개별 나노입자의 '3D 증명사진'

개별 나노입자의 3차원 구조를 원자 수준에서 포착하는 기법이 등장했습니다. 이번 연구에서 제시한 나노입자의 3차원 원자 위치를 정확히 규명하는 방법을 활용하면 향후 인공지능을 이용한 신소재 개발이 가능해질 것으로 기대됩니다. 또한 3차원 원자위치 분석 연구는 단백질과 같은 생체분자에도 적용 가능합니다. 단백질 구조분석을 통한 신약 개발 및 생명 현상의 신비 규명 등 생물 의학 분야에도 응용될 전망입니다. 

부탄가스로도 작동! 고성능 세라믹 연료전지

부탄가스로도 작동하는 고성능 세라믹 연료전지가 개발됐습니다. 휴대가 용이한 부탄연료를 사용할 수 있는 고성능 세라믹 연료전지를 개발해 상용화 가능성을 크게 높였는데요. 고온의 작동조건 탓에 대형 발전용으로만 활용이 가능할 것으로 여겨져 온 세라믹 연료전지의 응용 범위가 전기차·로봇·드론 등 소형 이동수단으로도 확대될 것으로 예상됩니다.

고효율 페로브스카이트-실리콘 탠덤 태양전지 개발

요약고효율페로브스카이트-실리콘 탠덤 태양전지가 개발됐습니다. 연구팀은 새로운 음이온을 포함한 첨가제를 도입해 페로브스카이트 박막 내부에 형성되는 2차원 안정화 층의 전기적·구조적 특성을 조절할 수 있다는 것을 밝혔습니다. 이 물질을 상용화된 기술인 실리콘 태양전지에 적층해 탠덤 태양전지를 제작하는 데 성공했고 최고 수준인 26.7%의 광 변환 효율을 달성했습니다. 이는 향후 30%이상의 초고효율 태양전지 개발과 넓게는 신재생에너지 분야에 이바지할 수 있을 것으로 기대됩니다. KAIST 신소재공학과 신병하 교수 연구팀 주도의 공동 연

아코디언 움직임 모사한 리튬 이온 배터리

국내 연구진이 단단하지 않고 유연하여 늘릴 수 있는 리튬 이온 배터리를 개발했습니다. 한국과학기술연구원(KIST) 광전하이브리드연구센터 손정곤 박사 연구팀은 신축성이 없는 기존의 배터리 전극이 늘어날 수 있도록 전극 소재만으로 신축성 구조체를 제작했습니다. 신축성 젤 전해질과 패키징을 결합시켜 신축성을 가지면서도 높은 용량을 가지는 리튬 이온 배터리를 제작했습니다. 해당 연구는 에 게재됐습니다. 

음이온 역할 전자 이용해 새로운 자석 소재 개발

김성웅 교수 연구팀은 2차원 층상구조의 층간의 빈 공간에 독립적으로 위치하면서 고유의 자기 모멘트(magnetic moment)를 갖는 격자간 음이온 전자의 존재를 세계 최초로 규명했습니다. 또한 이러한 전자들이 층간에서 주변 양이온과 강한 상호작용(exchange interaction)을 통해 강자성 특성이 발현되는 2차원 전자화물 자석 소재(Gd2C)를 개발하는 데 성공했습니다.

폐 PET병 활용해 항생물질 제거

KIST 연구진은 세균 감염치료를 위한 항생물질인 '테트라사이클린'에 대한 물 속 흡착효율을 검증한 결과 일반적인 환경 수 조건(pH 6)에서도 약 90분 동안 100% 제거가 가능했으며, 다공성 탄소복합소재 1g에서 약 671mg의 흡착성능을 보였습니다. 이는 학계에 보고된 테트라사이클린 흡착성능 중 최고 수준입니다. 또한 흡착-탈착공정을 5회 반복하여 재이용해도 초기 성능 대비 약 90% 이상의 흡착 성능을 보임으로써 높은 안정성과 폭넓은 수처리 적용 가능성을 보여줬습니다.

슈퍼 이온전도성 고체전해질 신소재 개발

현재 전기자동차 및 에너지저장장치(ESS)용 배터리는 액체전해질 기반의 리튬이온전지를 주로 사용하고 있습니다. 하지만 최근 전지 안전성 문제가 수 차례 부각되면서 가연성 액체전해질을 사용한 기존 배터리 채택에 대한 우려감이 증폭되고 있습니다. 이를 해결하기 위해, 최근 배터리 구성 요소 모두를 고체 물질로 대체한 전고체전지 기술이 큰 주목을 받고 있습니다. 

상온 강자성반도체 구현해 반세기 난제 해결

나노구조물리연구단 이영희 단장 연구팀이 상온 강자성반도체를 구현해 반세기 과학 난제를 해결했습니다. 반세기동안 과학 난제로 알려진 상온 강자성반도체가 단분자층 수준의 얇은 물질 내에서 존재할 수 있음을 밝힌 건데요. 바나듐(V)이 도핑된 단분자층 이차원 이셀레늄화텅스텐을 합성해 상온에서 강자성을 띠는 걸 확인했습니다.

섬유 위 기능성 나노구조체 구현

섬유 위에 기능성 나노구조체를 구현할 기술이 개발됐습니다. 수용성 고분자인 히알루론산을 이용해 생체적합성 공정을 개발했다고 합니다. 해당 기술은 향후 다양한 섬유에 센서, 배터리, 보안패턴, 자가 세정 등의 첨단 기능을 쉽게 구현하는 데 도움이 될 전망입니다. 

이산화탄소를 화학 원료로?

이산화탄소를 화학 원료로 만드는 저비용 고효율의 인공광합성 촉매가 개발됐습니다. 연구진은 효과적인 촉매를 디자인하기 위해 다양한 실시간 분석법들을 활용했습니다. 귀금속인 이리듐을 기존 촉매보다 20% 적게 사용하고도 31% 이상 높은 촉매를 개발했습니다. 이번 연구는 이산화탄소 전환 시스템의 실용화에 크게 기여할 전망입니다. 

해상도 높인 곤충 눈 구조 초박형 카메라

해상도 높인 곤충 눈 구조의 초박형 카메라가 개발됐습니다. 제노스 페키(Xenos peckii)라는 곤충의 눈를 모사했는데요. 하나의 렌즈에 수백 개의 광수용체를 가지고 있어 각 렌즈 마다 개별 영상을 획득 할 수 있으며 이 렌즈들은 색소 조직(Pigmented cup)으로 구분돼 있는 특별한 시각적 특성을 띱니다.

수소 촉매의 실제 성능은?

상용화된 백금촉매보다 우수한 '물 분해용 수소 촉매'가 개발됐습니다. 루테늄(Ru)과 다중벽 탄소나노튜브를 결합해 물 분해용 수소 촉매 Ru@MWCNT를 개발했습니다. 새 촉매는 합성법이 간단해 대량생산에도 적합해 실용화에 성큼 다가섰다는 평가를 받고 있습니다.

이산화탄소환원 나노 구조 촉매 개발

이산화탄소 환원 나노구조 촉매가 개발됐습니다. 이산화탄소 환원 반응에 중요한 선택도와 전환율을 동시에 향상시킬 수 있도록 두 가지 크기의 기공 네트워크를 지닌 3차원 계층 다공성 금 나노구조를 제작했습니다. 물질이동의 효율성을 높여 값비싼 금 촉매의 사용량을 줄일 수 있을 것으로 기대됩니다.