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교육 혁신의 사례와 성과를 공유하기 위한 ‘교육혁신 성과공유 확산포럼’이 개최됐다.‘2024 아주대학교 교육혁신 성과공유 확산포럼 – 학생의, 학생에 의한, 학생을 위한’은 21일 우리 학교 율곡관 영상회의실에서 진행됐다. 온·오프라인으로 개최되어 교내외의 대학 관계자들이 참여했다. 이 행사는 아주대 대학혁신단과 교육부, 대학혁신지원사업의 주관으로 마련됐다.우리 학교 김민규 교무혁신처 부처장·대학혁신단 부단장이 진행을 맡았고 ▲개회사-한호 교무부총장 ▲환영사-최기주 총장에 이어 주제 발표가 진행됐다.발표는 ▲인하대의 자유전공학부 운영 사례(정연재 프런티어학부대학 자유전공학부장)로 시작해 ▲동국대 열린전공학부 MINT 교육 지원 체계(조상식 다르마칼리지 학장) ▲아주대의 경계 없는 통합형 신입생 교육 체계 : 아주탐험학기(신종호 다산학부대학 교수) ▲학생의 미래 설계 지원하는 아주대 자유전공학부 운영계획(홍성연 다산학부대학 자유전공학부장) 순으로 이어졌다.정연재 인하대 프런티어학부대학 자유전공학부장은 인하대의 2023~2024년 자유전공학부 운영 사례와 현황 그리고 앞으로의 운영 계획을 소개했다. 더불어 전공자율선택제의 본격적 시행에 앞서, 이를 성공적으로 운영하기 위한 대학과 사회 차원의 과제에 대해서도 논의했다.동국대 조상식 다르마칼리지 학장은 동국대의 열린전공학부 집중역량 교육과정인 MINT의 운영 경과와 체계 등에 대해 발표했다. MINT(Multi-INter-Trans)는 ‘다양성에서 새로운 가치를 창출하는 융합 인재’를 키우겠다는 목표로 동국대가 만든 특성화 교육과정이다.우리 학교 신종호 다산학부대학 교수(위 사진)는 아주대의 ‘아주탐험학기’의 취지와 내용에 대해 발표했다. ‘아주탐험학기’는 신입생을 위한 탈경계형 교육과정으로 ▲아주상상프로젝트 ▲아주인-신입생을 위한 마중물을 주요 내용으로 한다.<아주인-신입생을 위한 마중물>은 우리 학교 신입생을 대상으로 한 1학점의 강의로, 학생들의 소속감을 제고하고 도전정신을 함양하기 위한 목적으로 개설된다. <아주상상프로젝트> 역시 신입생 전체를 대상으로 진행되며, 학생들이 팀(6인 1팀)을 꾸려 희망하는 주제를 선택해 탐구하는 방식의 3학점 교과목이다. 이 프로젝트를 통해 학생들은 프로젝트 기반의 주도적 학습 기회를 갖게 된다.홍성연 다산학부대학 자유전공학부장은 아주대의 자유전공학부 운영계획에 대해 발표했다. 홍 교수는 자유전공학부 출범 준비를 위한 우리 학교의 노력과 고민, 그리고 앞으로의 계획에 대해 설명했다. 우리 학교는 전공필수로 <주제탐구세미나> 과목을 개설해, 학생들이 대학에서 제공하는 여러 학문 영역에 대해 공부할 수 있도록 하고, 학사과정을 유연화할 예정이다. 또 자유전공학부 학생들을 위한 다양한 비교과 프로그램 개설을 통해 학생들의 학교 적응과 네트워킹, 진로 설계 등을 도울 계획이다.한호 아주대 교무부총장은 개회사를 통해 “오늘 포럼에서 나눈 교육 현장의 경험들이 실질적 변화와 혁신을 이끌어내는 중요한 출발점이 되리라 믿는다”며 “학생들이 자신에 맞는 진로를 발견하고, 그 선택이 학생의 미래에 긍정적 영향을 미칠 수 있도록 구체적 실천 방향을 모색하자”라고 말했다.홍성연 다산학부대학 자유전공학부장의 발표발표자와 주요 참석자의 단체 사진
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3555
- 작성자이솔
- 작성일2025-01-22
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- 작성일2025-01-21
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- 작성일2025-01-20
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- 작성자손예영
- 작성일2025-01-20
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우리 학교 황종국 교수팀이 폐배터리에서 고가의 금속을 선택적으로 회수할 수 있는 고성능 리튬 이온 교환막을 개발하는 데 성공했다. 전기차 시장의 확대로 폐배터리 처리와 회수를 위한 기술의 개발이 시급히 요구되는 가운데, 친환경·저비용의 폐배터리 자원화 방안 마련에 기여할 수 있을 전망이다. 황종국 아주대 교수(화학공학과) 연구팀은 국립공주대 김춘수 교수(환경공학과) 연구팀과 함께 폐배터리로부터 유가금속인 리튬 이온을 선택적으로 회수할 수 있는 고성능 리튬 이온 교환막을 개발했다고 밝혔다. 해당 연구 내용은 ‘산화그래핀-무기물 나노입자 복합막을 활용한 전기화학적 리튬 회수(Swelling-resistant graphene oxide membranes reinforced by heteroatomic inorganic dots for electrochemical lithium recovery from aqueous solution)’라는 제목으로 국제 저명 학술지 <디셀리네이션(Desalination)> 12월호에 게재됐다. 이번 연구에는 아주대 황종국 교수(화학공학과)와 국립공주대 김춘수 교수(환경공학과)가 공동 교신저자로 참여했고, 김태남 아주대 박사과정생·김현진 국립공주대 박사과정생이 공동 제1저자로 함께 했다. 대표적 2차 전지인 리튬 이온 배터리(Lithium-ion battery)는 스마트폰이나 태블릿, 노트북, 웨어러블 디바이스 뿐 아니라 전기차나 하이브리드차 등에 폭넓게 사용되고 있다. 특히 최근 전기차 시장이 확대되면서 리튬 이온 배터리 폐기물의 대량 발생이 예견된 가운데, 이를 친환경적이고 안전한 방식으로 처리할 수 있는 다양한 방안 그리고 배터리의 양극재에 포함된 리튬 자원을 회수할 수 있는 폐기물 자원화 기술의 개발이 요구되고 있다. 현재 폐배터리 재활용에 사용되는 기술은 습식제련법 습식제련법(hydrometallurgy)으로, 주로 고가의 NCM(니켈-코발트-망간) 배터리에 초점이 맞춰져 있다. 이는 NCM 배터리에서 리튬, 니켈, 코발트, 망간을 회수해 재사용할 수 있어 경제성이 높기 때문이다. 반면 저렴한 LFP(리튬-인산-철) 배터리의 경우 리튬 외 자원의 효용 가치가 낮기 때문에, 재활용 비용 대비 편익 역시 낮다. 이에 그동안 관련 연구가 폭넓게 이루어지지 못했다. 그러나 앞으로 보급형 LFP 배터리의 시장 점유율이 급격하게 증가할 것으로 예상됨에 따라, LFP 폐배터리 재활용에 대한 대책이 마련되지 않는다면 향후 5~10년 안에 심각한 환경 문제를 일으킬 수 있다. LFP 폐배터리의 처리 및 자원화 기술 개발이 시급한 이유다. 최근 폐배터리에서 리튬 이온을 선택적으로 분리 및 회수하기 위한 방법으로, 전기화학적 막 분리 방법(electro-membrane separation process)이 주목받고 있다. 이는 전기화학적 힘을 이용하는 분리 기술로, 주로 염호(소금호수, brine)로부터 리튬 이온을 추출하는데 이용되어 왔다. 이 기술은 폐배터리 재활용에 사용되는 기존의 제련 공정에 비해 설치와 운영에 들어가는 비용이 상대적으로 낮고, 목표 이온만을 고농도로 농축·회수할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 이 공정에서 핵심적인 요소 중 하나는 이온교환막으로, 이온교환막의 성능에 따라 리튬 회수의 속도와 순도가 결정된다. 그러나 현재 이온교환막으로 활용되는 고분자막은 리튬 회수 속도가 현저히 낮다. 또한, 폐배터리 양극재에 포함된 니켈, 철 등 다가이온의 고분자막 통과를 효과적으로 차단하지 못해 리튬의 순도를 크게 저하시킨다. 폐배터리 침출액은 강한 산성을 띠고 있어, 장기간 운전 시 고분자막이 산화되어 분해되는 안정성 문제도 발생하고 있다. 이에 아주대 연구팀은 배터리에서 리튬이온만을 선택적으로 분리하기 위해 리튬이온의 수화이온 수화이온 크기(0.76 나노미터)보다는 크고, 다른 다가이온의 통과는 억제할 수 있는 이온 투과 채널을 개발했다.아주대-국립공주대 공동 연구팀이 개발한 안정성 높은 고성능 산화 그래핀 이온 교환막의 구조에 대한 그림. 폐배터리의 자원화를 통해 고가의 리튬 이온을 회수하고, 환경 문제 해결에 기여할 수 있을 전망이다. 연구팀은 흑연 유래 산화 그래핀 막이 약 1나노미터 상당의 이온 투과 채널과 우수한 내화학성을 갖추고 있음에도 불구하고, 물에서의 수화현상으로 인해 활용이 크게 제한되어왔다는 점에 주목했다. 연구팀은 정전기적 인력을 이용하여 산화 그래핀 층 사이에 실리카-알루미나(aluminosilicate) 나노입자 가교제를 도입하는 HARD(heteroatom-reinforced dot) 전략을 개발했다. 실리카-알루미나 나노입자는 산화 그래핀 층간을 전기적으로 중화해 0.1나노미터 수준에서 이온 투과 채널의 크기를 정밀하게 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 이온교환막의 구조적 안정성을 크게 향상시킨다. 그 결과 기존 이온교환막 대비 월등하게 향상된 안정성과 리튬 이온 선택도를 가지는 산화그래핀-나노입자 복합막을 제조할 수 있었다. 아주대 연구팀은 직접 개발한 안정성 높은 고성능 산화 그래핀 이온 교환막을 공주대 연구팀이 설계한 친환경 연속 전기투석 시스템에 적용해, LFP 폐배터리 침출액으로 리튬 회수 실험을 진행했다. 공동 연구팀은 이를 통해 기존에 보고된 전기화학적 리튬 회수 공정 대비 65%의 에너지로, 약 4배 향상된 리튬 회수 속도와 95%의 리튬 순도를 달성했다.황종국 아주대 교수는 “이번 연구로 고성능 산화그래핀-나노입자 복합막을 개발할 수 있는 원천기술을 확보했다는 게 큰 의미”라며 “0.1 나노미터 수준에서 채널 크기의 조절이 가능해 이온 분리뿐 아니라 수소 가스 정제, 리튬-황 전지 분리막 등 다양한 분리 공정에 활용될 수 있을 것”이라고 설명했다. 황 교수는 “이번 연구는 아주대 화학공학과와 국립공주대 환경공학과의 공동 연구 성과물로, 서로 다른 분야의 협업을 통해 폐배터리 자원화 기술을 다각도로 분석한 결과”라며 “앞으로 복합막의 대면적 양산 방안에 대한 후속 연구가 필요하다”라고 덧붙였다.이번 연구는 교육부의 대학기초연구소사업(G-LAMP, Global-Learning & Academic research institution for Master’s·PhD students, and Postdocs), 한국연구재단의 우수신진연구사업, 교육부의 수소인력양성사업(H2KOREA)의 지원을 받아 수행됐다.* 위 그림 - 아주대 공동 연구팀의 연구 성과를 설명하는 이미지. 흑연 유래 산화그래핀과 무기질 나노입자를 복합화해(그림 왼쪽), 전기화학적 리튬 이온 회수 공정에 이온교환막으로 적용했다(그림 중간, 오른쪽)
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- 작성자이솔
- 작성일2025-01-17
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우리 학교 기계공학과 최정일 교수팀이 인체의 땀을 분석해 건강 상태를 실시간으로 측정할 수 있는 웨어러블 섬유 기반 센서 시스템을 개발했다. 기계공학과 소프트랩(SOFT Lab)의 최정일 교수(사진)는 전기화학 및 색 변화 방법을 활용해 땀 속의 다양한 물질을 분석하고 탐지할 수 있는 섬유 기반 웨어러블 마이크로플루이딕(microfluidic) 센서 시스템을 개발했다고 밝혔다. 해당 내용은 저명 학술지 <케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)> 1월호에 ‘다중 땀 분석을 위한 섬유 기반 전기화학 센서 및 비색 감지 어레이 통합 웨어러블 미세유체 시스템(Wearable, fabric-based microfluidic systems with integrated electrochemical and colorimetric sensing array for multiplex sweat analysis)’이라는 제목으로 게재됐다.최정일 교수가 교신저자로, 아주대 기계공학과 박사후연구원인 세카르 마두(Dr. Sekar Madhu) 박사가 제1저자로 참여했다. 모하메드 사자드 알람(Md. Sajjad Alam) 연구원과, 스리람프라바 라마사미(Sriramprabha Ramasamy) 박사후연구원도 참여했다.땀은 건강 모니터링을 위한 이상적인 진단 체액이다. 인체의 다양한 신진대사뿐 아니라 당뇨병, 낭포성 섬유증(CF) 등 질병의 약물 연구와 관련해 인체의 변화를 알아낼 수 있는 여러 바이오마커를 포함하고 있어서다. 이에 최근 웨어러블 센서를 통한 땀의 분석은 실시간 건강 모니터링을 위한 비침습적 방안으로 주목받고 있다. 특히 땀에서 산성도(pH)를 탐지해 신진대사와 항상성을 평가할 수 있으며, 이를 정확히 측정하면 신장 기능 장애와 당뇨병, 피부 질환과 같은 질병의 조기 진단에 도움이 된다. 일례로 땀의 염화물 농도는 유전성 내분비 질환인 낭포성 섬유증(Cystic Fibrosis, CF) 진단의 황금 표준으로, 염화물 농도의 변화를 모니터링해 질병을 조기에 진단함으로써 치료 효과를 높일 수 있다. 더불어 땀의 손실과 분비 속도를 실시간으로 파악하게 되면 운동선수나 군인, 의료 종사자들의 탈수와 고체온증, 열 관련 질환 등을 예방하고 적시에 발견할 수 있다. 기존의 땀 분석 방식은 땀의 증발과 센서 표면의 땀 분포 불균형 문제, 샘플의 희석 효과 저하 등의 이유로 여러 한계에 부딪혀왔다. 이에 아주대 연구팀은 마이크로플루이딕(microfluidic) 시스템을 적용해 개선을 시도했다. 마이크로플루이딕 시스템은 마이크로 수준에서 유체의 흐름을 조절하는 방법으로, 피부에서 나오는 땀을 바로 센서로 전달하여 민감하고 정확한 측정이 가능하며 유연한 섬유기반 센서를 이용해서 신체의 움직임 속에서도 안정적인 신호 측정이 가능하다. 아주대 연구팀이 개발한 웨어러블 섬유 기반 센서 시스템. 위 왼쪽이 웨어러블 센서의 땀 포집부와 무선 통신부, 위 오른쪽이 신체의 움직임을 고려한 유연 전극 소자 모습아래 그림은 디바이스를 피부에 부착해 땀의 성분을 실시간으로 스마트폰으로 모니터링하는 과정을 보여준다아주대 연구팀은 마이크로플루이딕 시스템을 이용, 소량의 땀만으로도 신속하고 정확하게 샘플링을 진행해냈다. 채취와 분석을 빠르게 할 수 있도록해, 땀이 증발하거나 오염될 가능성을 최소화한 것. 연구팀은 폴리아닐린(PANI)을 전극으로 활용해 땀의 pH를 정확하게 모니터링할 수 있음을 확인했고(pH 2~9 사이, 감도: 75.15 mV/pH, 동일 범위에서 세계 최고 민감도) 전기화학 및 색 변화 탐지 방식을 결합함으로써 하나의 샘플로 여러 바이오마커 분석이 가능할 수 있도록 했다. 연구팀이 개발한 센서는 섬유를 기반으로 제작되어 피부에 밀착이 가능하고 안정적으로 여러 번 사용할 수 있으며, 스마트폰과 같은 기기와 연동해 실시간 데이터 전송 및 확인이 가능하다. 연구를 주도한 최정일 교수는 “소량의 땀 시료로 산성도와 땀의 손실 및 분비 속도 등 신진대사를 정밀하게 실시간 측정할 수 있는 방안을 개발한 것”이라며 “비침습적 피부 부착형 건강 모니터링 기술의 혁신”이라고 설명했다.이어 “앞으로 후속 연구를 통해 개인의 삶의 질을 실질적으로 향상시킬 수 있는 혁신적 솔루션을 제공하겠다”라고 덧붙였다. 이번 연구는 한국연구재단 우수신진연구사업 및 해외우수신진연구자 지원사업인 브레인풀(Brain Pool) 프로그램, 아주대학교의 연구 지원을 받아 수행됐다.연구팀이 개발한 센서로 실제 측정을 진행한 모습. 땀을 통해 pH 값과 염화이온의 농도를 측정할 수 있다
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- 작성자이솔
- 작성일2025-01-14
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- 작성자이솔
- 작성일2025-01-10
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2024학년도 산학연협력 성과확산 축제 ‘2024 AJOU Tech-Verse Festa’가 지난 12월 16일부터 20일까지 열렸다.‘2024 AJOU Tech-Verse Festa’는 교육부와 한국연구재단이 주최하고 아주대학교 LINC 3.0 사업단이 주관하는 산학연협력 성과 확산 축제로서 산학연협력 혁신 생태계 AJOU Tech-Verse 구축 및 성과 확산을 위해 마련됐다.이번 행사는 ▲LINC 3.0 성과확산 전시 ▲성과 전시물 좋아요 투표 이벤트 ▲산학연협력 Connecting Star 성과발표 및 시상식 등으로 구성되어, 대학 구성원뿐 아니라 유관 기업과 지차제 관계자들도 함께 참여했다.올해 성과확산 전시는 오픈창의플랫폼 ACOT에서 온라인으로 진행되었으며, 2024년 2학기 산학연계교육(Dynamic-PBL, 창업, 표준현장실습, 캡스톤디자인) 성과물 48개 작품이 전시되었다. 행사 기간 동안 약 100여 명이 우수작품을 선정하는 투표 이벤트에 참여했다.20일 오후에는 약 400명의 인원이 참석한 가운데, 지난 한해 산학교육, 기업협업 분야에서 활발한 활동을 보인 기관·기업, 교직원 그리고 산학연 협력 사업 및 성과 창출에 기여한 부서 등에 대한 ‘2024 아주 테크-버스 어워즈(AJOU Tech-Verse Awards) - 산학연협력 커넥팅 스타(Connecting Star)’ 시상식이 열렸다. 이와 함께 Dynamic-PBL 교과목, 창업교육, 현장실습, 캡스톤디자인 산학연계 교육과정 분야에서 우수한 활동을 보인 학생들에 대한 부문별 시상인 ‘산학협력 우수학생 시상식’이 진행됐다. 환영사에서 최기주 총장은 “앞으로도 교육, 연구, 기술사업화 등 다양한 영역에서 산학연협력을 선도하는 대학으로 나아갈 것”이라며 “아주대학교의 특화 분야를 중심으로 대학과 기업이 만날 수 있는 다양한 기회를 마련하기 위해 최선을 다하겠다”고 전했다.# 2024 산학연협력 교육 성과 전시 바로가기: https://linc.ajou.ac.kr/acot/산학연 협력 우수 교원(ICC 부문)산학연 협력 우수 교원(교육 부문)산학연 협력 우수학생
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- 작성자손예영
- 작성일2025-01-10
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아주대 연구진이 미세유체 채널을 활용해 이차전지 소재로 활용되는 비 구형 흑연 입자를 정밀하게 측정하는 기술을 개발했다. 이를 활용하면 복잡한 화학 처리를 거치지 않고 흑연 입자의 형상 제어만으로도 배터리의 수율 및 성능 향상을 이끌어 낼 수 있을 것으로 기대된다. 김주민 교수(화학공학과·대학원 에너지시스템학과)와 황종국 교수(화학공학과) 연구팀은 십자 형태의 미세유체 채널을 활용해 비 구형 흑연 활물질의 형상을 정량적으로 측정하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 연구팀은 더불어 배터리 대량 생산 공정에 활용되는 전극 슬러리의 안정성을 높이면서, 배터리의 충·방전 특성을 동시에 만족시키는 음극 형상 조성을 제안했다. 해당 내용은 ‘점탄성 입자 집속법 기반 미세유체 채널을 활용한 리튬 이온 배터리용 비 구형 흑연 입자의 형상 분석(Microfluidic Shape Analysis of Non-spherical Graphite for Li-Ion Batteries via Viscoelastic Particle Focusing)’이라는 제목으로 나노 및 재료 과학 분야 국제 저명 학술지인 <스몰(Small)>의 11월 권두삽화(frontispiece)로 게재됐다. 이 연구는 아주대 연구팀이 주도했고, 서울대와 한경대·미국 조지아공과대학(Georgia Institute of Technology) 연구팀이 함께 참여했다. 아주대 김주민·황종국 교수가 공동 교신저자로, 아주대 박지인 석사과정생이 제1저자로 함께 했다. 최근 전기 자동차의 수요가 증가하면서, 리튬이온 배터리가 에너지 저장 매체로 주목받고 있다. 전기차의 주행 거리를 확대하고 충전 시간을 줄이기 위해, 산업계와 학계에서는 배터리의 성능을 높이기 위한 여러 연구를 진행하고 있다. 리튬이온 배터리는 크게 음극, 양극, 분리막과 전해질로 구성된다. 충전 시 리튬 이온과 전자는 양극에서 음극으로 이동해 에너지를 저장하며, 방전 시 음극에서 양극으로 이동하며 에너지를 방출한다. 양극과 음극 제조에 사용되는 활물질(Active material)의 용량과 특성이 특히 배터리 성능에 직접적 영향을 미친다. 그중 음극의 활물질로는 흑연(Graphite)이 주로 사용되고 있다. 흑연은 단가가 저렴하다는 경제적 이점 외에, 리튬 이온의 삽입·탈리(de-/lithiation) 전압이 낮아 배터리의 에너지 밀도를 높이며, 상대적으로 이론적 용량(372mAh/g)이 높아 많은 양의 리튬 이온을 안정적으로 수용할 수 있다는 장점이 있다. 최근 산업계에서는 천연 흑연과 인조 흑연을 혼합하거나, 흑연의 입자 크기와 형상을 최적화해 배터리의 에너지 밀도와 경제성을 높이는 데 주력하고 있다. 이에 따라 흑연 입자의 형상, 특히 흑연 측면(edge plane)의 크기(size)와 형태(shape)를 정량적으로 측정하고 분석하는 것이 점점 더 중요해지고 있다. 배터리가 충전될 때 리튬 이온이 흑연의 측면을 통해 그래핀 층 사이로 들어가게 되므로(stagging effect), 흑연 입자 측면의 형태가 배터리의 충·방전 성능에 크게 영향을 줄 수밖에 없어서다. 리튬 이온 배터리 연구에서 흑연의 정량적 형상 측정의 중요성을 나타내는 모식도하지만 기존의 입자 분석 기법으로는 흑연 개개의 입자를 정량적으로 측정하기가 어려웠으며 특히 주사전자현미경(SEM)과 같이 평평한 시편 위에 샘플을 올려 측정하는 방법으로는 공같이 둥그런 형태가 아닌 비 구형(非 球形) 입자의 측면을 관찰할 수 없다는 문제가 있었다. 이로 인해 비 구형 입자 측정을 위한 새로운 기법 개발의 필요성이 대두됐다. 이에 아주대 공동 연구팀은 바이오 및 제약 분야에서 주로 사용되어온 ‘미세유체소자 기술’을 비 구형 입자의 형상 분석에 적용했다. 연구팀은 실험의 개념 입증을 위해 활물질로 구상화된 천연 흑연(spherical natural graphite)과 대조군으로 평판 형상의 볼밀 흑연(ball-milled graphite)을 사용했다. 연구팀은 점탄성 고분자 수용액을 사용, 점탄성 입자 집속법을 통한 입자 개개의 분석을 실현했다. 또한 십자 형태의 채널을 사용해 채널 내부에서 발현되는 평판 신장 유동장과 압축 유체 흐름을 이용해 흑연 입자의 측면으로의 회전과 정렬을 유도, 비 구형 입자의 측면을 관찰할 수 있도록 했다. 연구팀은 이를 통해 흑연 입자의 크기와 형상의 정량적 차이가 배터리 음극 슬러리의 유변학적 물성에도 차이를 가져온다는 것을 확인했다. 특히 판상형에 가까운 흑연 활물질일수록 음극 슬러리에서 강한 항복 응력(yield stress)을 보여 슬러리의 분산 안전성을 유지할 수 있다는 점을 확인했다. 흑연 음극 슬러리(slurry) 의 유변학적 물성이 흑연의 크기와 형상에 따라 변화한다는 것은 잘 알려진 사실이며, 슬러리의 유변 물성 조절을 통해 전극 가공을 최적화해 전극 코팅 공정에서 발생하는 결함을 줄일 수 있다. 전극 코팅 공정은 배터리의 수율을 좌우하는 가장 중요한 공정으로 꼽힌다. 즉 흑연의 측면 형상 분석을 활용하면 배터리의 충·방전 성능 향상과 대량 생산이라는 두 가지 장점을 함께 달성할 수 있을 것으로 기대된다. 연구팀은 또한 슬롯-다이 코터(slot-die coater)를 활용한 음극 코팅 과정에서 흑연의 형상에 따라 전극의 미세구조 형성에도 차이가 발생함을 확인했다. 연구팀은 이러한 미세구조의 차이가 배터리의 에너지 밀도와 충·방전 성능에도 영향을 미친다는 것을 흑연 음극 반쪽 전지의 전기화학적 성능 평가를 통해 밝혔다. 김주민 아주대 교수는 “기존 바이오 및 제약 분야에 주로 사용되던 미세유체 소자 기술을 리튬 이차 배터리 연구에 적용, 흑연 입자의 측면 형상을 성공적으로 측정했다는 것이 중요한 의미”라며 “더불어 흑연의 전기·화학적 성능 연구와 비교해 그동안 주목받지 못했던 흑연의 형상 측면이 배터리의 생산 공정과 성능에 미치는 영향을 통합적으로 평가할 수 있었다”라고 설명했다. 김 교수는 이어 “리튬 이온 전지에 사용되는 흑연 활물질의 품질 관리를 통해 배터리 대량 생산 과정에서의 결함 발생 빈도를 줄이고, 수율을 높일 수 있을 것으로 기대하며 궁극적으로는 배터리 성능 향상을 위한 연구에 초석이 될 것”이라고 덧붙였다. 이번 연구는 한국연구재단 기본연구, 우수신진연구 사업 및 선도연구센터 사업의 지원을 받아 수행됐다.* 위 사진 - 아주대 연구팀의 성과와 관련한 이미지를 담은 국제 저명 학술지 <스몰(Small)>의 11월 권두삽화(frontispiece)
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- 작성자이솔
- 작성일2025-01-10
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- 작성자이솔
- 작성일2025-01-09
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- 작성일2025-01-07
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- 반도체 산업의 기술적 한계 돌파할 새로운 금속물질- 금속과 반대 특성 갖는 비정질 준금속 나노박막, 세계 최초 실험적 입증아주대 오일권 교수팀이 기존에 알려진 금속과는 완전히 다른 성질을 가진 새로운 비정질 준금속 나노 극초박막 물질을 개발하는 데 성공했다. 그동안 이론 연구로만 존재했던 미지의 물질에 대해 처음 실험적으로 입증해 낸 것으로, 앞으로 차세대 반도체의 원천기술로 활용될 수 있을 전망이다.오일권 교수(지능형반도체공학과·전자공학과) 국제 공동 연구팀은 반도체 배선 물질로 사용되는 극초박막에서 비저항이 작아지는 차세대 금속 물질을 개발했다고 밝혔다. 이 위상 준금속 물질은 박막의 두께가 줄어듦에 따라 비저항이 증가하는 기존 금속들과는 반대로, 박막의 두께가 줄어듦에 따라 비저항이 급격히 줄어드는 특성을 보인다. 해당 내용은 ‘극초박막 비정질 NbP 준금속 내 표면 전도와 전기 비저항의 감소(Surface Conduction and Reduced Electrical Resistivity in Ultrathin Non-Crystalline NbP Semimetal)’라는 제목으로 글로벌 저명 학술지인 <사이언스(Science)> 1월호에 게재됐다. 미국 스탠포드대학 전자공학과의 에릭 팝(Eric Pop) 교수· 아시르 인티자르 칸(Asir Intisar Khan) 박사가 함께 참여했다. 우리 학교 원병준 석사 졸업생(지능형반도체공학과)이 공동저자로 함께 참여했다. 아주대 연구팀은 물질 합성과 메커니즘 및 물성 연구를 수행했고, 스탠포드대 연구팀은 물질 합성과 전기적 특성 연구를 맡았다.반도체의 주요 공정 중 하나인 금속 배선(Metallization)은 반도체 칩 안에 있는 단위 트랜지스터 소재를 연결하는 공정이다. 마치 옹기종기 모여있는 마을과 마을, 집과 집 곳곳을 연결하는 도로와 같아, 수 cm 수준의 반도체 칩 한 개에 100km에 달하는 금속 배선 물질이 사용된다. 이 금속을 통해 전자가 흘러 정보를 저장하거나 연산해 하나의 칩으로 구동된다. 모든 금속은 비저항(Resistivity) 값을 가지며, 이는 물질 고유의 특성으로 알려져 있다. 그러나 수 나노미터(nm) 단위의 극초박막에서는 다른 현상이 나타난다. 반도체 소자의 크기가 줄어듦에 따라, 금속 배선의 선폭도 지속적으로 작아지는데, 이에 현재 개발된 수준의 반도체 소자는 전자가 충돌까지 걸리는 거리인 자유행정거리(Electron Mean Free Path, EMFP) 보다도 선폭이 작아진 상황에 놓였다. 때문에 미세화된 배선에서는 전자가 부딪칠 확률이 높아지고, 결국 비저항 값이 비약적으로 상승하게 된다. 이에 반도체 소자의 미세화에 발맞춰 더 낮은 비저항을 갖는 금속 물질을 찾는 것이 산업계와 학계의 화두다. 반도체의 금속 배선 물질로 주로 사용되어온 구리(Cu)뿐 아니라 최근 구리를 대체하는 물질로 제시되어 온 몰디브데넘(Mo) 또는 루테늄(Ru) 등의 물질 역시 한계를 보이고 있다. 이 물질들 역시 특정 두께 이하에서는 비저항이 급격히 증가하는 특성을 가지고 있어, 당장은 구리를 대체할 수 있다고 해도, 결국에는 또 다른 신물질이 필요한 상황이다. 아주대 공동 연구팀이 개발한 새로운 비정질 준금속 나노 극초박막 물질을 설명하는 그림. 사파이어 결정층(갈색)과 Nb 결정층(주황색) 위에 NbP 비정질층(보라색)이다.이미지 출처 <사이언스(Science)>이에 더해 특정 물질을 새로이 반도체 공정에 도입하기 위해서는 수 백억원에서 수 조원 단위의 투자금이 소요되기에 월등한 성능을 가진 물질에 대한 수요가 높을 수밖에 없다. 아주대 연구팀이 세계 최초로 개발한 위상 준금속 물질은 기존 금속들과는 정반대로 극초박막에서 비저항이 오히려 작아지는 특성을 보인다. 또한 현재 반도체 공정에 적용할 수 있을 정도로 호환성이 월등하다. 성장 온도가 400도 미만의 저온이며, 일반적 금속이 가지는 결정질의 단결정이나 다결정 형태의 박막이 아닌, 비정질 형태의 박막임에도 비저항 역행 현상이 나타나기 때문이다. 대부분 금속의 경우 비정질이 아닌 결정질 형태가 전자를 수송하기에 용이하고 비저항도 훨씬 낮다고 알려져 있다. 이에 반도체 배선 공정에서도 다결정 형태의 금속 박막을 이용하고 있다. 비정질을 결정질 형태로 만들기 위해서는 금속 박막을 증착한 후, 고온에서의 열처리 후속 공정이 필요하다. 그러나 아주대 연구팀이 새로 개발한 물질은 비정질 물질로 별도의 고온 공정이 필요하지 않다. 즉 새로운 준금속 물질은 적은 비용으로 쉽게 구현할 수 있는 비정질 형태이며 저온 공정이 가능하다는 점에서, 반도체 배선 물질에 실제 활용하기 위해 가장 큰 문제가 되는 두 산을 넘었다는 의미를 가진다. 아주대 연구팀은 이에 대한 후속 연구로 원자층 증착 공정 기반의 위상 준금속 공정을 개발하는 중이다. 원자층 증착법은 물리 기상 증착법에 비해 원자 단위로 박막의 두께를 조절할 수 있어 미세화에 더 적합하다. 이에 상용화에 더 가까운 기술로 평가받고 있다. 오일권 아주대 교수는 “과학자로서 ‘왜?’라는 호기심을 놓치지 않고 꾸준히 새로운 분야에 대한 연구를 이어왔다”며 “그동안 시도된 적 없는 연구를 통해, 완전히 새로운 물질에 대해 처음으로 실험적으로 입증해 냈다는 점에서 의미 있는 성과”라고 전했다. 오 교수는 이어 “이번 연구를 통해 확보한 신개념 금속 물질은 한계에 직면한 미래 반도체 기술의 돌파구가 될 수 있다”라며 “미래 반도체 산업의 주도권을 선점할 원천기술로 활용될 수 있을 뿐 아니라, 응용 가능성이 무한하다”라고 덧붙였다. 이번 연구는 한국연구재단 우수신진연구와 아주대학교 신임 교원 정착연구비 지원을 받아 수행됐다.연구 내용을 설명하는 오일권 아주대 교수아주대 클린룸에서 준금속 웨이퍼 제작 공정을 설명하는 오일권 교수(사진 왼쪽)* 제일 위 사진 - 아주대 오일권 교수팀이 개발한 새로운 비정질 준금속 나노 극초박막 물질을 적용한 반도체 소자. 반도체 소자의 미세화에 따라 더 낮은 비저항 금속 물질을 필요로 하는 반도체 업계에서, 미래 기술을 선도할 새로운 원천기술로 활용될 수 있을 것으로 기대된다. # 영상 바로가기
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- 작성자이솔
- 작성일2025-01-06
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