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Goal 7. 클린 에너지

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SDG 7. 클린 에너지 게시판
	국제대학원 ‘Share Your Country Report’ 개최		125
	우리 학교 국제대학원이 ‘Share Your Country Report’ 행사를 열었다. KOICA와 우리 학교 국제대학원이 진행하는 ‘KOICA-아주대 에너지 정책 역량 강화 석사학위 과정’에 재학 중인 학생들이 발표를 맡았다. 2021년 6월 2일 율곡관에서 열린 이번 행사에는 김병관 국제대학원장, 김수덕 융합에너지학과장, 정재성 전자공학과 교수와 17개 국가에서 온 20명의 유학생들이 참여했다. 유학생들은 KOICA(한국국제협력단)의 무상 원조 일환으로 마련된 초청 연수 프로그램 석사 학위 과정에 재학 중인 학생들로, 각국에서 공무원 및 공공기관 종사자로 재직 중인 인재들이다. 학생들은 우리 학교에서 수학한 내용을 바탕으로 출신 국가의 에너지 현황 및 관련된 현안에 대한 정보를 발표하고 상호 공유했다. KOICA-아주대 에너지 정책 역량 강화 석사학위 과정에 재학 중인 학생들은 우리 학교 국제대학원에서 ▲에너지 자립 ▲에너지 산업 육성 ▲녹색 성장 ▲기후변화 대응 ▲에너지 교육 등 에너지 정책에 대한 교육을 받았다. 우리 학교 국제대학원에는 국제경영학과와 국제통상학과, NGO학과, 국제개발협력학과, 융합에너지학과 5개의 학과가 운영되고 있다. ‘KOICA 석사학위 과정(에너지정책)’은 UN SDGs(Sustainable Development Goals) 목표 중 ▲양질의 교육 제공 ▲경제 발전 ▲기후변화 대응 ▲파트너십 구축에의 기여를 목표로 운영 되고 있다.
	김주민 교수 공동 연구팀, 균일나노입자 합성 가능 미세유체반응기 개발		279
	2021년 2월 23일, 우리 학교 김주민 교수 연구팀을 필두로 한 공동 연구진이 균일한 나노입자를 합성할 수 있는 미세유체공학 기술을 개발하는 데 성공했다. 이에 현장 의료 진단기기를 비롯한 미세유체공학 관련 기술에서의 시료 전처리와 반응 공정 등에 널리 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 김주민 교수(화학공학과·대학원 에너지시스템학과) 연구팀은 충남대 이창수 교수, 스위스 취리히연방공과대학(ETH Zurich) 이성식 박사와의 공동 연구를 통해 새로운 방식의 미세유체소자 기반 미세 반응기를 개발했다고 밝혔다. 관련 내용이 담긴 논문은 ‘관성-탄성 유동불안정성을 활용한 실리카 입자 합성용 기어 형태의 미세혼합기(Gear-shaped micromixer for synthesis of silica particles utilizing inertio-elastic flow instability)’라는 제목으로 <랩 온 어 칩(Lab on a Chip)> 2021년 2월 7일자 표지 논문(inside front cover)으로 게재됐다. 아주대 김주민 교수와 충남대 이창수 교수, 취리히연방공과대학 이성식 박사가 공동 교신저자로 참여했고 올해 아주대 대학원 에너지시스템학과 박사과정을 마친 홍선옥 씨(현 롯데캐미칼)가 제1저자로 함께 했다. 미세유체공학(microfluidics) 기술은 최근 의료 검사로 빨리 결과를 진단할 수 있는 현장의료진단기기(point of care diagnostic device)를 비롯한 여러 응용 분야에 활용되고 있다. 미세유체공학에서 유체의 효율적 혼합은 시료의 전처리 및 핵심 반응 공정에서 필수적인 부분으로, 미세소자의 성능을 결정짓는 핵심 기술이기도 하다. 그러나 난류가 생성되기 어려운 미세유체소자의 특성 때문에 확산에 의존하는 비효율적인 혼합 공정에 의존하는 경우가 많았다. 기존의 유체역학적 효과에 의존하는 수동적 혼합법은 혼합 효율을 높이기 위해 복잡한 유로 설계와 복잡한 제조 공정을 동반한다. 더욱이 층류 기반의 혼합법은 ‘정상 상태 흐름’이라는 조건에서 이루어지기 때문에 유체 계면을 따라 생성물이 퇴적되는 문제와 같은 한계를 보여왔다. 김주민 교수 공동 연구팀은 묽은 고분자 용액에서 발현하는 유동 불안정성(flow instability)이 수축과 팽창이 반복되는 구조를 지닌 구부러진 미세유로에서 크게 향상되는 것을 발견, 이를 고효율 미세혼합기 개발에 적용했다. 이렇게 개발한 새로운 관성-탄성 기반의 미세혼합기는 기본 탄성 기반 혼합 방식에 비해 넓은 유량 범위에서 높은 혼합 효율로 작용한다. 더 많은 물질을 더욱 간단하고 효과적으로 혼합할 수 있는 것. 이에 고처리량 미세반응기에 보다 쉽게 적용할 수 있을 것으로 기대된다. 연구팀은 실제 수백 나노미터 크기의 실리카 입자 합성에 새 미세혼합기를 적용해 균일한 입도 분포(입자로 구성된 시료에서 각각 크기의 입자가 어떤 비율로 존재하는지를 나타내는 분포)를 가지는 구형 입자 합성이 가능함을 확인했다. 또한 기존 층류 기반 반응기에서 흔히 나타나는 유로의 막힘 현상 없이 장시간에 걸쳐 입자를 안정적으로 합성할 수 있음을 확인했다. 김주민 교수는 “이번 연구를 통해 고분자 용액과 같은 점탄성 유체의 유동불안정성을 극대화할 수 있는 미세유로 설계가 가능하다는 점을 제시했다”며 “또한 실제로 균일한 나노입자의 합성에 적용했다는 측면에서 의미가 있다”고 설명했다. 이번 연구는 한국연구재단 선도연구센터 및 개인 연구과제 등의 지원을 받아 수행되었다. # 사진 설명 * 왼쪽 위 : 곡선형 유로와 수축-팽창이 반복되는 구조를 병합한 미세유로 형상과, 관성-탄성 유동 불안정성이 혼합에 활용되는 과정을 설명한 모식도 * 왼쪽 아래 : 뉴튼 유체의 정상상태 층류 흐름(a)을 통해 합성된 입자는 넓은 입도 분포와 비구형 형상을 보임(b). 묽은 고분자 수용액에서 발생하는 관성-탄성 유동불안정성(c)을 통해 합성된 입자는 크기가 균일한 구형임(d) * 오른쪽 : 연구팀의 논문이 표지 논문으로 채택된 <Lab on a Chip> 2021년 2월호 [출처: https://doi.org/10.1039/D0LC00834F]
	염동일 교수 연구팀, 그래핀에서 새로운 비선형 광특성 규명		105
	2021년 2월 1일, 우리 대학 연구진이 ‘꿈의 신소재’ 그래핀에서 나타나는 새로운 광학 현상을 규명해냈다. 이에 2차원 물질 기반의 초고속 광신호 처리나 양자 통신, 양자 센싱 등 양자기술 분야에 활용할 수 있을 전망이다. 염동일 교수(물리학과·대학원 에너지시스템학과, 사진 왼쪽) 연구팀은 단층 그래핀 두 장을 뒤틀어 포개었을 때 큰 폭 향상된 비선형 광신호가 발생함을 규명했다고 밝혔다. 관련 내용은 ‘두 겹 그래핀에서 뒤틀림 각도 조절을 통한 향상된 삼차조화파 발생(Enhanced third-harmonic generation by manipulating the twist angle of bilayer graphene)’이라는 제목의 논문으로 광학 분야 국제 학술지 <빛: 과학과 응용(Light: Science & Applications) IF=13.714, IF(%)=2.577> 1월21일자 온라인판에 게재됐다. 이번 연구에는 아주대 대학원의 하성주(박사과정, 사진 가운데), 박남훈(박사졸업, 사진 오른쪽) 씨가 제1저자로 참여했고 아주대 이재현 신소재공학과 교수, 유영동 화학과 교수, 박지용 물리학과 교수, 안광준 대학원 에너지시스템학과 교수와 서울시립대학교 정재일 교수(물리학과)도 함께 했다. 단일 탄소 원자층으로 이뤄진 대표적 2차원 물질인 그래핀(graphene)은 높은 전도성과 투명성 뿐 아니라 유연성까지 갖추고 있어 차세대 전기소자 및 광학소자의 기반이 되는 미래 소재로 주목받아 왔다. 단층 그래핀 위에 또 다른 단층 그래핀을 비스듬하게 겹쳐 쌓으면 무아레 무늬(Moire pattern)에 의한 초격자(superlattice) 구조가 나타나게 되는데, 이때 뒤틀림 각도에 따라 저항이 아예 사라지는 초전도체나 전기가 전혀 통하지 않는 절연체 등 기존 단층 그래핀에서 볼 수 없었던 독특한 물리현상이 관측되면서 최근 큰 주목을 받고 있다. 무아레 무늬란, 촘촘한 주기를 가지는 그물이나 옷감 두 장을 비스듬히 겹칠 때 본래 주기보다 매우 큰 주기를 가지고 형성되는 초격자 무늬를 말한다. 염동일 교수 연구팀은 강한 세기의 빛이 뒤틀린 두 겹 그래핀에 입사할 때 발생하는 비선형 광학 현상에 주목했다. 특히 두 겹 그래핀의 무아레 초격자 구조에 의하여 전자 상태밀도의 반 호프 특이점(van Hove singularity, 고체 물리 분야에서 전자의 상태밀도 함수가 봉우리 모양의 불연속성을 가지는 지점)이 형성되는데, 특이점 사이의 에너지 간극이 입사하는 빛 에너지의 세 배가 될 때 크게 향상된 삼차조화파가 발생한다는 사실을 밝혀냈다. 연구팀은 나아가 전기적인 제어를 통해 단층 그래핀 대비 최대 60배까지 향상된 비선형 광 파장 변환 신호를 얻을 수 있었다. 염동일 교수는 “이번 연구를 통해 그래핀의 적층 각도가 2차원 물질의 비선형 광 특성을 제어하고 향상시키는 새로운 변수가 될 수 있음을 최초로 밝혀냈다”며 “앞으로 2차원 물질의 비선형 광특성을 활용한 초고속 광신호 처리나 양자기술 분야의 광원으로 응용하는데 기여할 수 있을 것”이라고 설명했다. 이번 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업과 한국에너지기술평가원의 에너지인력양성사업의 지원으로 수행됐다.
	분자과학기술학과 김종현 교수팀, 신개념 고분자 도핑 기술 개발		154
	우리 학교 김종현 교수가 포함된 국내 연구진이 신개념의 도핑 공정 개발에 성공했다. 전자재료로 널리 활용되고 있는 유기 반도체 물질인 공액 고분자의 광학적·전기적 성능을 획기적으로 개선할 수 있어, 앞으로 차세대 전자기기 및 에너지 소재로 활용될 것으로 기대된다. 김종현 교수(응용화학생명공학과·대학원 분자과학기술학과, 사진 왼쪽)는 김봉기 건국대 교수(유기나노시스템공학과) 연구팀과 함께 새로운 개념의 도핑 공정을 개발해 관련 내용이 담긴 논문이 <어드밴스드 펑셔날 머터리얼즈(Advanced Functional Materials)> 2020년 10월15일자 표지 논문으로 선정되었다고 밝혔다. 논문 제목은 ‘공액고분자 박막의 전영역 도핑이 가능한 하이브리드 도핑: 공액고분자의 광전기적 성능 및 열전성능 최적화를 위한 새로운 도핑전략(Exploring Wholly Doped Conjugated Polymer Films Based on Hybrid Doping: Strategic Approach for Optimizing Electrical Conductivity and Related Thermoelectric Properties)’이다. 김종현 교수가 교신저자로 참여했고, 아주대 대학원 분자과학기술학과 윤상은 학생(석박사 통합과정, 사진 오른쪽)이 제1저자로 함께 했다. 우리 학교 서형탁 교수(신소재공학과·대학원 에너지시스템학과)도 연구에 참여했다. 유기 반도체 물질인 공액 고분자는 용액 공정이 가능해 공정 비용을 절감할 수 있고, 유연하고도 가벼운 휴대용 전자 소자로 활용될 수 있어 주목받고 있는 차세대 소재다. 유기 반도체를 널리 활용하기 위해 다양한 연구들이 진행 중이며, 그 중 전기 전도도 개선과 관련해서는 도핑(Doping) 공정을 통한 시도가 가장 활발하다. 그러나 전기 전도도를 확보하기 위한 방안에 있어, 복잡하고 친환경적이지 못한 도핑 공정과 도핑 후 박막의 대기 불안정성 등의 문제가 한계로 지적되어 왔다. 지금까지의 관련 연구는 전기 전도도 향상을 위해 신규 고분자 물질과 도판트 소재 개발에 주로 초점이 맞춰져 왔다. 이에 반해 고분자 박막의 도핑 영역을 확장하려는 연구는 거의 전무, 그동안 고분자 박막의 일부분만 도핑이 가능한 수준에 머물러 왔다. 이에 공동 연구팀은 기존에 잘 알려진 범용 공액 고분자를 사용하되, 박막의 전체 영역에 도핑이 가능한 신개념의 도핑 공정 개발에 착수했다. 도핑은 도판트 분자가 고분자 박막 내부로 침투하면서 이뤄지는데, 공동 연구팀은 고분자 박막 내부의 결정성 영역과 비결정성 영역 모두에 도판트 분자가 확산될 수 있는 하이브리드 도핑 공정을 설계했다. 이를 통해 일부 영역에의 도핑에만 의존해오던 기존 공정 대비 40배 이상 증진된 전기 전도도와 87% 이상의 가시광 투과도를 나타냄을 확인했다. 뿐만 아니라 산소에 대한 저항성 개선효과로 대기안정성이 획기적으로 개선되는 등 우수한 광전기적 특성을 보였다. 김종현 교수는 “이번에 개발한 하이브리드 도핑 공정은 방법이 매우 간단하면서도 전기 전도도와 광 투과도 면에서 성능이 우수하다”며 “이 공정을 활용해 제작하는 전도성 투명 고분자 필름이 차세대 전자기기의 유연하고 신축성 있는 투명전극 및 열전변환소재로 응용될 수 있으며, 이는 기존의 고가 투명전극 및 에너지 소재들을 대체할 수 있을 것”이라고 전망했다. 이번 연구는 한국연구재단의 대학중점연구소 지원사업(분자과학기술연구센터)의 지원을 받아 수행되었다.

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