.23
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뼈 형성 모방, 고성능 리튬전지 소재 개발
- 재료분야 세계적 학술지 Advanced Materials지 온라인판 게재- 리튬이차전지, 차세대 유․무기 나노복합소재 개발에 응용 가능해
우리학교 신소재공학과 강기석(35세) 교수팀과 박찬범(41세) 교수팀이 뼈의 형성 과정을 모방해 우수한 나노구조를 갖는 ‘리튬이차전지용 전극소재 합성을 위한 원천기술개발’에 성공했다고 22일 밝혔다.
뼈는 자연계에 존재하는 대표적인 나노복합소재로써 콜라겐이라는 단백질 섬유를 따라 칼슘인산염 나노결정이 생성․성장함으로써 생성된다.연구팀은 이러한 자연현상을 모방해 차세대 고안전성 리튬전지용 양극소재인 철인산염을 나노튜브 형태로 합성하는 데 성공했다.
리튬이차전지의 성능을 향상시키기 위해서는 에너지를 저장하거나 방출하기 위한 리튬의 빠른 이동이 필수적이다. 이를 위해 전극소재의 구조를 나노화하게 되면 표면적이 넓어지고 리튬의 확산에 필요한 거리가 짧아지기 때문에 보다 효과적으로 에너지를 저장하거나 방출할 수 있다.
이 기술의 핵심은 3차원 나노 구조를 갖는 생체재료 위에 철인산염을 균일하게 성장시킨 후 생체재료를 효과적 제거해 나노튜브구조를 얻는 것이다.
연구팀은 간단한 단백질의 일종인 펩타이드의 자기조립공정을 이용해 콜라겐 섬유와 유사한 구조 및 물성을 지니는 단백질 나노섬유를 합성한 뒤, 철 이온과 인산이온의 수용액상 침착반응을 이용해 단백질 나노섬유를 철인산염으로 균일하게 코팅했다.
이후 열처리를 통해 펩타이드 나노섬유를 탄화시키면, 내벽이 전도성 탄소층으로 코팅된 철인산염 나노튜브를 얻을 수 있었다 (그림).
연구팀은 철인산염 나노튜브가 차세대 리튬이차전지 전극소재로써 매우 우수한 특성을 가짐을 확인했다.
이번 연구는 생체재료분야와 리튬전지분야의 융합연구를 통해 이뤄졌으며, 기술적인 돌파구가 필요한 리튬전지개발에 이러한 접근방식이 새로운 해결방안이 될 수 있다는 가능성을 제시한 우수한 연구사례로 평가받고 있다.
이 기술을 이용하면 철인산염 외에 각종 다른 기능성 소재 개발에 응용이 가능해 리튬이차전지 뿐만 아니라 차세대 유․무기 나노복합소재 개발이 기여할 것으로 예상된다.
한편, 이번 연구결과는 재료분야 세계적 학술지 어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials) 12월 21일자 온라인판에 실렸다. 또한, 그 중요성을 인정받아 ‘네이처 퍼블리싱 그룹(Nature Publishing Group)’ 아시아 판에도 소개됐다.
2010.12.22
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이효철 교수, ‘ChemPhysChem’지 편집위원 선임
우리학교 화학과 이효철 교수가 물리화학분야에서 저명한 학술지인 ‘켐피즈켐(ChemPhysChem) 誌’ 편집위원으로 선임되어 2011년부터 2014년까지 4년 간 편집위원으로 활동하면서 논문 심사 및 편집 방향 설정 등에 참여하게 된다.
이 교수는 세계 최초로 액체 상태의 분자 구조 변화를 실시간 관찰해 사이언스지 및 네이처 자매지 등에 논문을 게재하는 등 분자구조동역학 분야에서 주목할 만한 업적을 쌓았다.현재 교육과학기술부와 한국연구재단이 지원하는 창의적연구사업의 시간분해회절연구단장을 맡고 있다.
ChemPhysChem 誌는 2000년 창간되어 물리화학 분야에서 저명한 학술지로 알려져 있으며, 편집위원들 중에는 아메드 즈웨일(Ahmed Zewail), 리원철(Yuan-Tseh Lee), 게르하르트 에르틀(Gerhard Ertl) 등 세 명의 노벨 화학상 수상자들과 물리화학 각 분야의 권위자들이 포진되어 있다.
2010.12.02
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인공 펩타이드를 이용한 3차원 자기조립 분자구조체 개발
- 조각품 같은 유기물 구조체 최초로 구현 -
유기물질로도 다양한 3차원 구조체를 합성할 수 있는 새로운 길이 열려, ‘기능성 인공단백질 개발’의 기초가 될 것으로 전망된다.
우리학교 화학과 이희승 교수팀은 분자의 자기조립 과정에서 서로 다른 세 방향(x, y, z)의 분자간 인력의 미세한 조절이 가능하도록 분자를 디자인하면, 이제까지 만들 수 없었던 다양한 모양의 3차원 유기물 구조체들을 자유자재로 합성할 수 있다는 가설을 실험적으로 구현하는데 성공했다고 28일 밝혔다.
이 연구결과는 생체적합성이 요구되는 의공학이나 재료과학에 광범위하게 응용 가능한 다양한 유기물 소자 개발에 기술적 전기가 마련된 것으로 평가받고 있으며, 미세한 분자기계 개발을 위한 빌딩 블록(building blocks)으로도 활용될 수 있다.
이 교수팀은 베타-펩타이드라는 비천연 펩타이드의 구조적 특징에서 착안한 새로운 자기조립 원리를 개발해 기존 방법으로는 불가능했던 풍차, 꽃잎, 사각막대와 같은 다양한 모양의 새로운 3차원 구조의 유기물 구조체를 합성했다.
아울러 마치 top-down 방식으로 깎아놓은 조각품과 같은 분자구조체들을 bottom-up 방식으로 자유자재로 만들어 낼 수 있는 새로운 길을 열고, 자기조립 과정을 자유자재로 조절할 수 있는 방법론을 확립해 같은 분자로부터 다양한 구조체를 합성할 수 있는 방법을 개발하는데 성공했다.
그동안 무기물 나노물질의 경우 다양한 크기와 모양의 구조를 만드는 방법들이 이미 잘 알려져 있지만, 펩타이드를 비롯한 유기물의 경우에는 자기조립체의 크기와 모양을 제어하는 일은 난제로 인식되어 왔다.
특히, 펩타이드의 경우 원형모양(구, 튜브, 원통형 막대 등)의 구조체 이외에는 만들 수가 없었다.
이 교수는 “이번 기초연구 결과를 바탕으로 기능성 인공 단백질 개발과 응용에 관한 연구를 계속 수행하고 있다”며, “분자기계를 설계하거나 자연계에서 일어나는 자기조립 현상에 대한 이해를 촉진할 수 있는 기폭제가 될 것으로 전망된다”고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단(이사장 박찬모) 인터페이스 분자제어 연구센터(선도연구센터, 센터장 김세훈)와 일반연구자 지원사업의 공동지원을 받아 수행됐다. 또한, 연구초기에 KAIST의 고위험고수익(High Risk High Return) Project의 연구지원을 통해 연구초기 아이디어 검증이 가능했다는 점이 주목할 만하다.
한편, 화학과 이희승 교수와 권선범 박사과정 학생이 주도한 이번 연구결과는 화학분야의 세계적인 학술지인 ‘안게반테 케미(Angewante Chemie International Edition)’지 온라인 판 8월 23일자에 게재됐다.
또한, 연구의 중요성을 인정받아 표지논문 및 중요논문으로 동시에 선정됐으며, 미국화학회(American Chemical Society)에서 발간하는 ‘C&EN (Chemical & Engineering News)’지 9월 6일자에 연구결과가 소개됐고, 현재 특허출원 중이다.
2010.09.28
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유룡 교수 국제 제올라이트학회 브렉상 수상
우리학교 유룡(劉龍, 55세) 특훈교수가 3년에 한 번씩 국제제올라이트학회에서 수여하는 ‘제올라이트 연구 분야의 노벨상’인 브렉상(Breck Award)을 수상했다.
역대 수상자 중 한국인으로는 유 교수가 처음이다. 수상식은 지난 8일(목) 이탈리아 소렌토에서 열린 국제제올라이트학회-국제메조구조물질학회 공동 심포지엄에서 진행됐다.
유 교수는 마이크로나노기공(0 nm<기공크기<2 nm)과 메조나노기공(2 nm<기공크기<50 nm)을 위계적으로 연결시킨 새로운 나노다공성 구조의 제올라이트 촉매 물질개발 연구로 학계에 커다란 주목을 받고 있다.
특히, 유 교수는 제올라이트 구조를 유도할 수 있는 관능기를 부착한 계면활성제 분자를 이용하는 새로운 방법을 통해 학술적으로 가능한 최소 결정 크기에 해당하는 ‘단일단위격자’ 약 2 nm 두께의 극미세 제올라이트 나노판 합성에 성공했고, 이렇게 합성한 물질을 석유화학 촉매로 이용하면 기존 제올라이트가 가지는 촉매로서의 수명을 5배 이상 연장시킬 수 있는 가능성을 제시했다.
학회는 이러한 유 교수의 최근 연구업적을 높이 평가해 2010년도 브렉상 수상자로 결정했다. 유 교수는 또한 같은 연구업적으로 지난 6월 호암재단으로부터 호암상을 수상한 바 있다.
2007년 정부로부터 국가과학자로 선정된 유 교수는 지금까지 총 190여 편에 이르는 연구논문 발표 및 12,000회를 상회하는 논문 피인용을 기록한 국가석학이자 세계적인 화학자이다.
※ 보충자료
Donald W. Breck Award
Donald W. Breck은 제올라이트 분자체 합성분야의 선구자이며, 국제제올라이트학회를 설립하는 데 큰 기여를 하였다. 특히, 1974년에 발행된 그의 저서 “Zeolite Molecular Sieves: Structure, Chemistry, and Use"는 현재까지도 제올라이트를 연구하는 수많은 과학자들의 지침서가 되고 있다. Breck Award는 그가 세상을 떠난 1980년 이후 그의 업적을 기념하려는 취지로 설립되었으며, 그의 소속회사였던 Union Carbide Corp.가 후원하였다. 1983년 제 6회 국제제올라이트학회를 시작으로 3년마다 열리는 국제제올라이트학회에서 ”제올라이트 과학 기술 발전에 중대한 공헌을 한 연구자 또는 연구자들“을 선정하여 수상하고 있다. 지난 30년 동안 총 10번의 수상식, 약 40여명의 수상자들을 배출하였고, 이 분야의 가장 권위 있고 영예로운 상으로서 ‘제올라이트 학계의 노벨상’으로 여겨지고 있다.
유룡 교수 약력
유룡 교수는 1955년도 경기 화성 출생으로 현재 한국과학기술원 화학과 특훈교수로 재직 중이다. 1977년도에 서울대학교 공업화학과에서 학사학위를 받았으며, 1979년도에는 한국과학기술원 화학과에서 석사학위를 받았다. 1986년 1월에는 스탠퍼드 대학교 화학과에서 Micelle Boudart 교수의 지도 하에 ‘제올라이트에 담지된 백금클러스터에 관한 연구’로 박사학위를 취득하였다. 그 후 버클리 소재 캘리포니아 주립대학교에서 Alex Pines 교수의 지도하에 고체상 핵자기 공명에 관한 연구주제로 박사 후 연수연구를 수행하다가 같은 해 11월 한국과학기술대학 화학과에 조교수로 부임하였다. 1990년에 한국과학기술대학이 한국과학기술원에 병합된 후 한국과학기술원 화학과에서 지금까지 부교수와 정교수를 거쳐서 현재 특훈교수로 재직하고 있다. 현재 국제 메조구조물질학회 운영위원, 영국왕립화학회 펠로우, Chemical Communications의 편집위원 활동 등 활발한 국제학술활동을 하고 있다. 2005년도에 ‘대한민국최고과학기술인’상을 수상하였고, 2006년도에 ‘닮고 싶고 되고 싶은 과학기술인’ 상 등 최근 여러 가지 상을 수상하였다. 특히, 2007년 5월에는 과학기술색인(ISI)을 관장하는 미국의 연구정보 전문업체인 톰슨과학사와 한국과학재단으로부터 “규칙적 나노다공성 탄소물질에 관한 연구 분야 개척”에 관한 공로를 인정받아 “세계수준급연구영역 개척한 한국의 과학자”로 선정되었다.
유룡 교수는 2007년 11월부터 대한민국 국가과학자로 선정되어 ‘기능성 나노물질 연구단’을 이끌며 나노구조 물질과 메조다공성 물질, 금속 나노입자의 합성과 물리화학적 특성 및 이러한 결과를 이용하여 미래의 에너지자원과 친환경적 화학공정 기술을 개발하려는 연구를 수행하고 있다. 주요 국제학술지에 지금까지 190여 편의 학술논문을 게재하였고, 이 논문들은 2010년 현재 12,000회에 가까운 피 인용 횟수를 기록하고 있다 (웹페이지 http://rryoo.kaist.ac.kr/를 참조).
2010.07.12
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안철수교수 인터뷰기사
서울경제는 안철수 기술경영전문대학원 석좌교수와의 인터뷰 기사를
6월 30일 기획 08면에 크게 실었다.
제목: [그레이트 체인지 코리아] "수평적·개방적 사회구조로 바꿔야 미래 트렌드 선도"
신문: 서울경제 기획 08면
일시: 2010년 6월 30일 수요일
[기사보기] [그레이트 체인지 코리아] "수평적·개방적 사회구조로 바꿔야 미래 트렌드 선도"
2010.06.30
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