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아주대 연구진이 그동안 이론적으로는 예측되어왔으나 실제 직접 관찰은 어려웠던 금속 물질에서의 스핀-전하 분리를 처음으로 직접 관찰하는 데 성공했다. 이에 향후 후속 연구를 통해 초전도 현상 규명의 실마리를 얻고, 새로운 양자 정보 소재로도 활용될 수 있을 전망이다. 물리학과 김성헌 교수와 한국과학기술원(KAIST) 현정훈 박사·김용관 교수 공동 연구팀은 1차원 사슬구조 물질 내에서 도체-부도체 전이에 걸쳐 스핀-전하 분리 현상을 관측하는 데 성공했다고 밝혔다. 이번 연구 내용은 ‘준1차원 NbSe3의 전하밀도파 전이에 걸친 밴드 선택적 스핀-전하 분리(Band-selective spin-charge separation across the charge density wave transition in quasi-1D NbSe3)’라는 제목의 논문으로, 미국물리학회가 발간하는 물리학 분야의 저명 학술지 <피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)> 최근호에 편집자 추천 논문(Editors’ Suggestion)으로 게재됐다.전자(Electron, 電子)는 물질의 원자를 구성하며, 음전하를 띄는 기본 입자다. 전자는 전하(charge)와 스핀(spin)이라는 두 대표적 성질을 보인다. 전하는 전기적인 힘을 느낄 수 있게 하는 기본 성질로, 전기가 흐르게 하는 요소다. 스핀은 전자가 스스로 회전하는 것과 같은 양자역학적 성질로, 자석과 같은 자기적 성질을 결정하는 요소다. 전자 사이의 상호작용이 강한 1차원 금속 물질에서는 보통 물질 내의 전자가 페르미 액체 모형을 따르는 것과 다르게, 러틴저 액체 모형을 통해 전자의 움직임을 설명할 수 있을 것으로 예측되어 왔다. 그리고 러틴저 액체 모형에서는 전자가 갖는 대표적인 두 성질인 전하와 스핀에 대한 정보가 독립적으로 거동하는 것과 같은 ‘스핀-전하 분리 현상’이 예측된 바 있다. 이러한 현상은 초전도 현상이 발현되기 전에 나타나는 비(非)페르미 액체 상태를 규명하기 위한 단서를 제공할 뿐 아니라, 스핀과 전하라는 서로 다른 정보를 전달하는 양자 정보 소재로의 응용 가능성이 있어 주목을 받고 있다.초전도 현상이란 전기 저항이 0이 되는 현상으로, 영하 240˚C 이하의 아주 낮은 온도 등 특정 조건 하에서 나타난다. 초전도체를 이용하면 전력 손실 없이 에너지를 사용할 수 있어, 초전도 현상과 초전도체는 최근 학계와 산업계의 주목을 받아왔다. 양자 정보 소재란 양자 컴퓨터·통신·센서 등에 활용되는 소재다. 차세대 양자 기술은 양자역학 원리를 기반으로 한 새로운 유형의 기술로, 보다 많은 정보를 빠르게 처리할 수 있어 다양한 산업 분야에서 효율성과 생산성을 대폭 증대시킬 수 있다. 이처럼 여러 첨단 분야에 새로운 이해를 제공할 수 있는 것이 바로 ‘스핀-전하 분리 현상’이다. 그러나 이론적인 예측을 통해 전자 거동에 대한 해법이 제시된 것과는 다르게, 실제 물질에서 이 현상을 직접 관측한 사례는 매우 드물다. 스핀-전하 분리 현상은 전자 사이의 강한 상호작용에 의해 나타나는 것으로 예측되어왔으나, 이 ‘강한 상호작용’이 동시에 스핀 정보 움직임의 관측을 방해하기 때문에 그동안 실험적 증거를 찾는 것이 어려웠다. 특히 이상적인 1차원 전자계를 구현하는 것이 어렵고, 나아가 전자 사이의 상호작용 정도를 직접 제어하는 데에도 한계가 있어 지금까지 이에 대한 실험적 증거는 매우 제한적으로 포착되어왔다. 아주대 공동 연구팀은 이러한 어려움을 해결하기 위해 적절한 전자 사이의 상호작용이 존재할 수 있는 소재 물질 후보군을 탐색했다. 연구팀은 세 종류의 1차원 원자사슬로 구성된 니오븀(Nb)-셀레늄(Se) 화합물로 NbSe3 시료를 합성하고 각분해 광전자분광법을 이용한 띠구조 분석을 통해 스핀의 정보와 전하의 정보가 서로 다른 속도로 전달되는 것을 직접 관측하는 데 성공했다. 각분해 광전자분광법은 밝은 빛을 조사했을 때 튀어나오는 광전자의 운동 에너지와 운동량을 분석하는 방법으로 물질 내에서 일어나는 양자 현상을 관측할 수 있는 실험 방법이다.연구팀은 방사광 가속기에서 마이크로미터(μm, 1μm=0.001mm) 크기로 집광된 강한 자외선을 조사했을 때 방출된 광전자를 분석했다. 이를 통해 화합물 내의 광전자가 튀어나온 자리에 형성된 양전하의 움직임(홀론, Holon)과 각 전자들의 스핀 뒤집힘에 따른 스핀 움직임(스피논, Spinon)이 명확하게 분리되어 거동하는 것을 포착했다. 나아가 1차원 물질에서 자주 나타나는 또 다른 양자 현상인 전하밀도파 발현에 따른 도체-부도체 전이가 일어나는 과정에서도, 스핀과 전자가 분리되어 움직이는 것을 관측하는 데 성공했다. 스핀-전하 분리와 전하밀도파 모두 초전도 특성이 발현되기 이전에 나타날 수 있는 1차원 전자계의 특징적인 양자 현상으로 이들 간의 상호 연관성에 대한 추가적인 연구는 앞으로 초전도 현상의 발현 원리 규명에 중요한 단서를 제공할 것으로 기대된다.아주대 김성헌 교수(물리학과)는 “1차원 물질의 독특한 환경에서 전하와 스핀에 대한 정보가 독립적으로 전달되는 집단적 거동을 직접 관측한 성과”라며 “앞으로 추가적으로 결정구조나 상호작용 세기의 제어를 통해 초전도 발현 원리 규명의 단서를 찾을 수 있을 것”이라고 전했다.김 교수는 이어 “기초 물리학의 난제 해결에 더해, 전하와 스핀이라는 독립된 자유도를 이용한 새로운 양자 정보 소재 개발로도 응용범위를 넓힐 수 있을 것”이라고 덧붙였다.이번 연구는 한국연구재단의 우수신진연구사업, 대학기초연구소(G-LAMP) 사업, 대학중점연구소 사업의 지원을 받아 수행됐다.온도에 따른 니오븀(Nb)-셀레늄(Se) 화합물(NbSe3) 광전자의 에너지-운동량 분포 실험 결과. 점선은 각각 스핀 움직임(빨간색)과 양전하의 움직임(검정색)의 스펙트럼을 나타낸다. 온도가 상승함에 전하밀도파 갭이 닫히지만 스핀-전하 분리 현상이 유지되는 것을 관측할 수 있다.* 위 그림 : 1차원 금속 물질의 광전자가 방출되는 과정에서 나타나는 스핀-전하 분리 모식도(왼쪽). 서로 다른 속도로 전달되는 스핀 움직임(Spinon)과 양전하 움직임(Holon)의 에너지-운동량 분포 모식도(오른쪽)
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3681
- 작성자이솔
- 작성일2025-07-11
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[2025년 아주대학교와 고등기술연구원의 기술교류회 모습]아주대학교와 고등기술연구원(원장 김진균)이 공동 주최한 '2025 기술교류회'가 8일 아주대에서 열렸다. 양 기관은 2021년 12월을 시작으로 매년 기술교류회를 개최하고 있으며 올해는 ▲기술 상용화 ▲핵심특허 확보 ▲연구 아이디어 교환 ▲지산학연 연계를 주요 의제로 삼았다. 고등기술연구원은 경기도 용인에 위치한 연구기관으로 1992년 설립되어 차세대플랜트, 탄소제로에너지, 소재부품, 산업융합시스템 등을 중점 연구 분야로 삼고 있으며 개원했을 때부터 아주대와 연구와 교육에 있어 긴밀한 협력관계를 이어오고 있다. 이정승 고등기술연구원 본부장은 “연대와 협력, 연결의 힘을 키우자”, 박은덕 아주대 교수는 “연대를 넘어 상생으로”라는 제목으로 주제 발표가 각각 있었다. 기술간 융합과 협력의 중요성과 지속가능한 협력 생태계 구축방안을 강조했다. 이어진 패널토론에서는 “기술교류의 방향성과 공동연구 성과 확산 방안”을 주제로 박상철, 조인선, 박은덕 교수(이상 아주대)와 유영돈 부원장, 강석환, 이정승 본부장(이상 고등기술연구원) 그리고 유재석 아주대 명예교수(현 삼척시 기업협력관)이 패널로 나섰으며 산학연 협력의 실질적 모델이 자리잡기 위한 기반 구축이 필요하다는데 의견을 모았다. 이 외에도 ▲수소 및 CCUS(Carbon Capture, Utilization, and Storage) ▲자원순환 ▲소재부품 ▲AI/DX 등 4개 분야에 대한 기술별 세션이 경기도 RISE사업, G-LAMP 사업단 등이 참여한 가운데 기술 상용화 방안 등에 관한 논의를 펼쳤다. 마지막으로 유성주 아주대 교수의 아주대와 고등기술연구원의 공동 수행 연구 성과와 향후 방안에 대한 보고가 이뤄졌다. 김선용 대우학원 이사장은 “원천기술에 강점이 있는 아주대와 산업 분야 적용 기술을 개발하는 고등기술연구원이 서로의 장점을 극대화해 협력해 시너지를 내야 한다”며 “정기적인 기술교류회가 그 시작이 될 수 있다”고 의미를 부여했다.
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- 작성자홍보실
- 작성일2025-07-10
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- 작성자손예영
- 작성일2025-07-10
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우리 학교 첨단신소재공학과 조인선 교수 연구팀이 태양광을 이용한 친환경 수소 생산 기술의 효율을 획기적으로 높이는 신개념 표면처리 기술을 개발했다. 조인선 교수(첨단신소재공학과∙대학원 에너지시스템학과)는 고온의 불꽃(화염)을 이용해 광전극의 표면을 수 초 만에 재구성함으로써 기존 기술 보다 효율과 안정성 면에서 뛰어난 성능을 확보했다고 밝혔다. 이 기술은 앞으로 그린 수소 생산 기술의 상용화에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다.연구 결과는 '향상된 광전기화학적 성능을 위한 화염 처리를 통한 In2S3 광양극의 신속한 표면 재구성(Rapid Surface Reconstruction of In2S3 Photoanode via Flame Treatment for Enhanced Photoelectrochemical Performance)'이라는 제목의 논문으로, 재료공학 분야의 저명 학술지 <어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials, IF=26.8, JCR 상위 2.1%)' 7월3일자 표지논문으로 게재됐다.이번 연구는 미국 스탠퍼드대학교 샤오린 정(Xiaolin Zheng) 교수, 성균관대학교 신성식 교수와의 공동연구 성과다. 아주대 대학원 에너지시스템학과의 정유재 학생(現 콜로라도 볼더대학교 박사과정)이 제1저자로 참여했다. 수소는 연소 시 이산화탄소를 배출하지 않는 깨끗한 에너지원이다. 특히 태양 에너지를 활용해 물에서 수소를 생산하는 '광전기화학(Photoelectrochemistry) 기술'은 지속 가능한 에너지 미래를 위한 핵심 기술로 꼽힌다. 하지만 기존 광전극은 수소 발생 반응이 느리고, 전하 재결합으로 인해 효율이 떨어지는 문제가 있었다.아주대 공동 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 '인듐 황화물(In2S3)'이라는 물질에 주목했다. 이 물질은 빛을 잘 흡수하는 뛰어난 능력을 가졌지만, 전하 손실이 크고 안정성이 낮다. 특히, 반응 중 쉽게 산화되어 본래의 특성을 잃는 치명적인 단점이 있다. 그동안 대부분의 연구에서는 이런 문제를 해결하기 위해 낮은 온도에서 열처리하거나, 진공 또는 비활성 기체 환경에서 몇 시간씩 처리하는 방법을 사용했다. 하지만 이 방법들은 복잡하고 시간이 오래 걸려 실제 적용하기에는 비효율적이다.연구팀은 이에 기존 황화물 광전극의 단점인 '산화에 취약하다'라는 성질을 역으로 활용했다. 바로 고온의 '불꽃(화염)'으로 황화물 표면을 처리하는 방식을 떠올린 것. 이 새로운 화염 처리 방식으로 연구팀은 1000도에 달하는 고온의 불꽃으로 단 10초 만에 광전극 표면을 재구성하고 빠르게 황의 휘발을 유도함으로써 전기 전도도를 획기적으로 높일 수 있었다. 또 재구조화된 표면을 가진 광전극을 이용, 기존 보다 2배 이상 높은 광전류 값을 얻을 수 있었다. 이는 현재까지 보고된 황화물 기반 광전극 가운데 최고 수준의 특성이다. 또 기존 황화물 광전극의 고질적 문제였던 안정성을 4배 이상 높이는 데에도 성공했다. 연구팀은 더불어, 인듐 황화물 광전극에 '요오드화 이온 산화반응'을 처음으로 도입해 수소 생산뿐 아니라 다양한 에너지 산업에서 활용 가능한 물질인 '트리아이오다이드(I3-)'를 효율적으로 생산할 수 있음을 확인했다.이번 연구에 제1저자로 참여한 정유재 학생은 "이번 시도는 황화물 기반 광전극에서는 처음 시도된 접근법"이라며 "어느 날 햄버거 가게에 갔다가 패티를 화염으로 굽는 모습을 보고 아이디어를 얻었다"라고 전했다. 이어 "연구는 문헌 조사를 하는 것도 중요하지만, 이처럼 일상생활 및 다양한 분야에서도 영감을 얻을 수 있다는 중요한 사실을 이번 연구를 통해 깨달았다"라고 덧붙였다.아주대 첨단신소재공학과 및 에너지시스템학과에서 학사와 석사과정을 마친 정유재 학생은, 현재 미국 콜로라도 볼더대학교(University of Colorado, Boulder)와 미국 신재생에너지 연구소(National Renewable Energy Laboratory, NREL) 박사 과정에 합류해 관련 연구를 이어가고 있다.한편 이번 연구에는 학부 과정 학생들이 적극 참여, 교내 <공과대학 재학생 자기개발 프로젝트 경진대회> 수상이라는 성과까지 이어졌다. 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구사업의 지원으로 수행됐다.조인선 교수 공동 연구팀의 연구성과가 실린 <어드밴스드 머티리얼즈> 7월3일자 표지_제공 WILEY VCH* 위 사진 : 왼쪽부터 아주대 정유재 학생과 조인선 교수, 성균관대학교 신성식 교수, 미국 스탠퍼드대학교 샤오린 정(Xiaolin Zheng) 교수# [글로벌 동문 이야기] 갑자기 환해지는 '나의 별'이 있을 거예요_정유재(첨단신소재15) 바로가기 - 아주인사이트 2024 가을겨울호 中
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3675
- 작성자이솔
- 작성일2025-07-09
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(사진) 에너지 생성 시스템 및 메커니즘 개략도_(a) 일교차에 의한 물 순환을 통해 구동되는 자율 전기 에너지 하베스팅 시스템 (b) UiO-66-NH₂를 이용한 물 수확 메커니즘 (c) Ni3(HITP)2를 이용한 전기 에너지 생성 메커니즘 (d) 주변 환경 조건에서 자율 물 수확 및 지속 가능한 전기 에너지 생성 시스템낮과 밤의 일교차를 활용하여 공기 중 수분을 모으고 이를 전기에너지로 바꾸는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 아주대 윤태광(응용화학생명공학과) 교수와 한국생산기술연구원(생기원) 윤기로 수석연구원 공동 연구팀은 오지나 물이 부족한 사막 등 극한 환경에서도 외부 물 공급 없이 스스로 전력을 생산할 수 있는 신개념 에너지 하베스팅 시스템을 선보였다. 이번 연구 성과는 국제 저명 학술지 'Composites Part B: Engineering (JCR 상위 1%)'에 'Sustainable electrical energy harvesting via atmospheric water collection using dual-MOF systems'라는 제목으로 게재됐다. 제1저자로는 이지현(한양대 석박통합과정), 김동연 (KAIST 박사과정), 이용균(아주대 석사과정) 학생이, 공동 교신저자로는 아주대 윤태광 교수와 생기원 윤기로 수석연구원이 참여했다.기존의 물 기반 에너지 하베스팅 기술은 '젖은 면과 마른 면의 전위차'를 활용해 전기를 생산했지만, 항상 외부에서 물을 공급해줘야 하는 한계가 있었다. 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 식물의 증산작용과 모세관 현상에서 착안, 두 종류의 금속-유기 구조체(MOF)인 UiO-66-NH2와 Ni3(HITP)2를 결합했다. 이를 통해 대기 중 수분을 스스로 모아 전기를 발생시키는 완전 자율형 시스템을 구현했다.UiO-66-NH2는 밤의 차가운 공기에서 수분을 흡수하고, 낮의 더운 공기에서 흡수한 수분을 방출한다. 방출된 수분은 Ni3(HITP)2가 성장된 섬유 표면에 응축되며, 이때 섬유의 비대칭적인 젖음으로 인해 전위차가 발생하고 전기가 흐르게 된다. 이 과정을 통해 연구팀은 최대 전력밀도 2.6μW/cm3, 에너지 밀도 1.1mJ/cm3를 달성하는 데 성공했다.특히 UiO-66-NH2는 일반적인 환경은 물론 저습 환경에서도 뛰어난 수분 흡탈착 성능을 보여 다양한 환경에 적용할 수 있는 가능성을 열었다. 연구진은 사막, 해안, 내륙 등 실제 기후 환경을 모사한 실험을 통해 각 환경에서 자가 수분 생성 및 전기에너지 생산 기능이 안정적으로 작동함을 입증하기도 했다.윤태광 교수는 “이번 연구는 외부 전력이나 물 공급 없이도 작동 가능한 자립형 에너지 하베스팅 시스템의 실현 가능성을 보여준다”며, “향후 재난 현장이나 에너지 접근성이 낮은 지역에서 새로운 대안이 될 수 있길 기대한다”고 밝혔다. 윤기로 수석연구원은 “이번 시스템은 극한 기후나 인프라가 부족한 지역에서도 손쉽게 전기를 얻을 수 있는 기술적 기반을 마련한 것”이라며, “탄소중립 사회를 향한 지속 가능한 에너지 기술의 실질적 기여로 이어지길 바란다”고 전했다.이번 연구는 한국연구재단의 ‘해외우수연구기관 협력허브 구축사업’의 지원을 받아 수행되었다.[에너지하베스팅(Energy Harvesting : 자연적인 에너지(태양광, 진동, 열, 바람, 파도 등) 또는 일상생활에서 버려지는 에너지를 수집하여 전기에너지로 재상산하는 기술)뒷줄 왼쪽부터 시계 방향으로 아주대 윤태광 교수, KAIST 김동연 연구원, 생기원 윤기로 수석연구원, 아주대 이용균 연구원, 한양대 이지현 연구원
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3673
- 작성자홍보실
- 작성일2025-07-08
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우리 학교 화학과 유영동 교수팀이 청정 수소를 비롯한 차세대 에너지 변환 및 저장 소자에 핵심적 촉매로 활용될 수 있는 새로운 구조를 개발했다. 유영동 교수팀은 뛰어난 촉매 성능을 지니는 위상 준금속 텅스텐 디텔루라이드(WTe₂) 기반 나노와이어 어레이를 구현할 수 있는 새로운 방법을 개발했다고 밝혔다. 해당 연구는 ‘고효율 수소 발생을 위한 활성 자리가 풍부한 계층적 바일 준금속 WTe₂ 나노와이어 어레이(Active Sites‐Enriched Hierarchical Weyl Semimetal WTe₂ Nanowire Arrays for Highly Efficient Hydrogen Evolution’라는 제목으로 <어드밴스드 사이언스(Advanced Science)>의 7월3일자 표지 논문(Inside Back Cover)으로 게재됐다. 아주대 유영동 교수(위 사진 왼쪽)가 교신저자로, 아주대 박사후연구원 김현경 박사(위 사진 오른쪽)가 제1저자로 참여했다.텅스텐 디텔루라이드(WTe₂)는 독특한 전자 구조를 갖는 위상 준금속으로, 전도성과 안정성이 우수해 전기화학 촉매로의 활용 가능성이 높다. 그러나 기존의 벌크 텅스텐 디텔루라이드(WTe₂)는 촉매 활성 자리가 부족해 제한된 촉매 성능을 보였다.이에 아주대 연구팀은 위상 준금속 텅스텐 디텔루라이드(WTe₂)를 나노와이어 형태로 합성하고, 이들의 우수한 전기화학 촉매 성능을 확인했다. 연구팀은 2단계 제작 공정을 기반으로 하는 새로운 합성법을 개발했다. 먼저 전도성 탄소 천에 수직 방향의 텅스텐 산화물 나노와이어 어레이를 직접 합성한 후, 이를 Te 분위기에서 어닐링하여 WTe₂ 나노와이어 어레이를 형성했다.이러한 구조는 촉매 반응에 필요한 활성 자리를 풍부하게 제공하고 전자 이동 경로를 단축시켜 우수한 촉매 성능을 나타낼 수 있게 한다. 합성된 WTe₂ 어레이는 우수한 Tafel 기울기(44 mV/dec)를 나타내 백금(Pt) 촉매의 대체재로서의 가능성을 보여줬다. 또한 높은 전류 밀도와 낮은 전류 밀도 조건 모두에서 장시간 작동 후에도 초기 성능을 유지하는 높은 내구성을 보여, 실제 응용 가능성을 입증했다.유영동 아주대 교수는 “위상 준금속의 고유한 전기적 특성과 직접 합성된 나노와이어의 구조적 이점을 결합해, 수소 발생 반응 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있었다”라며 “합성된 나노와이어는 차세대 에너지 변환 및 저장을 위한 핵심 소재로 활용될 수 있으며, 합성 공정이 간단하고 확장성이 커서 산업적 활용 측면에서도 높은 잠재력을 지닌다”라고 설명했다.이번 연구는 G-LAMP 사업, 자율운영중점연구소 사업, 정보통신방송연구개발사업, 신진연구지원사업의 지원을 통해 수행됐다.유영동 교수팀의 연구 성과가 표지 논문(Inside Back Cover)으로 게재된 <어드밴스드 사이언스(Advanced Science)>이미지 제공_WILEY VCH
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3671
- 작성자이솔
- 작성일2025-07-07
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3669
- 작성자이솔
- 작성일2025-07-07
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(사진) AISS 오리엔테이션이 7월 1일 연암관에서 열렸다. 프로그램에 대한 설명과 함께 상호 교류의 시간을 가졌다. (사진) ABC 7월 2일 율곡관에서 오리엔테이션을 가졌다. 프로그램과 관련된 각종 안내가 이뤄졌다. 아주대학교가 외국인 학생들을 위한 국제 교류 프로그램인 ‘2025 아주국제여름학교(AISS, Ajou International Summer School)’와 ‘ABC(Ajou Bespoke College) 프로그램’을 시작했다. AISS는 지난 7월 1일 연암관에서 오리엔테이션을 열고 3주간의 교육과정에 돌입했다. 이번 AISS에는 독일, 리투아니아, 네덜란드, 프랑스, 스페인, 오스트리아, 우즈베키스탄, 인도네시아 등 8개국 10개 대학에서 총 64명의 학생들이 참가했으며, 이 중 29명은 타슈켄트 아주대학교(AUT) 소속이다. 참가 학생들은 교육기간 동안 ▲데이터 분석과 비즈니스 의사결정 ▲거시경제 발전 ▲한국 문화 이해 ▲지속 가능성 ▲한국어 등 5개 과목 중 2개를 선택해 수강하며 6학점을 이수하게 된다. 학업 외에도 K-POP 댄스, 전통 음식 체험, 북촌 한옥마을 방문 등 다채로운 한국 문화 체험 기회가 제공된다. 또한, 삼성이노베이션뮤지엄, 수원 화성행궁, 수원미디어센터 등 수원 지역 명소를 방문하여 한국의 과거와 현재를 아우르는 풍성한 문화를 경험할 예정이다.ABC 프로그램은 7월 2일 율곡관에서 오리엔테이션을 시작으로 15일까지 2주간 진행된다. 이번 프로그램에는 미국 위스콘신 대학교, 서던캘리포니아 대학교, 사우스플로리다 대학교, 네바다 대학교 라스베이거스, 캘리포니아 대학교 샌디에이고 등 주요 대학 재학생 19명과 아주대학교 학생 10명이 참여한다. ABC 프로그램은 사회 문제 해결을 목표로 하는 캡스톤 프로젝트 (소재현 교수, 건설교통공학)를 중심으로 진행되며, ▲한국의 경제-문화 발전에 관한 데이터 분석 (윤천석 교수, 글로벌경영) ▲한국의 산업 역사 및 현황, 초창기 기업가 정신으로 인한 성장 (김찬우 교수, 산학협력) ▲고대 한국 역사에서 유래된 현대 역사 (한상우 교수, 사학) ▲역사 콘텐츠 홍보 - 국립중앙박물관 전시물을 중심으로 (박재연 교수, 문화콘텐츠) 등 다양한 분야의 강의가 이어진다. 또한, 삼성 이노베이션 뮤지엄, 셀트리온, 대웅제약, 덴티움, 네이버 등 주요 기업 방문과 국립중앙박물관, 경기도 의회, 한강 크루즈, 수원 화성 등 한국 문화 및 역사 탐방 과정도 예정되어 있어 한국의 다양한 면모를 이해하는데 기여할 것으로 기대된다.
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3667
- 작성자홍보실
- 작성일2025-07-03
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아주대 연구진이 낮은 전력으로도 정확하고 안정적으로 구동 가능한 정밀 전자 피부를 개발하는데 성공했다. 기존 반도체 기반 전자 피부의 약점을 보완한 것으로, 앞으로 생체신호 전반을 실시간으로 모니터링할 수 있는 첨단 바이오 기술에 널리 활용될 전망이다. 우리 학교 박성준 전자공학과·지능형반도체공학과 교수는 서울대·미국 퍼듀대 연구팀과 함께 새로운 유기물 전기화학 트랜지스터(OECT) 구조를 통해 기존 p-형 반도체 기반 전자 피부(e-skin)의 약점을 보완한 n-형 반도체 기반의 고정밀 전자피부를 개발했다고 밝혔다. 해당 연구는 ‘피부 밀착 심전도 모니터링을 위한 멸균 안정성을 가진 수직구조 n-형 유기물 전기화학 트랜지스터(Sterilizable vertical n-type organic electrochemical transistors for skin-conformal ECG monitoring)‘라는 제목으로 글로벌 저명 학술지 <재료과학 및 공학 보고(Materials Science and Engineering: R: Reports)>에 7월 게재됐다. 아주대 대학원 지능형반도체공학과 박사과정의 이인호 학생, 서울대 신소재공동연구소 김지환 박사와 미국 퍼듀대(Purdue University) 이원준 박사가 공동 제1저자로 참여했다. 박성준 아주대 전자공학과·지능형반도체공학과 교수와 강기훈 서울대 재료공학부 교수, 지엔궈 메이(Jianguo Mei) 미국 퍼듀대 화학과 교수는 교신저자로 참여했다. 전자 피부(e-skin)는 유연성과 기능성을 동시에 가져, 피부에의 밀착이 가능하면서도 생체신호를 정밀하게 측정할 수 있는 장치다. 이에 최근 외과적인 처치 없이 심박수와 체온 등 생체신호를 실시간 모니터링할 수 있는 비침습적 센서 플랫폼으로 주목받고 있다. 특히 유기 반도체 물질 기반의 유기물 전기화학 트랜지스터(OECT)는 피부 표면에서 일어나는 미세한 생체신호인 이온 농도 변화를 전기 신호로 변환·증폭할 수 있어, 단순 전극 기반의 전위차 측정 방식에 비해 더욱 정확하고 민감하게 이온 농도 변화를 측정할 수 있다. 이에 유기물 전기화학 트랜지스터(OECT)를 활용하면 생체리듬의 보다 정밀하고 안정적인 분석이 가능하다. 그동안 전자 피부(e-skin) 기술에는 유기 전기화학 트랜지스터(OECT) 채널 소재로 p-형 반도체가 활용되어 왔다. p-형 반도체가 전기적 성능과 환경 안정성 측면에서 n-형 반도체에 비해 우수한 덕분이다. 특히 p-형 반도체는 음전위 영역에서 생체신호를 효과적으로 증폭할 수 있어, 심박수나 뇌파 같은 음극성 생체신호의 감지에 적합하다.하지만 p-형 소재는 양전위 영역의 신호에는 민감도가 떨어져, 이온 농도 변화나 전해질 조성 등 양전위 기반 생체신호의 정밀 측정에는 한계가 존재한다. 또한 생체적합성 측면에서도 한계를 보이는데, 화학적 불안정성을 갖고 있어 자외선 조사나 고온 증기 등 의료 현장에서 일반적으로 사용하는 멸균 공정을 견디기 어렵다는 특성을 가지고 있다. 때문에 피부에 밀착시켜 장기간 사용해야 하는 전자 피부의 특성상, 위생 관리에 큰 걸림돌이 될 수 있다. 멸균 공정에 대한 내성이 부족한 소재는 실제 의료 환경에서 폭넓게 활용하는데 제약이 생길 수밖에 없어서다.이러한 p-형 소재의 한계를 극복하기 위해 대안으로 주목받는 것이 n-형 반도체다. n-형 반도체는 양전위 영역의 생체신호 감지에 유리해, p-형의 극성 한계를 보완할 수 있다. 그러나 문제는 n-형 반도체 또한 쉽지 않은 생체환경의 벽을 마주하고 있다는 점이다. n-형 반도체는 전자 구조상 LUMO 준위가 수계 산화환원 전위에 가까워, 수분이나 산소와 쉽게 반응해 산화되기 쉽다. 이로 인해 장기간 안정적으로 작동하기가 어렵고, 멸균 환경이나 땀·체액 등 실제 생체 조건에서의 내구성이 떨어지는 단점이 있다.결국 지금까지 개발된 유기 전기화학 트랜지스터(OECT) 기반 전자 피부는 특정 극성의 생체신호에는 최적화되어 있으나, 양전위·음전위 신호를 모두 정밀하게 감지하고 반복 멸균을 견뎌내는 실용적 플랫폼으로까지의 구현은 해결되지 않은 과제로 남아 있었다. 이에 아주대 공동 연구팀은 전자공학, 재료과학, 소재공학 분야의 협력을 통해 새로운 구조의 유기 전기화학 트랜지스터(OECT)를 개발하고, 동시에 높은 결정성과 깊은 LUMO 준위를 갖는 n형 반도체 소재인 n-PBDF를 채택했다. 연구팀은 이 소재를 통해 기존 n형 반도체의 산화 취약성과 환경 불안정성 문제를 효과적으로 극복하고, 장기적 구동 안정성 또한 확보했다.아주대 공동 연구진이 새롭게 제안한 4단자 n-형 수직 코바이노 유기물 전기화학 트랜지스터(OECT) 장치 구성 및 장치나아가 자외선 조사나 고온 증기와 같은 멸균 공정에도 견딜 수 있는 구조적 내구성을 갖추면서, 의료 현장에서 요구되는 위생 수준과 정밀성 및 실용성을 모두 만족하는 전자 피부 플랫폼을 구현하는데 성공했다. 연구팀은 채널의 길이가 매우 짧아(500nm) 고성능 특성을 가지는 수직구조(vertical structure)를 채택하고, 채널이 짧아짐에 따라 증가하는 기생 저항을 제거하는 4단자 기반의 측정 방식을 도입함으로 374mS의 신호 증폭률을 달성했다. 이러한 구조는 초저전압(10mV)으로도 준수한 신호 증폭률을 달성할 수 있게 할 뿐 아니라, 소재의 산화 및 부반응을 최소화할 수 있다. 이는 아주 낮은 수준의 전력만으로도, 오랜 시간 안정적으로 생체신호를 정확하게 모니터링할 수 있음을 의미한다.연구팀이 개발한 소자 구조는 1μm 두께의 파릴렌(Parylene) 기판 위에 구현이 가능해, 총 두께 2μm 미만의 초박형 센서를 제작할 수 있다. 초박형 센서는 피부에 밀착되어 생체신호 추출의 정확성을 높이며 안정성 또한 높다. 연구팀의 실험 결과 이 초박형 센서는 주름이나 사람의 움직임에 의해 발생할 수 있는 피부 압축과 인장 환경을 모사한 33% 압축 변형과 1000회 이상의 반복적인 인장 시험에서도 성능 저하 없이 안정적으로 작동했다.연구를 주도한 아주대 박성준 교수(전자공학과·지능형반도체공학과)는 “연구팀이 개발한 새로운 구조의 유기물 전기화학 트랜지스터를 활용해 n-형 반도체 소자의 구동 안정성을 세계 최고 수준으로 끌어올렸다”라며 “높은 정밀도와 안정성을 가진 비침습적 피부 인터페이스 건강 모니터링 기술에 진전을 이뤘다는 점에 큰 의의가 있다”라고 설명했다. 박성준 교수는 이어 “이를 기반으로 그동안 p-형 반도체에만 집중되었던 소재 개발 연구 및 시장이 n-형 반도체로도 확장되는 계기가 될 것”이라며 “실시간 건강 모니터링과 원격 생체신호 분석·진단 정확도 향상을 통해 다양한 분야에서 사람들의 삶의 질을 높이는데 기여할 것으로 기대한다”라고 덧붙였다. 이번 연구는 과학기술정보통신부의 나노·소재기술개발사업, 신진연구지원사업, 신진연구자 인프라 사업의 지원을 받아 수행됐다. 또한 국가과학기술연구회의 융합연구단사업, 정보통신기획평가원의 연구지원사업, 한국산업기술진흥원의 교육훈련사업, 한국연구재단의 기초연구실사업, 한국산업기술기획평가원의 시장주도형 K-센서 기술 개발사업의 지원도 받았다. * 위 그림 설명 : 피부 부착형 장치를 손가락에 부착하기 위한 심전도 신호 개략도(제일 왼쪽)와 실제로 손가락 관절 부분에 부착해 7일 동안 심전도 신호를 측정한 데이터(가운데 및 오른쪽). 연구팀이 구현한 초박형 센서는 피부에 밀착되어 생체신호 추출의 정확성을 높이며 안정성 또한 높다.
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- 작성자이솔
- 작성일2025-07-02
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- 작성자이솔
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- 작성자이솔
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- 작성자손예영
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