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[공과대학] 신소재공학과 이우영·이명규·이규형 교수, 과학기술정보통신부 나노·소재기술개발사업 국가핵심소재연구단 및 미래기술연구실 선정

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  • Writer 연세기술지주
  • Date 22.07.20

우리대학교 이우영·이명규·이규형 교수, 과학기술정보통신부 나노·소재기술개발사업

국가핵심소재연구단 및 미래기술연구실 선정

 국가핵심소재연구단[플랫폼형] - 신소재공학과 이우영 교수 (고감도 광대역 수소 센서 연구단)

  • 미래기술연구실[선도형] - 신소재공학과 이명규 교수 (적외선 방사율 제어소재 연구실) 
  • 미래기술연구실[전략형] - 신소재공학과 이규형 교수 (열전 신물질 소재 연구실) 

신소재공학과 이우영 교수, 이명규 교수, 이규형 교수 사진

[사진.(왼쪽부터) 신소재공학과 이우영 교수, 이명규 교수, 이규형 교수]


우리 대학교 신소재공학과 연구진이 과학기술정보통신부 (장관 이종호, 이하 ‘과기정통부’)에서 지원하는 2022년 나노 및 소재기술개발사업에 최종 선정됐다.


나노 및 소재기술개발사업은 나노기술과 소재‧부품‧장비(이하 소부장) 분야의 세계 수준의 원천기술을 확보하기 위한 과기정통부 대표 연구개발사업 중의 하나로, 올해 국가핵심소재연구단 6개, 미래기술연구실 20개, 스마트소재연구실 1개를 새로 선정했다.


이 중 우리 대학교는 국가핵심소재연구단과 미래기술연구실에 3개 과제가 선정되어 향후 5년간 총 175억원을 지원받게 된다.


선정된 우리 대학교 연구진은 아래와 같다.


국가핵심소재연구단[플랫폼형], 신소재공학과 이우영 교수 (고감도 광대역 수소 센서 연구단) 


세계적으로 탄소중립을 위한 정치적∙사회적∙학문적 큰 패러다임의 변화 속에서, 수소에너지는 미래 대체에너지로 각광을 받고 있다. 특히 수소는 공기 중 4% 이상 포함될 경우 폭발 위험성을 가지고 있으므로 저농도누출 수소의 신속하고 정밀한 감지가 필수적으로 요구된다. 또한, 고순도 수소를 분석하거나 수소차 내부 등 폐쇄된 공간에서 고압 수소가 누출될 경우 수 십% 이상 고농도 수소의 감지 또한 필요하다.


수소감지기술은 약 2-4%의 농도를 기준으로 저농도 수소 감지를 위해감지 물질과 수소 간 전기화학적 반응에 의한 물질의 다양한 특성 변화를 이용하는 방법과 고농도 수소 감지를 위해 주변 대기 중 다른 가스에 비해 비교적 높은 열전도도를 가진 수소의 조성비를 이용하는 방법 등으로 분류된다.


이우영 교수 연구팀은 주관기관 연세대에서 개발한 저농도용 산화물 반도체 기반 수소센서, 공동기관(1) MEMS에서 개발한 고농도용 TC 기반 수소센서, 공동기관(2) AMOSENSE에서 개발한 듀얼 수소 센서 통합 모듈화 기술을 이용하여 '고감도, 고신뢰성, 광대역 수소 감지용 복합소재 및 모듈화 기술개발' 신규 과제를 진행할 계획이다. 또한, 국내에서 수소에너지 관련 산업을 주도하고 있는 현대자동차가 개발협력기관으로 참여할 예정이다.


본 과제는 2022년도 04월부터 2022년도 12월까지 총 57개월 간 진행되며 연구비 총액은 약 80억이다. 또한, 연구기간 중 연세대-아모센스간 기술이전(기술이전료 총 7억)이 진행될 계획이다.


본 과제에서는, 각 수소감지기술이 가지는 한계점을 극복하여 PPM 단위부터 100%까지 전 농도 범위의 수소를 정확하고 신속하게 감지할 수 있도록 농도 구간별 수소 감지에 적합한 복합소재를 개발하며, 각 센서 소자 기술부터 통합 모듈화, 신호처리, 시스템화 기술개발을 포함한다.이러한 혁신적인 광대역 수소센서 개발을 통해 수소전기차, 수소스테이션, 수소드론, 수소생산 및 공급라인 등 미래 수소모빌리티 환경의 안전 확보를 기대하며, 부가적으로 산화물 반도체의 나노 구조화를 통해 호기수소 분석 등 극저농도 수소분석에 대한 정밀한 감지의 가능성도 기대된다.


특히, 연세대학교에서 개발한 저농도용 산화물 반도체 기반 수소 센서는 우수한 반응/회복성(반응 후 기저 저항 유지), 우수한 반응 안정성(열적, 화학적, 기계적)을 가져 정확한 수소 감지에 유리하다. 전도성 재료를 사용하여 전도 채널을 형성하고 감지 물질과 병렬 저항 회로를 구성함으로써 수소 반응 전/후 안정적인 베이스 저항 유지를 확보하여 나노물질 기반 수소센서 상용화의 핵심인 신호 안정성 해결하였다. 

또한, 상용화 요구 수준의 반응 안전성(반복 안정성, 빠른 반응, 습도안정성) 및 선택성(수소와 친화성이 높은 팔라듐)을 확보하였고, 모빌리티 실사용 환경 온도 전 범위 에서 기저 저항값의 안정적 변화로 인해 수소 누출이 없을 경우 센서 고장 자가 진단의 가능성으로 더욱 경쟁력 높은 센서로 판단된다.

 

미래기술연구실[선도형], 신소재공학과 이명규 교수 (적외선 방사율 제어소재 연구실)  


적외선(IR)은 매우 넓은 파장범위(0.75­1000 µm)를 갖는 전자기파로써, 가시광 부근의 근적외선은 태양광에 포함되어 있으나 적외선 에너지의 상당 부분은 온도를 가진 물체에서 방출한다. 이러한 자연적인 에너지원인 적외선을 효율적으로 이용함으로써 생활 속 에너지 소비를 크게 줄일 수 있으며, 이는 탄소중립화에 기여한다.


이명규 교수 연구팀은 본 과제를 통해 적외선 방사율 제어 소재를 개발함으로써 일상 환경에서의 에너지 소비를 절감하고자 한다. 구체적으로는 인체 열관리용 유연 및 섬유 방사체 소재를 개발하고, 건축물 에너지 소비 절감을 위한 하이브리드 코팅소재를 개발하며, 태양전지 및 디스플레이등 생활기기의 효율 개선을 위한 투명 방사체 소재를 개발할 계획이다.


온도/습도 등 외부 환경 변화에 따라 적외선 방사율이 스스로 변조되는 섬유소재는 인간의 열적 쾌적성을 증진시켜 주며, 실내 냉/난방에 소비되는 에너지 사용량을 획기적으로 절감할 수 있을 것으로 기대 된다.


또한 고성능 복사냉각 코팅소재는 건축물 외장, 차체, 선박 외장재, 에너지 플랜트 시설 등 냉각시스템이 필요한 모든 곳에 적용되어 냉방에 소비되는 에너지를 절감할 수 있으며 점차 시장이 커지고 있는 데이터 센터, 5G 통신 중계기 같이 발열이 많은 곳에 적용된다면 장치의 수명을 연장하는 것도 가능할 것으로 기대된다.


태양전지의 경우에는, 온도상승에 따른 효율의 저하를 투명 방사체 활용 냉각기술의 적용으로 방지할 수 있으며 투명 디스플레이의 경우 휘도 향상에 따른 발열로 야기되는 효율 감소 및 수명 단축을 적외선 복사냉각 투명 방열소재를 이용하여 대처할 수 있을 것으로 기대된다.


본 과제의 성공적인 수행을 위해 연세대를 주관기관으로 고려대, 포항공대, 대구경북과기원, 광주과기원, 한양대, 경희대등이 참여하며 향후 약 5년간 총 47.5억을 지원받는다.


미래기술연구실[전략형], 신소재공학과 이규형 교수 (열전 신물질 소재 연구실)  


이규형 교수가 이끄는 연구팀은 ‘전자주입 효과 양이온 삽입에 의한 격자-하전 동시제어 기반 전이금속-Sb/Bi계 열전신물질 개발‘이라는 기존에 시도된 바 없는 창의적인 전략을 바탕으로 열전 연구자들이 60년 이상 해결하지 못한 기술적 난제인 상용 Bi-Te계 열전소재를 대체할 수 있는 고성능 열전 신물질 개발을 진행할 예정이다.


이러한 고성능 열전 신물질의 개발은 배터리의 온도를 구동 효율이 높은 온도범위로 유지할 수 있는 고효율-능동 열제어 기술을 구현할 것이며 이는 전기자동차 등 미래 모빌리티의 운송능력 안정화를 위한 필수 기술로 활용되어 국내 자동차 제조 기업의 기술-시장 경쟁력을 강화할 것으로 기대된다. 


본 과제의 성공적인 수행을 위해 열전소재 연구자 뿐 아니라 소재 설계, 합성 및 분석 기술에 대한 국내 최고 수준의 전문가들로 연구팀을 구성하였고, 개발 소재를 이용한 열전모듈 제작 및 실제 구동환경에서의 성능 평가 등 상용화를 위한 기초연구도 함께 수행할 예정이다.


이번 프로젝트에는 주관기관인 우리 대학교 이외에 한국과학기술연구원, 한국재료연구원, 한국세라믹연구원 등 연구소와 광운대, 단국대, 서울시립대, 충북대, UNIST 등 대학이 참여하며 향후 약 5년간 총 47.5억원을 지원받는다.


과기정통부 이창윤 기초원천연구정책관은 “나노 및 소재기술은 반도체, 디스플레이, 우주‧항공 등 우리나라가 세계와의 경쟁에서 초격차를 확보해야 하는 기반 기술이며, 새 정부 국정과제에도 관련 분야 기술난제 극복 과제가 반영된 만큼 앞으로도 적극 지원할 계획”이라며, “이번 새로 선정된 과제들이 우리나라가 기술강국으로 발돋움하는 발판으로서 중요한 역할을 할 것으로 기대한다”고 밝혔다.


*출처:연세대학교 홈페이지