산학협력단

• 권은주 교수, 단백질-아르지닌 인산화효소 복합체의 구조 규명 

  권은주 교수, 단백질-아르지닌 인산화효소 복합체의 구조 규명▸영남대학교 김동영 교수 연구팀과 공동 연구▸연구 결과는 ≪미국국립과학원회보(PNAS)≫에 발표경상국립대학교(GNU·총장 권순기) 자연과학대학 생명과학부 권은주 교수는 영남대학교 김동영 교수 연구팀과 공동 연구로, 단백질-아르지닌 인산화효소 복합체(McsAB)의 구조를 규명하고 효소 활성화 원리를 제시했다.단백질의 공유결합성 변형은 세포 내 단백질의 활성과 기능을 조절하는 주요 방식이다. 다양한 형태의 단백질 변형 중에서 인산화(phosphorylation)가 가장 보편적인 것으로 대사작용, 기억, 신호전달 등 세포 내 모든 작용의 조절과 관련되어 있다. 단백질의 인산화는 수산화기(-OH)를 가지는 아미노산이 주요 표적이지만 모든 극성 아미노산이 인산화가 가능하다.그람양성균에는 균-특이적으로 단백질의 아르지닌을 인산화하는 효소가 존재한다. 열충격 조건에서 이 효소가 활성화하며, 아르지닌-인산화를 통해 특정 단백질을 분해한다. 단백질의 인산화-아르지닌은 진핵세포의 유비퀴틴에 대응하는 신호라 할 수 있다. 단백질의 분해를 조절하는 과정에서 단백질-아르지닌 인산화효소의 중요성은 잘 알려진 반면, 이 효소의 활성이 어떻게 조절되는지 명확히 밝혀지지 않았다. 연구팀은 단백질-아르지닌 인산화효소의 활성형 복합체 구조를 세계 최초로 규명하고 분자생물학적 분석을 통해 이 효소의 작용 원리를 제시했다. 권은주 교수는 “이번 연구는 분석이 어려워 기능을 명확히 제시하지 못했던 단백질-아르지닌 인산화효소 복합체의 구조를 규명하고, 논란이 있었던 이 효소의 조절 기작을 명확히 밝힌 것에 의의가 있으며 세균의 스트레스 반응을 이해하는 중요한 실마리가 된다.”라고 밝혔다.이번 연구는 한국연구재단 램프사업 및 이학연구센터의 연구비 지원을 받았다. 연구 결과는 4월 넷째 주 ≪미국국립과학원회보(PNAS)≫(영향력 지수 11.1, CiteScore 19.2)에 발표됐다.○ 논문 원본: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2320312121 ⊙ 사진 설명: 1. 그람양성균과 진핵생물의 단백질 분해 과정 비교.             2. 경상국립대 생명과학부 권은주 교수⊙ 내용 문의: 경상국립대학교 자연과학대학 생명과학부 권은주 교수 055-772-1355

  2024.04.24 산학협력단

• 김윤희 교수팀, 최고 수준의 장수명 진청색 인광 발광 소재-소자 기술 구현 

  최고 수준의 장수명 진청색 인광 발광 소재-소자 기술 구현▸경상국립대학교 김윤희 교수팀-경희대학교 권장혁 교수팀▸세계적 저명 학술지 ≪네이처 커뮤니케이션즈≫ 4월 6일자에 논문 발표경상국립대학교(GNU·총장 권순기) 자연과학대학 화학과 김윤희 교수는 경희대학교 권장혁 교수 연구팀과 공동 연구로, 백금 기반 청색 인광 소재에 대한 치환기 최적화 과정을 통해 안정성을 높인 고성능 청색 유기 발광 소자(OLED)를 구현하는 데 성공하였다고 밝혔다.인광 도펀트(phosphorescent dopant) 소재는 유기 리간드 분자가 이리듐, 백금과 같이 무거운 금속에 결합하는 형태를 취하고 있으며, 단일항과 삼중항의 허용된 계간전이 과정을 통해 높은 발광 효율을 보인다. 이러한 특성을 바탕으로 OLED 기술의 단위 소자인 적색과 녹색 소자에는 이미 인광 소재가 상업화되어 있다. 하지만 청색 소자만큼은 청색광을 만들어 내는 인광 소재의 낮은 안정성으로 인해 1세대 발광 소재인 형광 소재가 사용되고 있는 만큼 고효율·장수명 청색 소재 개발은 OLED 기술 개발의 대표적 난제로 지목되고 있다. 백금 착체는 결합된 리간드의 형태에 따라 독특한 전기적·광학적·물리적 특성을 보유해 고성능 발광 소재로 유망한 후보군으로 알려져 있다. 그중 네 자리 리간드 기반의 백금 재료는 구조적으로 단단하고 평평한 형태를 취하고 있어 높은 발광 효율, 우수한 색 순도 특성이 구현 가능하여, 낮은 효율을 보이는 형광 재료를 대체할 수 있다는 기대감으로 주목받는 발광 소재이다.경상국립대 화학과 김윤희 교수는 경희대 정보디스플레이학과 권장혁 교수와의 공동연구로 인광 도펀트 소재의 열화(동작 시간이 길어지면서 소자 내에 형성되는 결함으로 인해 초기 대비 휘도가 감소하고 구동 전압이 증가하는 현상) 과정을 억제하는 구조적 설계를 통해 장수명 진청색 발광 소재 기술의 새로운 대안을 선보였다. 발광에 직접적으로 기여하는 인광 도펀트의 특정 위치에 치환기를 도입할 때 나타나는 광학적 현상들을 다양한 방법으로 분석하여 인광 도펀트 재료의 열화 현상에 직접적으로 기여하는 에너지 준위의 형성을 효과적으로 억제할 수 있음을 규명한 것이다. 이 같은 연구 결과는 ‘장수명 특성을 가능하게 하는 터트-부틸이 치환된 네 자리 리간드를 갖는 백금 착체(Modified t-butyl in tetradentate platinum (II) complexes enables exceptional lifetime for blue-phosphorescent organic light-emitting diodes)’라는 제목의 논문으로 세계적으로 저명한 학술지 ≪네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)≫ 4월 6일자에 게재됐다(논문 링크: https://doi.org/10.1038/s41467-024-47307-3).네 자리 리간드(tetradentate) 기반의 백금 착체는 발광 효율, 색 순도는 뛰어나지만 도핑 농도가 높아지면 분자가 쉽게 가까워지면서 형성되는 원치 않는 에너지 준위로 인해 색 순도가 쉽게 저하되는 문제점을 보여 발광 소자로의 적용이 제한적이었다. 또한 빛을 내기 위해 형성된 엑시톤이 바닥 상태로 빠르게 이완되지 못하고 긴 시간 높은 에너지를 간직한 채로 머무르게 되면서 야기한 열화 과정으로 소재를 분해하는 문제점을 안고 있다. 이번 연구에서는 각 위치에 터트-부틸 치환기를 도입한 백금 착체를 개발하여 해당 치환기가 백금 착체에 미치는 효과를 분석했다. 특정 위치에 도입된 치환기의 유무에 따라 전이 상태에서 발광 소재의 안정성이 크게 개선될 수 있다는 연구 결과를 통해 청색 발광 소자의 안정성 문제를 극복하고, 고효율·장수명·고색순도 특성을 동시에 제공하는 소재 설계 기술을 제시했다.교신저자로 연구를 수행한 김윤희 교수는 “청색 OLED 기술의 장수명 특성 확보는 OLED 디스플레이 기술을 완성하는 데 필수적인 과제 중 하나”라며 “이번 연구가 난제 해결에 있어 소재-소자 그룹 간의 체계적인 융합 연구와 협업의 중요성을 잘 보여주는 사례이다.”라고 소개했다. 이번 연구는 산업통상자원부의 디스플레이 혁신공정 플랫폼 구축 사업, 한국연구 재단의 램프사업, 경상국립대-삼성디스플레이 OLED 연구센터의 지원을 받아 수행했다. ⊙ 사진 설명:(1)터트-부틸 치환기는 분자 간 거리 및 전이 상태에서의 이면각에 영향을 주어 오비탈 중첩을 억제하여 MMLCT 형성을 감소하고 DET 과정에 의한 에너지 손실을 줄일 수 있음. 이번 연구는 주된 열화 현상에 기여하는 3MC 상태의 여기자 형성 억제와 3MC->T1로 전이를 촉진하여 발광 소자의 안정성을 개선함.(2)세계 최고 수준의 장수명 특성을 보이는 청색 OLED 구현에 성공한 연구진. 경상국립대 김윤희 교수, 이경석 박사, 경희대 권장혁 교수, 정영훈 박사과정생(왼쪽부터).⊙ 내용 문의: 경상국립대학교 김윤희 교수 055-772-1491

  2024.04.18 산학협력단

• 김광동 교수팀, 미국국립과학원회보(PNAS)에 논문 발표 

  ‘멜라노좀 선택적 자가포식(멜라노파지) 기전 규명’ ▸경상국립대 김광동 교수팀, 미국국립과학원회보(PNAS)에 논문 발표▸멜라닌 항상성 기반의 피부색소 이상증 제어 연구의 새로운 방향 제시▸한국연구재단과 농촌진흥청의 지원으로 연구 수행경상국립대학교(GNU·총장 권순기) 응용생명과학부(생명과학부) 김광동 교수 연구팀(제1저자 이기원, 류기준 박사)은 피부세포 내 멜라닌 항상성과 관련한 기전으로서 멜라노좀에 대한 선택적 자가포식 기전을 규명했다고 밝혔다. 연구 결과는 세계 유수 학술지인 ≪미국국립과학원회보(PNAS: Proceedings of the National Academy of Sciences)≫(영향력 지수 11.1)에 게재됐다.멜라닌의 항상성은 피부 톤을 결정하고 피부 색소 침착 이상증(기미, 검버섯, 백색증 등) 제어에 매우 중요하다. 하지만, 멜라닌 합성에 대한 연구는 비교적 자세히 연구돼 온 반면에 형성된 멜라닌의 분해 과정의 분자 기전은 거의 알려져 있지 않았다.자가포식이란 세포 내 구성물을 세포 스스로가 분해하는 기전으로 대사질환, 신경질환, 종양 등 다양한 질병과 관련하여 그 중요성이 부각돼 왔다. 특히 특정 세포소기관 또는 세포구성물만을 특이적으로 분해하는 기전을 선택적 자가포식이라고 한다. 10여 년 전부터 자가포식 활성과 피부톤의 관련성에 대한 연구결과들이 보고되어 왔으나, 직접적인 작용 기전에 대한 연구 보고는 없었다. 피부 색소인 멜라닌은 멜라노좀이라고 하는 특수 세포소기관에서 합성되고 축적되게 되는데, 김광동 교수 연구팀은 선택적 자가포식 기전을 통해 멜라노좀이 분해되는 기전을 생쥐의 흑색종 세포주 모델에서 규명했다.열대과일인 망고스틴으로부터 유래된 대사체인 베타-망고스틴이 이미 형성된 멜라노좀을 분해하는 현상을 발견하고 멜라노파지(멜라노좀에 대한 선택적 자가포식)에 관여하는 단백질들을 발굴하고 그 작용기전을 제안했다. 김광동 교수는 “기존의 피부색소 제어 소재들은 대부분이 멜라닌의 합성 과정을 억제하는 억제제들로서 피부 색소 침착 예방의 효과로 피부색소 침착 제어에는 매우 제한적이었으나, 멜라노파지를 유도하는 기전은 이미 형성된 멜라노좀을 적극적으로 분해하며 멜라노좀을 가지고 있는 특정세포에만 작용한다. 따라서 피부 침착 이상증 제어에 매우 중요할 뿐 아니라 멜라닌 색소와 관련한 흑색종, 안과 질환, 신경생물학 분야로 확장성도 기대된다.”라고 밝혔다. 이 연구는 한국연구재단(중견연구자지원사업, 지역혁신연구센터)과 농촌진흥청(차세대바이오그린사업)의 지원을 받아 수행했다.김광동 교수는 멜라노파지를 유도하는 식물유래 소재 2종을 발굴하고 각각 삼극특허(미국·일본·유럽 특허) 등록을 완료했고, 그중 1종은 국내 기업에 기술이전하고 상품화한 바 있다.특히 김광동 교수는 “경상국립대 항노화바이오소재 세포공장 지역혁신센터(ABC-RLRC, 센터장 김선원 교수)의 세포공장 활용 기술을 기반으로, 멜라노파지 유도 기능성 소재의 대량생산 기술을 구축할 계획”이라고 밝혔다. 이는 유용대사체에 대한 산업화(기능성화장품, 코스메슈티컬) 접근성 및 경쟁력 강화에 크게 기여할 것으로 기대되고 있다.⊙ 사진 설명: 경상국립대 김광동 교수⊙ 내용 문의: 경상국립대 김광동 교수 055-772-1365

  2024.04.18 산학협력단

• 최명룡 교수, 금속 카바이드 합성하는 새로운 친환경 공정 개발 

  최명룡 교수, 금속 카바이드 합성하는 새로운 친환경 공정 개발▸펄스 레이저 시스템을 이용하여 전이 금속 카바이드 합성▸물 분해를 위한 고성능 전기화학 촉매로 주목경상국립대학교(GNU·총장 권순기) 화학과 최명룡 교수(광화학 나노소재 전문 핵심연구지원센터장) 연구팀은 펄스 레이저 시스템을 이용하여 상온에서 전이 금속 카바이드(TMCs: Co3C, Fe3C, TiC, MoC)를 합성하는 다용도 공정을 개발했다고 밝혔다. 이 공정은 추가 탄소원, 계면활성제, 또는 환원제 없이 진행되어, 환경적 영향을 최소화하는 친환경적 합성 방법이다.오예원 석사과정(화학과)과 띠따기리 자야라만, 민아름 연구교수(광화학 나노소재 전문 핵심연구지원센터)가 공동 1저자로 참여한 이번 연구 성과는 우수성을 인정받아 와일리(Wiley)에서 발행하는 SCI 학술지인 ≪카본에너지(Carbon Energy)≫(IF: 20.50)에 게재됐다. 이렇게 합성된 TMCs는 금속-탄소 상호작용, 공유 결합 및 금속-금속 상호작용, 그리고 금속과 탄소 원자 간의 전하 이동으로 인해 수소 발생 반응(HER), 산소 발생 반응(OER), 그리고 산소-수소 발생 반응(OWS)에 대한 향상된 전기화학적 특성을 보였다.레이저를 이용해 합성한 TMCs로 제작한 코발트 카바이드(Co3C, 2.01V)와 몰리브덴 카바이드(MoC, 1.99V) 수전해 전극은 대표적인 전이 금속 카바이드 전극인 철 카바이드(Fe3C, 2.16V)나 티타늄 카바이드(TiC, 2.54V)를 기반으로 한 전극보다 우수한 성능을 나타냈다.또한 실시간 전기화학 라만 분광법을 통해 전기화학 반응 중 반응 중간체 및 결합 부위의 형성을 밝혔다. 탁월한 전기화학적 내구성 및 구조적 유지는 물 전해조를 위한 안정적인 전기화학 촉매의 개발을 촉진시킬 것으로 기대된다.해당 연구 수행은 한국연구재단(NRF)과 교육부에서 주관하는 기초과학 연구역량 강화사업의 ‘광화학 나노소재 전문 핵심연구지원센터’ 지원으로 수행됐다.⊙ 사진 설명: 오예원 석사과정, 띠따기리 자야라만 박사, 민아름 연구교수. 최명룡 교수(왼쪽부터).⊙ 내용 문의: 화학과 최명룡 교수 055-772-1492

  2024.04.05 산학협력단

• 성재경 교수팀, ‘흑연 음극 기반 표면처리 기술’ 개발 

  전기자동차(EV)용 ‘급속충전/고안전성/장수명’ 배터리 핵심소재 개발▸경상국립대 성재경 교수팀, ‘흑연 음극 기반 표면처리 기술’ 개발▸국제학술지 ≪카본≫에 논문 게재…전기자동차 충전속도 향상 기대현재 전기자동차와 같은 친환경 이동장치 수요의 증가와 함께 급속충전이 가능한 차세대 음극 소재가 주목받고 있다. 충전 속도를 높이기 위해서는 핵심 소재 기술 개발이 필수적이며, 전기자동차의 화재 사고가 빈번한 만큼 안전성뿐만 아니라 배터리의 수명을 늘리는 것 또한 연구가 필요하다.경상국립대학교(GNU·총장 권순기) 공과대학 나노·신소재공학부 성재경 교수 연구팀은 전기자동차의 수명 및 안정성을 대폭 늘릴 수 있으며 충전 시간을 단축할 수 있게 하는 F(플루오린) 원소를 통한 흑연 표면처리 기술을 개발했다.연구 결과는 국제 저명 학술지인 ≪카본(Carbon)≫(IF: 10.9)에 1월 10일자(현지시각)로 공개됐다. (논문명: Surface Fluorinated Graphite Suppressing the Lithium Dendrite Formation for Fast chargeable Lithium Ion Batteries)이 기술은 기존 구형 흑연에 비해 높은 비표면적을 가지는 판상 흑연에 화학기상증착(Chemical vapor deposition)법을 통해 플루오린 원소를 표면처리하여 표면의 활성부위를 높였다. 이러한 플루오린 원소는 충·방전 중 형성되는 고체 전해질 계면층(SEI: Solid Electrolyte Interphase) 고체 전해질상을 리툼-플루오린(Li-F: Lithium fluorine)이 풍부하게 하여 리튬 이온의 원활하고 빠른 이동을 제공할 수 있다. 이러한 빠른 리튬이온의 확산은 리튬 이온 배터리의 열화 및 쇼트의 원인인 리튬 수지상 성장을 억제해 장기 사이클이 가능하게 할 수 있다. 성재경 교수는 “전기자동차의 주행거리 연장 및 급속충전을 위해 현재 연구에서 합금 계열의 고용량 음극재의 개발(Si, Li 등)이 활발하게 진행되고 있지만, 충·방전 시 발생하는 높은 부피 팽창 및 수축 등 극복해야 할 문제점이 많다.”라면서 “따라서, 현재 상용화된 흑연 음극재를 더 우수한 성능으로 향상하는 연구는 상대적으로 훨씬 더 실질적인 적용이 가능한 연구 결과로 볼 수 있다.”라고 말했다.성재경 교수 연구팀은 판상 흑연을 기반으로 플루오린 원소 표면처리 기술을 통해 급속충방전/고안전성/장수명 배터리를 개발하였으며, 이 개발 물질을 리튬 이온 배터리에 적용한 결과 니켈-코발트-망간-산화물 양극재가 적용된 풀셀 시스템에서 1000회 충전(2C)/방전(1C) 시에 83.5% 이상의 높은 사이클 수명 특성을 보여주었다. 이는 기존의 흑연에 대비해 큰 수명 향상을 보여줌과 동시에(충전 2C) 충전 시간을 단축할 수 있는 향상된 흑연 음극 소재의 개발이라고 할 수 있다. 리튬 이온 배터리에서 급속 충·방전 시 나타나는 리튬의 수지상 형태로 성장하는 문제를 플루오린 원소를 기반으로 한 표면처리 기술을 적용함으로써 리튬 이온의 확산 속도를 높여 이를 억제하여 안전성 또한 개선했다.성재경 교수는 “이러한 우수한 특성을 갖는 신 흑연 음극 소재로 기존 대비 향상된 특성을 갖고 안전한 전기자동차(EVs) 구현뿐만 아니라 드론 및 도심 항공 모빌리티에도 적용할 수 있을 것으로 전망된다.”라고 말했다.⊙ 사진 설명: 1. 성재경 교수 연구팀(왼쪽부터 자야 박사후연구원, 성재경 교수, 고민석 학부 연구생).2. 일반적인 구형 흑연과 판상 흑연에 플루오린 원소를 표면 처리한 매트릭스 모식도 및 표면처리 유무에 따른 고체 전해질 중간상의 변화와 리튬 수지 상정 성장 비교.⊙ 내용 문의: 경상국립대 나노신소재공학부 성재경 교수 055-772-1663

  2024.04.05 산학협력단

• 안건형 교수팀, ESS용 고성능·고안정성 아연-이온 전지 개발 

  경상국립대-한국세라믹기술원 공동연구팀,ESS용 고성능·고안정성 아연-이온 전지 개발▸에너지 분야 국제 학술지 ≪저널 오브 에너지 케미스트리≫에 게재▸저가격·고안전성 ESS에 필요한 맞춤형 이차전지 위한 핵심 원천기술경상국립대학교(GNU·총장 권순기) 융합기술공과대학 에너지공학과 안건형 교수팀(스마트에너지재료연구실, 지도교수)이 한국세라믹기술원(KICET·원장 정연길) 지상수 선임연구원팀(나노복합소재센터)과 공동으로 연구한 논문이 에너지 분야 세계적 학술지 ≪저널 오브 에너지 케미스트리(Journal of Energy Chemistry)≫(IF 13.1, JCR 상위 2.1%) 최신호(2024)에 게재되었다.논문 제목은 ‘에너지 저장 성능 향상을 위한 텔루륨 나노벨트 보호층을 사용한 아연-이온 전지의 음극 표면 엔지니어링(Anode surface engineering of zinc-ion batteries using tellurium nanobelt as a protective layer for enhancing energy storage performance)’이다.최근 에너지 부족과 환경 오염 문제가 증가함에 따라 신재생 에너지인 풍력과 태양에너지에 대한 산업의 요구가 높아지고 있다. 이러한 산업의 요구에 따라 신재생 에너지의 간헐적 출력을 관리하는 에너지 저장 시스템(ESS: Energy Storage System)도 관심을 받고 있다. 그러나 기존 ESS에서 사용되는 리튬-이온 전지는 그 특성상 화재나 폭발 등 안정성 문제 등으로 인하여 대규모 및 실내 적용에 한계가 존재한다.이러한 한계를 극복하기 위해 풍부한 매장량, 낮은 독성, 더 높은 이론 용량(820mA h g-1) 등의 장점을 가진 아연-이온 전지가 주목받고 있다. 하지만, 아연-이온 전지 작동 중 음극으로 사용되는 아연 금속의 수지상 결정 형성과 부식으로 인한 전지 내부의 저항 증가, 그로 인한 성능 저하, 심한 경우 전지가 완전히 고장 나는 문제가 있다.경상국립대-한국세라믹기술원 공동연구팀은 텔루륨(Te)으로 만든 나노벨트 구조를 합성하여 아연 음극 표면에 보호층으로 사용함으로써 아연-이온 전지의 문제를 해결했다. 이 방식은 텔루륨 보호층이 전지의 안정성과 습윤성을 강화해 수많은 핵 생성 사이트를 도입하고, 부식, 아연 용해, 제한된 습윤성 및 아연 도금을 위한 불충분한 핵 생성 사이트와 같은 문제를 극복하여 전력밀도, 용량 등 에너지 저장 성능을 크게 향상시켜, ESS와 같은 다양한 에너지 저장 장치에 사용 가능하다는 것을 보여주었다.이번 논문의 1저자로 참여한 경상국립대 석사과정 이수범 씨는 “같이 연구하는 동료와 지도교수님의 협력과 도움 덕분에 에너지 분야의 권위 있는 저널에 게재하게 되어 기쁘다.”라며 “앞으로 실제 산업에 도움을 줄 수 있는 기술을 개발하기 위해 노력하겠다.”라고 말했다. 또한 공동연구기관인 한국세라믹기술원 제연진 연구원(1저자)은 “공동연구를 통해 권위 있는 저널에 게재되어 더욱 기쁘다.”라며 “앞으로 활발한 공동연구를 통해 다양한 산업 분야에 적용할 수 있는 연구를 하기 위해 지도 박사님과 함께 노력하겠다.”라고 말했다.교신저자로 참여한 한국세라믹기술원 지상수 선임연구원은 “반도체, 열전소재로만 활용되던 텔루륨의 고유 특성을 활용해 수계-아연 이온전지의 에너지 저장 성능을 크게 개선한 새로운 기술이다.”라며 “향후 수계-아연 이온전지에 적용되는 다양한 세라믹 소재 기술 및 양산 공정 기술을 개발해 관련 기업의 사업화 활동을 지원할 계획이다.”라고 말했다.경상국립대 안건형 교수는 “해당 기술은 저가격·고안전성 ESS에 필요한 맞춤형 이차전지를 위한 핵심 원천기술이며, 확보한 기술을 비롯하여 수계-아연 이온전지의 산업화 진출 및 확장을 위한 연구 활동을 연속적으로 수행할 계획이다.”라고 말했다.이번 연구는 한국에너지기술평가원(KETEP)이 주관하는 에너지국제공동연구(R&D)의 지원으로 수행했다. ⊙ 사진 설명: 경상국립대학교 에너지시스템공학과 석사과정 이수범, 한국세라믹기술원 연구원 제연진, 한국세라믹기술원 선임연구원 지상수, 경상국립대학교 에너지공학과 교수 안건형(사진 왼쪽부터). 아연-이온 전지 제작 방법과 아연-이온 전지 시작품.⊙ 내용 문의: 에너지공학과 안건형 교수 055-772-3884첨부파일

  2024.04.05 산학협력단

• 박준홍 교수팀, ‘단일 소자 레벨, 후각 모방 뉴로모픽 반도체 기술’ 최초 구현 성공 

  “반도체 칩 하나로 인간의 후각을 통한 인지 및 두뇌학습 기능 동시 모방”▸박준홍 교수팀, ‘단일 소자 레벨, 후각 모방 뉴로모픽 반도체 기술’ 최초 구현 성공▸재료 분야 저명 학술지 ≪어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈≫에 발표▸이차원 반도체 소재 표면에서 분자 동역학 기반 인간의 감각과 두뇌 연산 기능 구현 경상국립대학교(GNU·총장 권순기)는 공과대학 나노·신소재공학부 세라믹전공 박준홍 교수 연구팀(생체모방 반도체 연구실)이 다중 감각을 통해 사물을 인식하여 신호를 학습하는 인간을 모방, 단일 소자 레벨에서 다영역 신호를 통해 인식된 정보를 학습·처리하는 뉴로모픽 반도체 기술을 개발했다고 밝혔다.비대면 서비스와 인공지능 기술(AI: Artificial Intelligence)이 사회와 산업 전반에 확산되고 있고, 이에 따라 입력되는 대량의 정보를 정확하게 초고속으로 처리하여 전달하는 반도체 기술의 중요도가 높아지고 있다. 특히 인간이 사물과 상황을 정확하게 인식하고 이해하기 위해서는 문자 기반 정보뿐만 아니라 후각과 시각 등 다중 감각을 이용해야 한다. 하지만 기존 반도체 기술은 주로 자연어를 기반으로 정보를 처리하기 때문에 그 내용 이해와 의미 전달에 한계가 있을 뿐만 아니라 신호 변환에 따른 에너지 소모 문제가 발생한다.이러한 한계를 극복하기 위해 인간의 오감과 두뇌 활동을 모방하여 신경망 반도체 소자와 별도로 제작된 시각 뉴런 소자를 집적하여 인센서 컴퓨팅 기반 반도체 모듈 개발이 진행되고 있다.박준홍 교수 연구팀은 기존의 시각뿐만 아니라 인간의 후각까지 모방하기 위해, 이차원 반도체 소재 표면에서 분자의 흡착·탈착에 따른 소자 저항 특성을 가역적으로 제어함으로써 분자 자극 구동의 전하 트랩형 3단자 신경망 소자를 개발했다. 특히 반도체 표면에 흡착된 분자의 극성으로 인해 전극 사이에 전송되는 전하의 흐름이 조절 가능하다는 점에 착안하여, 화학적 자극에 의해 변조된 반도체 채널에 전기적·광학적 신호를 인가하여, 소자 레벨에서 분자 정보를 인지하고 학습 기능을 구현하는 데 성공했다. 또한 이미지 패턴 검출률도 95% 이상 높은 정확도로 구현했다.그 결과 기존에 별도의 분리된 소자 모듈을 통해 구현 가능했던 기술과 비교하여, 분자 인식-학습-연산 기능을 단일 소자에서 처리 가능토록 개발된 기술을 통해 집적도와 정보 처리 효율을 크게 향상시킬 수 있다.연구 책임자인 박준홍 교수는 “단일 인공 뉴런 소자가 다중 모듈 신호를 인지하여 처리하는 데 성공했다. 이는 높은 직접도와 고효율로 정보가 처리되는 저전력 구동의 인공 신경망 구현을 제시한 것이다.”라고 설명하고 “현재 개발 중인 차세대 인공지능 및 자율 구동 모빌리티 시스템용 엣지 컴퓨팅 하드웨어에 활용을 기대한다.”라고 말했다. 이번 연구는 저명 국제 학술지 ≪어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)≫(IF: 19.0, JCR: 3.18 %) 온라인판에 게재됐다. 연구는 한국연구재단 국가반도체연구실지원핵심기술개발사업과 개인기초연구사업의 지원을 받아 수행했다(논문명: Molecularly Reconfigurable Neuroplasticity of Layered Artificial Synapse Electronics).⊙ 사진 설명: 경상국립대 박준홍 교수(교신저자)와 연구 개요 ⊙ 내용 문의: 경상국립대 나노·신소재공학부 세라믹전공 박준홍 교수 055-772-1684

  2024.04.05 산학협력단

• 윤석민 교수팀, 전기화학적 수소 생산에서 백금 대체 가능한 레늄 금속 기반 나노촉매 개발 

  윤석민 교수팀, 전기화학적 수소 생산에서 백금 대체 가능한 레늄 금속 기반 나노촉매 개발 ▸알칼리 전해조에서 백금보다 낮은 과전압, 빠른 물 분해 반응 가능▸“그린수소의 대량 생산 및 활용에 중대한 전환점이 될 것으로 기대”경상국립대학교(GNU·총장 권순기) 자연과학대학 화학과 윤석민 교수 연구팀은 값비싼 백금(Pt)보다 효율적인 물 전기분해 반응이 가능한 레늄 금속 기반 나노 촉매(Pt-Ni@Re) 개발에 성공했다고 밝혔다. 이번 연구 성과는 우수성을 인정받아 엘스비어(Elsevier)에서 발행하는 촉매 분야 최상위급 SCI 학술지인 ≪어플라이드 카탈리시스 B: 환경 및 에너지(Applied Catalysis B: Environment and Energy)≫(IF: 24.319, JCR 랭킹 상위 0.9%)>에 게재됐다. 청정한 그린수소를 얻기 위해 산업에서 가장 널리 쓰이는 알칼린 전해조에서 효율적인 물 분해를 통한 수소 생산력은 매우 중요하다. 하지만 수소 공급원인 수소 이온(H+)이 상대적으로 부족한 알칼린 전해조에서 빠른 반응으로 수소를 발생하는 것은 시급히 해결해야 하는 과제이다. 경상국립대 윤석민 교수 연구팀은 이러한 알칼린 전해조에서 레늄(Rhenium, Re)에 미량의 백금(Pt)과 니켈(Ni)을 각각 5wt% 도핑한 레늄 기반 나노촉매클러스터(Pt-Ni@Re/C nanoparticle clusters)를 합성하여, Pt 금속 촉매보다 물 분해에서 낮은 과전압(over potential)과 빠른 반응 속도를 달성했다. 특히 주목할 점은 이 새로운 촉매가 백금 단가의 약 3%에 불과한 레늄 금속을 기반으로 하고 있다는 것이다. 이는 수소 생산 비용을 현저히 줄일 수 있는 잠재력을 지니고 있다.또한, 이 촉매는 5A/cm2에 가까운 높은 전류밀도에서도 안정적으로 수전해를 유지하는 뛰어난 내구성을 보여주었다. 이는 대규모 그린수소 생산을 위한 지속 가능한 방법을 제공한다. 연구팀은 경희대 화학과 양지은 교수 연구팀과 공동연구를 통해 이 촉매가 1.4볼트의 낮은 과전압에서도 효율적으로 물을 분해할 수 있음을 입증했는데, 이는 에너지적 측면에서도 큰 이점을 가진다. 더욱이 울산대 정재훈 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 Re 기반 촉매가 소량의 타 전이금속이 도핑되었을 때 Pt보다도 효율적으로 전기화학적 물 분해를 시킬 수 있다는 메커니즘을 규명했다.이러한 특성 덕분에 이 연구는 산업적 응용 가능성이 매우 높으며, 수소 에너지 분야에서의 새로운 변혁을 가져올 것으로 예상된다. 연구진의 혁신적인 발견은 수소 생산의 비용 효율성과 지속 가능성을 크게 향상시킬 수 있는 잠재력을 갖추고 있어, 그린수소의 대량 생산 및 활용에 중대한 전환점이 될 것으로 기대된다.한편, 제1저자인 경상국립대학교 기초과학연구소 소속 김진호 연구원은 윤석민 교수 연구팀에서 학부 과정부터 연구를 훌륭히 수행하여 레늄 기반 나노촉매 합성과 레늄의 전기화학적 특성 분석, 레늄 기반 나노 촉매에 의한 알칼리 수용액에서 효율적인 물 전기분해의 원리를 실험적으로 규명하는 데 주요한 역할을 하였다. ⊙ 사진 설명: 윤석민 교수와 김진호 연구원(석사) (왼쪽부터)⊙ 내용 문의: 경상국립대 화학과 윤석민 교수 055-772-1484

  2024.04.05 산학협력단

• 최명룡 교수팀, 수소 연료 생산 효율성 향상시키는 전극 설계 방법 공개 

  최명룡 교수팀, 수소 연료 생산 효율성 향상시키는 전극 설계 방법 공개▸친환경 레이저 공정으로 니켈 폼 성능 극대화▸단일 공정으로 이뤄진 니켈 폼 산화 및 단일 금속 장식경상국립대학교(GNU·총장 권순기) 자연과학대학 화학과 최명룡 교수(광화학 나노소재 전문 핵심연구지원센터장) 연구팀은 친환경적 기술인 레이저를 활용해 수소 연료 생산의 효율성을 크게 향상시키는 새로운 전극 설계를 공개했다. 이번 연구 성과는 우수성을 인정받아 와일리(Wiley)에서 발행하는 ≪스마트맷(SmartMat)≫(IF: 20.4)에 게재됐다. 최명룡 연구팀은 니켈 폼을 펄스 레이저를 사용하여 비파괴적으로 표면을 개질하고 이리듐, 루테늄, 팔라듐 나노입자를 도입함으로써, 전해수 분해 과정에서 우수한 성능을 보이는 니켈(II) 수산화물/니켈 폼 전극을 성공적으로 개발했다.니켈 폼을 니켈(II) 수산화물로 산화시키면서 동시에 금속 나노입자로 장식하는 이 혁신적인 방법은 수소 발생 반응(HER), 산소 발생 반응(OER), 그리고 전체 물 분해(OWS)를 촉진하는 데 탁월한 활성을 보이는 것으로 나타났다.특히, 이리듐-니켈(II) 수산화물/니켈 폼 전극이 HER과 OER에서 가장 낮은 과전압을 달성하여, 표준 탄소-백금||산화이리듐(Pt/C||IrO2) 전극을 능가하는 뛰어난 성능을 보였다. 이는 레이저에 의해 영향을 받은 금속 나노입자와 산화된 니켈 폼 표면 사이의 시너지로 인해 결함이 개선되고 금속 고유의 성질이 향상된 덕분이라고 밝혔다.이 연구는 산업용 물 전해조에 사용될 효율적인 이중 기능 전극을 설계하기 위한 실용적이고 친환경적이며 편리한 방법을 제공함으로써, 첨단 에너지 변환 기술 발전의 새로운 방향을 제시할 것으로 기대된다.해당 연구 수행은 한국연구재단(NRF)과 교육부에서 주관하는 기초과학 연구역량 강화사업의 ‘광화학 나노소재 전문 핵심연구지원센터’ 지원으로 수행됐다.⊙ 사진 설명: 정유정 석사과정, 탈신 베질다예바 박사과정, 띠따기리 자야라만 박사, 민아름 박사, 최명룡 교수(왼쪽부터).⊙ 내용 문의: 화학과 최명룡 교수 055-772-1492첨부파일

  2024.04.05 산학협력단

• ㈜앤피엘에 ‘용매 분산성과 특성이 우수한 그래핀 제조방법’ 기술이전 

  ㈜앤피엘에 ‘용매 분산성과 특성이 우수한 그래핀 제조방법’ 기술이전▸그래핀의 가장자리 선택적 산화 및 산화도 조절▸고품질·고분산성·우수한 특성…그래핀 산업의 패러다임 바꿀 차세대 그래핀경상국립대학교(GNU·총장 권순기) 기술지주㈜(대표이사 정재우)는 8월 21일 ㈜앤피엘(대표 최창호)에 ‘그래핀의 가장자리 선택적 산화 및 산화도 조절을 통한 용매 분산성과 특성이 우수한 그래핀 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 산화 그래핀’ 관련 기술(연구책임자 최창호 공과대학 화학공학과 교수)을 이전하는 협약을 체결했다.그래핀은 2차원 탄소 소재로 2004년에 최초로 개발됐다. 우수한 전기 및 열 전도성, 높은 투과성, 우수한 기계적 강도, 유연성 등 그 특성이 매우 우수하여 꿈의 신소재로 주목받으며 나노기술, 전자공학, 재료과학, 광학, 생체의학 등 다양한 분야에서 연구가 이루어지고 있다.      학계에서는 그래핀의 우수한 성질과 다양한 분야에서의 활용 가능성이 입증됐지만, 산업적으로 그래핀이 활용된 사례는 그리 많지 않다. 이는 10장 이내의 두께를 갖는 그래핀을 생산하기 어렵고, 무엇보다 그래핀 특성을 유지하면서 용매에 분산성(용매에서 그래핀이 뭉치지 않고 고르게 존재하는 상태)이 우수한 그래핀이 부재하기 때문이다. 이번에 경상국립대 산학협력단이 ㈜앤피엘에 이전한 기술은 그래핀의 가장자리만 선택적으로 산화시켜 그래핀의 용매 분산성을 확보하고 그래핀 본연의 특성을 유지할 수 있는 기술로서 기존 그래핀 산업화에 걸림돌을 단번에 해결할 수 있는 기술이다. 이 기술을 통해 ㈜앤피엘이 그래핀을 대량 생산하는 발판을 마련하고 다양한 산업 분야에 활용하여 그래핀 산업을 활성화할 수 있을 것으로 기대된다.기술을 이전받은 ㈜앤피엘은 진주시에 소재한 기업으로 경상국립대 나노재료공정연구실에서 실험실 창업하였으며 2023년 7월에 설립됐다. 그래핀, 맥신과 같은 첨단 이차원 소재를 개발·생산하여 산업적으로 활용하는 데 주력하고 있다. 이러한 첨단소재들을 기반으로 이차전지, 전자소자, 열교환기, 인쇄전자 등 다양한 분야에 적용하여 성능을 검증하는 연구를 진행하고 있다.경상국립대학교기술지주㈜ 강필순 부사장은 “그래핀은 꿈의 신소재로 불릴 만큼 산업적으로 파급효과가 클 것으로 기대된다.”라면서 “이번 기술이전을 바탕으로 산업적으로 활용 가능한 그래핀을 대량 생산하여 관련 산업의 진보와 미래성장 산업으로 성장하길 기대한다.”라고 말했다.□ 공과대학 나노재료공정연구실 소개경상국립대 공과대학 화학공학과 나노재료공정연구실은 이차원 소재를 포함한 다양한 나노소재를 효율적으로 생산하기 위한 공정을 개발하고 있다. 나노소재 잉크 제형을 거쳐 잉크젯 프린팅, 슬롯다이 코팅, 디스펜서 프린팅 등 다양한 코팅 공정에 적용하여 패턴 및 대면적 박막 소재를 생산하는 연구를 진행하고 있다. 관련 연구 산출물은 SCI 논문 출판과 특허 출원 및 등록됐다. 특히 가장자리 산화그래핀 개발연구는 한국연구재단 기본연구(고성능·고효율 인쇄 소자 개발을 위한 그래핀 잉크 제형 플랫폼 개발), 4단계 BK21 사업(GNU 지능형 첨단소재 개척인재양성 사업단)의 지원으로 연구·개발됐으며, 이를 활용한 사업화는 현재 경상국립대의 창업중심대학사업단과 경기창조경제혁신센터의 연구성과 활용 원스톱 창업지원 사업을 통해 추진하고 있다.□ 연구 분야 열쇳말그래핀, 이차원 소재, 이차전지, 인쇄전자, 그래핀 인쇄 잉크, 그래핀 나노복합체 잉크⊙ 사진 설명: 최창호 교수 겸 ㈜엔피엘 대표이사와 연구원들⊙ 내용 문의: 경상국립대학교기술지주㈜/ 경상국립대 산학협력단 기술비즈니스센터 055-772-0254

  2023.08.23 기술비즈니스센터