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2012년 ‘올해의 KAIST인 상’에 이정용 교수
이정용 교수
- 액체를 원자단위까지 관찰하고 분석하는 기술 세계 최초로 개발 -
- 과학계 80년 숙원 풀어낸 업적 인정받아 선정 -
2012년 ‘올해의 KAIST인 상’에 이정용 신소재공학과 교수가 선정됐다. 시상식은 2일 오전 10시 교내 대강당에서 진행됐다.
이정용 교수는 지난 80년 간 과학계의 숙원으로 꼽히던 액체를 원자단위로 관찰하고 분석하는 기술을 세계 최초로 개발했다.
이 기술은 ▲액체에서 나노 재료 제조 ▲전극과 전해질의 반응 규명, ▲액체와 촉매 반응 연구 ▲인체, 동물 및 식물 세포에서의 반응 규명 등 다양한 분야에 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 학계는 기대하고 있어, 2012년 KAIST 최고의 연구성과로 평가받았다.
이 교수의 연구 성과는 세계적 학술지 "사이언스(Science)" 2012년 4월 6일자에 실리는 등 세계 과학계의 주목을 받았다. 또 BBC News, Science & Environment에서 톱기사로 보도하는 등 국내·외 언론에서도 연구 성과를 크게 다뤄 KAIST의 이미지 제고와 함께 위상을 높인 점을 인정받았다.
물질을 나노 수준 또는 원자단위까지 관찰하려면 광학 현미경만으로는 관찰할 수 없고, 이보다 훨씬 높은 배율을 갖는 전자 현미경으로만 가능한데 전자 현미경 속은 진공상태이기 때문에 액체 시료를 넣으면 증발해버려 관찰할 수 없었다.
이 교수 연구팀은 원자 한 층 두께의 그래핀을 이용해 액체를 감싸서 증발을 막아 세계 최초로 액체 속에서 백금이 성장하는 과정을 실시간으로 원자단위까지 관찰하는 데 성공했다.
이 연구 성과는 4월 과학의 날 기념식 대통령 치사에서는 우수 연구사례로 소개되기도 했다.
이정용 교수는 “이번 연구로 인해 ‘액체 전자현미경’, ‘나노액체’라는 새로운 학문 분야가 개척되는 계기가 마련됐다”며 “이 기술을 통해 그 동안 베일에 싸여있던 액체 속에서 일어나는 많은 과학 현상들을 원자단위로 규명할 수 있기를 기대한다”고 말했다.
한편 ‘올해의 KAIST인 상’은 한 해 동안 국내•외적으로 KAIST를 빛낸 교원에게 수여하는 상으로 ▲세계적인 학술잡지에 표지인물로 선정된 교원 ▲세계적인 신기술 개발 또는 학술연구 업적이 탁월한 교원 ▲거액의 연구비 및 발전기금을 유치한 교원 ▲ KAIST 위상을 대내•외적으로 높인 교원에게 수여하며 이번이 12회째다.
2013.01.02
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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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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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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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