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나노튜브를 이용한 유기태양전지 효율 향상 기술 개발
우리학교 신소재공학과 김상욱 교수팀과 전기및전자공학과 유승협 교수팀이 탄소나노튜브를 유기태양전지에 적용해 에너지 변환효율을 크게 향상시키는데 성공했다.
이 연구결과는 재료공학의 세계적 학술지인 어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)지 최신호(11월 30일, 화) 온라인 판에 게재됐다.
반도체고분자의 광반응을 통해 전기에너지를 생산하는 유기태양전지는 고가의 실리콘을 사용하지 않아 가격이 저렴하다. 또한, 잘 휘고 투명해 여러 분야에 적용 가능한 미래 친환경 에너지원이다.
이 전지는 휴대 전자기기나 스마트 의류, BIPV(Building Integration Photovoltaic : 건물 외피에 전지판을 이용하는 건물 외장형 태양광 발전) 등 다양한 분야에 응용이 기대된다.
유기태양전지가 다른 태양전지에 비해 효율이 낮은 중요한 이유 중 하나는 태양빛을 받아 전자와 정공을 형성시키는 반도체고분자의 수송특성이 낮아 생성된 전자나 정공이 효율적으로 외부로 전달되지 못한다는 점이다.
이러한 문제를 해결하기 위해 반도체고분자의 수송특성을 향상하려는 다양한 연구들이 전 세계적으로 진행되어 왔다. 특히, 탄소나노튜브나 나노와이어 등을 이용해 전자나 정공의 빠른 수송 경로를 제공해주는 방법이 꾸준히 연구되어 왔다.
그러나 이들 연구에서는 전자와 정공이 동시에 탄소나노튜브나 나노와이어에 주입되어 자기들끼리 재결합 함으로써, 결국 외부에서 채집되는 전류가 증대되지 못하거나 오히려 감소하는 고질적인 문제가 발생했다.
이러한 문제를 포함해 유기태양전지들은 상용화하기에는 아직 낮은 광변환 효율을 보여 이에 대한 성능향상이 시급히 요구되어 왔다.
KAIST 연구팀은 유기 태양전지의 반도체고분자에 붕소 또는 질소 원소로 도핑된 탄소나노튜브를 적용해 전자나 정공 중 한쪽만을 선택적으로 수송하도록 함으로써 이들의 재결합을 막아 유기태양전지의 효율을 33%까지 크게 향상시키는데 성공했다.
또한 도핑된 탄소나노튜브는 유기용매 및 반도체고분자내에서 매우 쉽고 고르게 분산되는 특성을 보여 기존의 값싼 용액공정을 그대로 사용해 효율이 향상된 태양전지를 만들 수 있음을 확인했다.
이 연구결과로 반도체고분자가 이용되는 유기트랜지스터나 유기디스플레이 등 다양한 전자기기의 성능향상도 가능할 것으로 기대된다.
김상욱 교수는 “이번 연구결과를 통해 나노소재 기술이 유기태양전지의 성능향상에도 크게 기여할 수 있음을 알아냈다”며 “앞으로 나노소재 기술을 이용한 차세
대 에너지개발을 위한 연구에 노력하겠다”고 말했다.
이번 연구는 KAIST EEWS(Energy, Environment, Water, and Sustainability)연구사업의 지원을 받아 김상욱, 유승협 교수의 지도하에 박사과정 이주민 학생이 진행했다.
2010.12.07
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EEWS 국제 학술대회 개최
- 21세기 글로벌 이슈(EEWS)에 대비한 신기술 교류의 장 -
- 녹색성장을 위한 세계각국의 정책 및 연구 진행 상황 점검과 미래조망 -
- 7일과 8일, KAIST KI빌딩 퓨전 홀에서 열려 -
우리학교는 7일과 8일 양일간에 걸쳐 KI빌딩 퓨전 홀(Fusion Hall)에서 ‘EEWS 신산업 창출’이라는 주제로 ‘2010 EEWS(Energy, Environment, Water, Sustainability) 국제 학술대회’를 개최한다.
올해로 세 번째를 맞는 이번 학술대회에서는 마크 섀넌(Mark Shannon) 미국과학재단(NSF)연구소장 겸 일리노이대 교수, 도멘 도쿄대 교수, 김동섭 SK에너지기술원장, 승도영 GS칼텍스 연구소장 등을 비롯한 40여명의 국내·외 산업계 및 학계 전문가들이 참석한다.
이번 학술대회에서는 12개 세션에서 인공광합성, 차세대 LED, 무선 전력송신, 안전한 원자력기술, 유연한 배터리와 유기태양광, 녹색항공, 담수기술, 연료전지에 대한 발표와 토론을 진행한다.
이재규 EEWS 기획단장은 “이번 학술대회는 녹색성장을 위한 세계 각국의 EEWS에 관한 정책 및 연구 진행 상황 등 관련 기술의 미래를 내다볼 것”이라며, “선도적인 연구자들과 협력관계를 형성하는 기회가 됐으면 좋겠다”고 말했다.
EEWS란 에너지 고갈, 환경오염, 물부족 및 지속성장 가능성 등 21세기 인류가 직면하고 있는 글로벌 이슈의 해결을 위해 KAIST가 추진하고 있는 연구프로젝트다.
2010.10.07
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온라인전기자동차 미국시장 진출 본격착수
우리학교가 개발한 온라인전기자동차(Online Electric Vehicle, OLEV)의 미국시장 진출이 본격적으로 착수됐다.
서남표 총장은 지난 24일 유타(Utah)주 파크시티(Park City)를 방문해 지난 8월 KAIST 온라인전기자동차사업단과 의향서(Letter of Intent)를 체결한 미국 유타주립대학교 부설 연구기관인 에너지 다이내믹스 연구소(Energy Dynamics Lab, EDL)와 온라인전기자동차 기술 적용에 대한 구체적 방안을 협의했다.
또한, 이번 방문에서 유타주 파크시티에 온라인전기차 기술을 활용하는 시범사업에 대해 논의했다.
온라인전기자동차 기술은 KAIST가 제공하고 시스템 구축은 KAIST와 EDL이 공동으로 수행하는 것으로 양측은 합의했으며, 유타 주 내 표준 및 인증절차, 외부 환경(날씨, 온도 등)에 따른 대처, 급전 설비 설치구간, 부품공급, 전력 수급 방안, 사업계획 등을 논의했다.
시범사업이 추진될 파크시티는 2002년 솔트레이크 시티 동계올림픽의 주요경기가 열린 Olympic Park가 있는 도시로, EDL은 KAIST의 비접촉 충전기술을 시범사업에 적용하는 ‘전기차 무선첨단충전(Wireless Advanced Vehicle Electrification, WAVE)프로젝트’를 파크시티 의회에 제출했으며, 시의회에서는 만장일치로 이를 승인한 바 있다.
이번 프로젝트의 전체 예산은 30~50억 원이 소요될 것으로 보인다. 예산 확보를 위해 파크시티의 초기 지원금에 추가해 미국 에너지성(DOE) 등 연방 연구자금을 지원받을 계획이며, 개인․기관 등의 투자자들과도 접촉해 상당한 공감대를 형성했다.
이를 위해 KAIST와 EDL은 유타주 농구 팀인 재즈(JAZZ) 소유주 겸 밀러 모터 스포츠 파크(Miller Motor Sports Park) 소유주인 브라이언 밀러(Bryan Miller)를 만나 KAIST 온라인전기자동차에 대해 소개했다. 브라이언은 상용화가 가능한 기술 수준을 이룬 KAIST에 찬사를 보내면서 투자 의향을 적극적으로 내비쳤다.
서 총장은 파크시티 시장 다나 윌리엄스(Dana Williams)와 함께 파크시티에 설치된 디젤엔진 열차인 트롤리를 시승했고, 윌리엄스 시장은 온라인전기자동차 도입의사를 재표명했다.
윌리엄스 시장은 “파크시티는 미래 지속 가능한 기술(Sustainable technology) 도입에 아주 적극적이며, KAIST의 온라인전기자동차 기술을 미국에서 최초로 도입하기를 원해 시의회에서 만장일치로 도입을 결정했다”며, “파크시티는 이러한 녹색기술 도입의 선두에 있으면서, 전체 도시를 전기자동차로 운영하는 것을 계획하고 있으며, 온라인전기자동차는 그 시작이 될 것이다” 라고 말했다.
이에 앞서, KAIST 온라인전기자동차사업단은 비접촉 전력전달기술을 운송시스템에 적용하기 위한 공동연구 및 협력을 위해 국제 연구개발 컨소시엄인 도로충전 및 자동화를 위한 파트너쉽(Partnership for Roadway Electrification and Automation, PREA)에 공동으로 참여하기로 했다.
PREA는 두 개의 미국 국립연구소와 미국 및 뉴질랜드의 유수 대학들로 주도적으로 구성된 비접촉 충전기술의 연구, 개발활동을 심화하기 위해 만들어진 컨소시엄이다.
이번 컨소시엄을 통해 KAIST의 온라인전기자동차 기술은 국제적으로 인정받아, 세계 속의 원천기술로 도약하면서 글로벌 기술경쟁력을 확보하는데 크게 기여할 것으로 보인다.
컨소시엄에 참여한 각각의 기관은 기관별로 진행하고 있는 연구개발, 시범사업, 교통시스템 적용 등에 대해 상호간 이익이 될 수 있는 효과적인 협력 체계 구축을 위해 노력하고 비접촉 전력 전달 기술에 대한 각 기관의 전문성을 활용하여 자동차, 고속도로, 에너지 인프라를 결합, 자동화된 전기 수송 시스템 네트워크를 구축하는데 공동의 목표를 함께한다.
온라인전기자동차사업단 서인수 교수는 “국제 공동 컨소시엄을 통해 향후 우리 기술이 국제표준으로 인정받아 기술 부가가치 창출에도 기여할 수 있도록 컨소시엄 안에서 우리의 역할을 분명히 하겠다” 고 밝혔다.
2010.10.04
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2010 EEWS 녹색기술 연구과제 확정
우리학교는 2010년도 EEWS 7대 주력과제를 포함해 총27개의 EEWS 연구과제를 선정, 지원하기로 했다. EEWS(Energy, Environment, Water, and Sustainability)란 에너지 고갈, 환경 오염과 기후변화, 물부족 및 지속가능한 성장 등 21세기 인류가 직면하고 있는 문제들을 해결하는 노력으로, 카이스트가 2008년부터 EEWS기획단을 구성하여 집중 연구하고 있는 분야를 뜻하며, 국가 녹색성장 및 녹색기술에 대응된다.
EEWS기획단은 2009년 10개 연구분야에서 24개 연구과제를 지원해 특허출원 28건, 특허 등록 6건, SCI급 논문 57편 발표 등의 성과를 거둔 바 있다.올해에는 지난해 과제의 성과와 중요성을 평가하여 7개 과제를 주력과제 (Flagship Project : ▲유연한 리튬전지 ▲안전한 핵연료 재사용 ▲고효율 바이오부탄올 ▲액체연료형 고체산화물 연료전지 ▲한국형 LED 조명 ▲인공광합성 ▲나노유기태양전지)로 선정하였으며, 신규 과제 9개(▲에너지절약형 담수화시스템 ▲ 초박막실리콘 태양전지 외 7개 과제)등 총 27의 연구과제를 지원하기로 했다.
EEWS기획단(단장 이재규)은 산발적이고 소규모인 개별 연구프로젝트를 전략적으로 기획 연계함으로써 대형 융합과제를 발굴, 새로운 과학영역 창조 및 대한민국 녹색산업의 핵심 원동력을 발굴하고 있다. 선정된 모든 과제는 EEWS국제워크숍(9월)과 중간평가(7~8월) 및 최종평가(익년 1월) 등 면밀한 평가를 통해 매년 성과물을 발표하고 있다.
EEWS기획단은 EEWS최고전략과정을 통해 최고경영자들에게 녹색성장 기술과 산업화 기법을 전수하여 연구결과를 사업화로 연결하고 있다. 2010년 상반기에 수강중인 제2기에는 유경선 유진그룹회장이 동기회장을 맡고 있으며, 신상훈 신한지주사장, 정회훈 DFJ Athena Korea 사장, 녹색성장위원회 김재정 국장 등 우리나라 녹색산업, 금융, 정책의 지도자들이 녹색성장시대를 토론하며 대비하고 있다. 또한 EEWS대학원을 통해 석,박사 전문기술인력을 양성중이며, 기후변화 정책에 관한 MBA를 배출하고 있다.
[그림 : 7대 기획과제 중 하나인 ‘유연한 리튬전지’는 의학적 사용은 물론 휴대가능하며 마음대로 접을 수 있는 전자기기 개발에 필수요소이다]
2010.04.14
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UAE, 쿠스타(KUSTAR)大와 고급연구개발 인력 양성을 위한 협력 방안 협의
우리대학은 지난 14일 아랍에미리트(UAE) 아부다비(Abu Dhabi) 인터콘티넨탈 호텔에서 칼리파 과학기술연구대학(Khalifa University of Science, Technology and Research, 이하 KUSTAR) 아리프 술탄 알 하마디(Arif Sultan Al Hammadi)총장, 에미레이트 원자력 전력공사(Emriate Nuclear Energy Coporation, 이하 ENEC) 모하마드 알 하마디(Mohamed Al Hammadi) 사장, 고등기술연구원(the Institute of Applied Technology, 이하 IAT) 압둘라티프 모하메드 알 샴시(Abdullatif Mohamed Al Shamsi) 사무총장과 함께 UAE의 고급 연구개발 인력양성을 위한 대한민국 정부의 협력사항에 관해 기자회견을 했다.
서 총장은 이번 방문을 통해 지난 12월 말 한국전력 컨소시엄의 원전수출계약 당시 지식경제부 최경환 장관이 합의한 KUSTAR, ENEC, IAT 등과의 연구협력 프로그램, 대학 학위 프로그램과 원자력기술관련 고급 국가 인재개발 등에 대한 세부 협력방안에 대해 구체적으로 논의했다.
연구협력 부분에서는 KAIST의 교육 및 연구경험을 공유하여, KUSTAR가 향후 선도 과학기술 연구대학이 될 수 있도록 공동 교육 및 연구 프로그램개발, 우수 학생과 연구원 유치 및 상호 교환, 연구시설 확충, 중요 연구정책 개발을 통한 실질적 상호 협력을 하기로 합의하였다. 더불어, KAIST는 UAE의 원자력에너지 프로그램을 지원하기 위해 원자력공학분야에서의 공동연구프로그램 개발과 협력 연구를 위한 교원 및 학생을 교환하기로 했다.
학위 프로그램 협력을 위해서는 기계공학, 전기및전자공학, 원자력공학, 나노기술, 로보틱스, 에너지공학, 정보통신기술과 같은 분야의 전문화를 위해 KUSTAR에 학사, 석사, 박사 학위 프로그램을 설치하는 데 상호 협력하기로 하였으며, 이러한 협력을 위해 교원파견, 커리큘럼 개발, 강의교재 개발, 협력연구를 위한 학생교환 등이 이루어질 예정이다.
KUSTAR의 아리프 총장은 UAE 원자력산업을 이끌 관련분야 고급 국가인재를 육성하기 위해 한국개발연구원(KDI), 한국원자력안전기술원(KINS) 등과 같은 유관기관과 협력할 것이라고 밝혔다.
또한 KUSTAR의 아리프 총장은 “본 프로그램이 KUSTAR의 대학원생들이 다방면에 걸쳐 UAE의 미래기술발전에 크게 기여할 수 있도록 교육기회를 제공할 것이며, 한국과의 파트너십이 UAE 학생들에게 매우 다양한 프로그램을 제공함은 물론 첨단의 새로운 교과과정을 강화함으로써 공학분야의 탁월성을 제고시킬 것”이라고 밝혔다. 아리프 총장은 “양국 정부 간에 맺어진 협정의 한계를 넘어 양 기관의 과학기술발전을 위해 KUSTAR와 KAIST간 상호 협력관계가 돈독해지기를 희망한다”고 덧붙였다.
서 총장은 “KUSTAR와 KAIST의 상호협력은 양교와 양국 간의 매우 역사적인 일로서, 양교는 21세기 인류가 당면한 가장 중요한 문제를 해결하는 데 동참함으로써 삶의 질을 향상하는 데 크게 기여할 것”이라고 밝혔다. “KAIST 전 구성원은 KUSTAR와 협력을 통해 양교의 교육의 질 향상과 혁신적인 연구를 수행할 수 있도록 최선을 다할 것”이라고 덧붙였다.
KUSTAR(Khalifa University of Science, Technology and Research)는 현 대통령인 셰이크 칼리파 빈 자예드 알 라하얀(Sheik Khalifa bin Zayed Al Nahyan)이 선진 고등교육기관을 육성하기 위해 2007년 2월13일 설립한 국립대학이다.
KUSTAR는 UAE의 수도인 아부다비(Abu Dhabi)에 캠퍼스를 건설 중이며, 샤르자에 있는 18년된 에티살랏대학교(Etisalat University College)와 2008년에 합병했다. 또한 KUSTAR는 공학(Engineering), 물류경영(Logistics management), 보건학(Health sciences), 국가안보(Homeland security), 자연과학(Sciences)의 5개 분야의 교육 및 연구 프로그램을 제공하고 있다.
UAE에는 미국계인 뉴욕대 아부다비 캠퍼스, 영국계인 미들섹스대 두바이 캠퍼스를 비롯하여 미국계, 영국계, 유럽계, 호주계, 프랑스계, 아일란드계, 캐나다계, UAE계 등 30여 개의 대학이 있다.
이중 외국계 학교는 주로 하바드 의과대학(두바이센터 포함), 약학대학, 컴퓨터대학, 항공대학, 경영정보대학, 의상디자인대학, 경영대학, 의학대학 등과 같은 분야에 집중하고 있어 현 UAE 정부는 과학기술계통의 연구중심대학 육성을 기대하고 있다.
2010.01.15
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홍원희교수팀, 다양한 나노구조유도 기술개발
생명화학공학과 홍원희교수팀, 이온성액체를 이용한 다양한 나노구조 유도 기술 개발
-무기산화물, 탄소나노튜브, 그래펜, 유무기 하이브리드 등 다양한 재료의 나노구조를 유도--상용 산화철보다 10배 이상의 흡착 및 광촉매 효율 높여-
공과대학 생명화학공학과 홍원희 교수팀(62)은 이온성액체를 이용한 자기조립기술을 이용해 탄소나노튜브, 그래펜, 무기산화물, 유무기 복합체에 이르기까지 다양한 재료의 나노구조를 유도할 수 있는 기술을 최근 개발했다.
이 연구결과는 ‘광촉매 응용을 위한 이온성액체를 이용한 무기산화물 하이브리드의 에너지 전달(Energy Transfer in Ionic-Liquid-Functionalized Inorganic Nanorods for Highly Efficient Photocatalytic Applications)’이라는 제목으로 나노분야의 저명 학술지인 스몰(Small)지에 지난 11월 게재됐다.
이 기술은 이온성 액체의 구조 유도와 용매 기능을 이용한 무기산화물 하이브리드 나노재료를 제조할 수 있는 ‘청정 한 반응기 이온열 합성법(Green One-Pot Ionothermal Synthesis)’이다. 대기압하의 열린반응기내에서 제조된 무기산화물 나노재료는 쉽게 물이나 다양한 유기 용매에서 분산된다.
홍교수팀은 이 합성법을 산화철 계열의 무기산화물 나노재료에까지 적용해 0차원에서 1차원에 이르기까지 구조를 제어했고, 계면에서의 에너지 전이현상을 통해 상용 산화철보다 10배 이상의 흡착 및 광촉매 효율을 높였다.
이 기술을 바탕으로 제조된 나노재료는 유기물 산화 및 분해기능이 뛰어나 태양광만으로 폐수처리가 가능하다. 이로써 페수처리 과정에서 에너지 소비와 이산화탄소의 배출량을 줄일 수 있고, 광촉매가 가지는 우수한 항균 및 탈취기능은 건축재료 분야에 응용될 것으로 기대된다. 또한, 태양광을 이용한 물의 광분해로 수소 에너지원 생산도 가능하다.
홍교수는 “이번 연구는 이온성 액체의 청정용매로써의 기능을 이용해 나노기술이 가지는 인간과 환경에 대한 악영향을 감소시키고, 동시에 디자인된 나노재료에 새로운 기능을 부여해 기존 기술의 한계를 극복할 수 있는 새로운 대안을 마련했다”는데 의미가 있다고 말했다.
현재 홍교수팀은 친환경 합성법으로 제조된 무기산화물, 탄소나노튜브, 그래펜, 유.무기 하이브리등의 나노재료를 환경 및 에너지 분야에 적용하는 연구를 진행하고 있다.
※ 보충자료나노 스케일에서의 재료나 현상을 연구하고 구조나 구성 요소를 제어해서 새로운 소재‧소자‧시스템을 개발하는 나노 기술 역시, 환경 유해성이나 인체 독성에 대한 연구 결과가 발표되면서 친환경 기술에 대한 관심이 급증하고 있다.
이온성 액체는 소금과 같이 양이온과 음이온의 이온결합으로 이루어진 이온성 염 화합물로써 상온에서부터 넓은 온도에 걸쳐 액체로 존재할 수 있는 ‘청정용매(Green Solvent)’라고 불리면서 각광을 받고 있다. 특히, 이론적으로 1018가지 정도의 조합에 의해서 비휘발성, 비가연성, 열적 안정성, 높은 이온전도도, 전기화학적 안정성, 높은 끓는점 등의 물리화학적 특성을 쉽게 변화시킬 수 있어서 다기능성(multifunctional) ‘디자이너용매(Designer Solvent)’로 사용가능하다.
세계적으로 아직 초기단계이긴 하지만, 미국 국방관련 연구소 (US Air Force, US Naval Research Laboratory) 및 국가 연구소 (Argonne 연구소, Oak Ridge 연구소, Brookhaven 연구소), 독일의 Max Planck 연구소, 스위스 EPFL의 Gratzel 그룹, 일본의 도쿄대, G24i & BASF 등이 최근 이온성 액체를 이용한 나노기술 응용 분야에 주목하면서 집중 투자와 연구를 진행하고 있는 반면, 국내에서는 아직 시작 단계에 불과할 정도로 뒤쳐져 있다.
홍 교수 팀의 연구결과는 기존 산업뿐만 아니라, 전 세계적으로 주목 받고 있는 ‘녹색 성장기술’과 21세기를 선도할 ‘첨단 나노기술’을 융합한 ‘청정 나노기술(Green Nanotechnolgy)’의 원천기술로써 활용될 수 있으며 이 분야의 국제경쟁에서 우위를 확보할 수 있을 것으로 전망된다.
현재까지 이온성액체는 유기합성, 전기화학, 화학공학, 생물공학 및 분리공정 등을 포함하는 여러 분야에서 유기 용매를 대체하기 위한 ‘지속가능기술(sustainable technology)’로써 향후 산업 전 분야에 걸쳐서 엄청난 파급효과가 있을 것으로 기대되고 있다.
※ 용어설명 ○ 열린반응기 : 고압,저압의 용기가 아닌 대기압하의 일반용기 즉, 비이커 등.
<그림1> 대표적인 이미다졸륨계 이온성액체의 분자 구조
<그림2> Green One-Pot Ionothermal Synthesis에 의한 물에 분산되는 산화철 나노 막대기의 합성 과정 모식도.
2009.12.14
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2009 EEWS 국제 학술대회 개최
- 현시점 EEWS 녹색기술 점검과 미래조망
22일(화)부터 23일(수)까지 대전컨벤션센터(DCC)에서 ‘2009 EEWS 국제 학술대회’를 개최한다.
‘성장동력으로서의 EEWS의 효율성’이라는 주제로 열리는 이번 학술대회는 권태신 국무총리실장, 민계식 현대중공업 부회장, 오마르 야기(Omar M. Yaghi) UCLA교수 등이 기조연설자로 EEWS의 정책 및 기술에 대한 발표가 있으며 ▲ 그린카 ▲ 탄소저감산업 ▲ 바이오 연료 ▲ 태양전지 ▲ 인공광합성 ▲ 환경감시시스템 ▲ 연료전지 ▲ 원자력에너지▲ EEWS의 산업화 전략 ▲ 대체 에너지 ▲ 배터리 효율 ▲ LED 기술 및 특허 등에 관한 주제 발표와 토론이 이어질 예정이다.
이번 학술대회가 녹색성장을 위한 세계 각국의 정책, 연구 진행 상황 등 EEWS에 관한 기술의 미래를 조망하고 선도적인 연구자들과 협력관계를 형성하는 기회가 될 것으로 기대하고 있다.
EEWS(Energy, Environment, Water, Sustainability)는 에너지 고갈, 환경오염, 물부족 및 지속성장 가능성 등, 21세기 인류가 직면하고 있는 글로벌 이슈의 해결을 위해 추진중인 연구과제다.
2009.09.22
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유룡 교수, 나노판상 제올라이트 촉매 물질 합성 성공
화학과 유룡(54)교수가 특수한 계면활성제 분자와 실리카를 조립하는 새로운 방법으로 세계 최초로 2나노미터(nm) 극미세 두께의 나노판상형 제올라이트 촉매 물질을 합성하는데 성공했다.
이 연구결과는 세계 최고 권위의 과학저널인 ‘네이처(Nature)지’ 10일자에 게재됐으며, 이 논문은 세계 과학계에서 저자의 위상과 연구결과의 과학적 중요성을 인정받아 네이처 인터뷰 기사로 소개되는 영예를 얻었다.
이번에 합성된 제올라이트는 2nm두께의 판상으로, 제올라이트 물질에 대해 이론적으로 예상할 수 있는 최소 두께다. 또한 이렇게 얇은 두께임에도 불구하고, 이 물질은 섭씨 700도의 고온에서도 높은 안정성을 나타냈다.
연구를 주도한 유교수는 “이처럼 극미세 두께의 제올라이트 물질은 분자가 얇은 층을 뚫고 쉽게 확산할 수 있기 때문에 석유화학공정에서 중질유 성분처럼 부피가 큰 분자를 반응시키는 촉매로 사용될 수 있다. 특히 이 제올라이트 촉매는 메탄올을 가솔린으로 전환시키는 화학공정에서 기존의 제올라이트 촉매에 비해 수명이 5배 이상 길어, 촉매 교체 주기를 연장시킬 수 있기 때문에 경제효과가 매우 높다.”라고 연구의의를 설명했다.
이번 연구결과는 앞으로 대체에너지 자원개발과 녹색성장에 적합한 친환경 고성능 촉매 개발연구에 직접적으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
유교수팀이 독창적으로 설계한 계면활성제 분자는 머리 부분에 제올라이트 마이크로 기공(micropore)유도체를 포함하여 제올라이트 골격의 형성을 유도하고, 꼬리 부분에 긴 알킬(alkyl) 그룹이 연결되어 제올라이트의 마이크로 기공보다 더 큰 메조 기공(mesopore)을 규칙적으로 배열할 수 있도록 했다.
이러한 독창적인 물질 설계는 제올라이트 합성 메커니즘에 대한 과학적 지식을 넓히는 획기적인 연구 결과로서, 향후 다양한 구조의 다른 물질을 합성하는 새로운 분야를 개척한 선구적인 성과라고 평가할 수 있다.
유교수는 2000, 2001년에 국내 최초로 2년 연속 ‘Nature’지에 메조다공성 실리카와 메조다공성 탄소에 대한 논문을 게재했고, 2003년과 2006년에 ‘Nature Materials"지에 고분자-탄소 복합물질과 메조다공성 제올라이트에 관한 논문을 게재한 후, 이번에 세 번째로 ’Nature"지에 책임저자(교신저자)로 논문을 게재하는 쾌거를 올렸다. 이것은 국내 과학자도 세계 과학을 선도하는 그룹의 반열에 올랐다는 것을 의미하며, 우리나라 과학의 우수성을 전 세계에 알리는 기회가 됐다.
이 연구는 교육과학기술부(장관 안병만)와 한국연구재단(이사장 박찬모)이 추진하는 ‘국가과학자지원사업’의 지원을 받아 이뤄졌다. 또한 교육과학기술부와 한국연구재단이 추진하는 ‘세계수준의 연구중심대학(WCU, World Class University)육성사업’과 나노기술육성사업(나노팹사업)에 따른 결실이다. 이번 연구에서 유 교수팀은 KAIST 부설 나노팹센터와 테라사키교수 연구팀의 협조로, 전자현미경을 통해 물질의 세부구조를 분석하였다. 특히 나노팹의 높은 기술력은 연구시간을 최대로 단축시켜 단시간에 훌륭한 연구 성과를 도출할 수 있도록 했다.
2007년 국가과학자로 임명된 유교수의 주도 하에, KAIST 최민기 박사, 나경수연구원(화학과 박사과정), 김정남연구원(화학과 박사과정)이 연구를 수행하고, 분해능이 높은 현미경 사진으로 구조를 확인하기 위해 스웨덴 스톡홀름대학교의 오사무 테라사키 교수와 야수히로 사카모토 박사가 추가로 참여했다. 테라사키 교수는 현재 스웨덴 스톡홀름대학교 석좌교수로, WCU사업의 지원을 받아 올해부터 KAIST EEWS(Energy, Environment, Water and Sustainability)학과에 겸임교수로 재직하고 있다.
이번 연구결과는 세계 수준의 연구중심대학과 세계적인 나노과학기술 육성을 위한 정부의 지원으로, 우리나라 과학기술의 수준을 한 단계 발전시킨 결과로서, 국내 기술력과 해외 우수 연구자들의 연구능력과 기술력을 통합한 국제공동연구의 모범사례로 평가된다.
2009.09.10
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한국수자원공사와 Global EEWS Partnership 협약 체결
- 21세기 인류가 해결해야 할 EEWS 관련 분야 공동 협력우리 학교는 한국수자원공사(사장 곽결호)와 EEWS 관련 분야 공동 협력을 위한 협약을 체결했다.
양 기관은 21세기 인류가 해결해야 할 당면과제가 EEWS(Energy, Environment, Water, Sustainability / 에너지, 환경, 물, 자원의 효율적 활용과 보존을 통한 지속가능성) 분야라는데 인식을 같이하고, 관련 분야의 인적, 물적 자원 교류와 연구개발 협력 체제를 구축키로 했다.
협약의 주요 내용은 ▲EEWS Global Network 구축을 위한 공동 협력 ▲국내 물(水)산업 경쟁력 제고와 관련된 EEWS 분야의 정책 및 연구개발 ▲연구인력 양성, 교육 및 교환 ▲기술정보 교류 및 자문 ▲연구성과 및 출판물의 교환 ▲심포지엄, 워크숍 등의 공동 개최 등이다.
협약식은 지난 28일(목) 오전 11시, 교내 창의학습관에서 우리 학교 서남표 총장과 한국수자원공사 곽결호 사장을 포함한 양 기관의 주요 임직원 70여명이 참석한 가운데 열렸다. EEWS 추진 현황과 KAIST 혁신과정을 소개하고, 양 기관의 구체적 협력 방안도 함께 논했다.
2008.02.29
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논문상 최성욱씨 대상, 한희석씨 금상 수상
페어차일드코리아 대학(원)생 논문상, 최성욱씨 대상, 한희석씨 금상
제1차 페어차일드코리아 대학(원)생 논문 공모전에서 KAIST 전기및전자공학과 박사과정 최성욱씨가 대상, 한희석씨가 금상을 차지했다.
최성욱씨는 ‘Cost Effective Multi-Level Single Sustaining Driver for Plasma Display Panel with Dual Energy Recovery Path(PDP를 위한 두 개의 에너지 회수 경로를 갖는 저가형 멀티레벨 단일 서스테인 구동회로)’ 논문으로 대상을 수상했다.
금상을 받은 한희석씨 논문은 ‘Digital Control IC for Electronic Ballast using Mixed Mode Excitation(혼합형 구동 방식을 이용한 전자식 안정기용 디지탈 제어 집적 회로)’이다.
대상을 받은 최씨는 ‘차세대 디스플레이로 각광받고 있는 PDP의 구동회로에서 저가격화를 위해 사용되는 전력 스위치인 IGBT의 문제를 회피할 수 있는 새로운 구동 회로를 제안한 것이다. 저가격화를 통한 PDP의 대중화뿐만 아니라 PDP를 위한 전력용 스위치 개발에 도움이 될 수 있어 기쁘다. 항상 인내와 관심을 가지고 지도해 주신 문건우 교수님께 감사드린다’고 수상 소감을 밝혔다.
이번 페어차일드 코리아 논문 공모전에는 23개 대학 56편의 논문이 접수되었다. 참신성, 독창성, 기술적 난이도 등을 기준으로 2차에 걸친 심사를 통해 대상, 금상, 은상 등 총 11편이 입상작으로 선정됐다. 수상자들은 페어차일드 코리아 입사를 희망할 경우 서류전형 면제와 가산점 혜택을 부여받는다.
2006.11.07
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