[대담한K] 1,000조 시장을 잡아라…2차전지 산업 과제와 전망은?출처 : 네이버TV - https://naver.me/xVAses2A

PNU 리서치메인으로 이동연구/산학PNU 리서치나노에너지공학/광메카트로닉스공학과 황윤회·김규정 교수팀, 빛으로 세포 움직이는 '광학 집게' 기술로 암세포 전기적 특성 분석암세포-정상세포 구분하는 '비침습적 바이오센서'…다양한 생물학적 응용 전망작성자 홍보실 / [홍보실] 작성일자 2023-06-05 조회 176레이저 빛으로 세포를 집어 움직이거나 포획할 수 있는 ‘광학 집게’ 기술을 이용해 세포의 커패시턴스(전기용량) 변화를 측정함으로써 단일 암세포의 표면 특성 변화를 분석하는 바이오센서가 개발됐다. 특히 이 시스템은 세포에 상처를 내지 않고도 시행 가능한 비침습법으로, 배양 중인 단일 세포와 외부 인자의 실시간 상호작용을 지속적으로 측정해 암세포와 정상세포 사이의 특정 반응을 구별해 다양한 생물학적 응용이 가능할 것으로 전망된다.나노에너지공학과 황윤회 교수와 광메카트로닉스공학과 김규정 교수 연구팀이 단일 세포의 세포 특성을 정략 분석하는 시스템을 개발한 이번 연구 결과는 세계적으로 권위 있는 SCI급 국제 저널인 『Biosensors Bioelectronics』 온라인 4월 15일자(오프라인 8월호)에 게재했다.- 논문 제목: Quantitative comparison of EGFR expression levels of optically trapped individual cells using a capacitance biosensor(커패시턴스 바이오센서를 사용한 광학 포획된 단일 세포의 성장 인자 수용체 발현 수준의 양적 비교)- 논문 링크: https://doi.org/10.1016/j.bios.2023.115320연구팀은 단일 세포의 ‘성장 인자(EGF)’의 결합 친화도에 따른 커패시턴스(capacitance·전기용량, 물체가 전하를 축적하는 능력을 나타내는 물리량) 변화를 기반으로 알려지지 않은 세포 유형에서 ‘성장 인자 수용체(EGFR)’의 발현 수준을 정확하게 측정하고 정량화하는 시스템을 고안했다.최근, 생물 의학, 임상 진단, 약물 발견 등 다양한 분야에서는 단일 세포를 비침습적으로 감지하고 라벨*(표지물)* 없이 분석할 수 있는 기술에 대한 수요가 증가하고 있다. 이러한 연구는 정확한 진단 및 치료 도구 개발을 위해 필수적이며, 세포의 이질성에 의해 변화한 세포 특성을 파악할 수 있어 이전보다 더욱 정교한 분석이 가능하다. * 라벨: 세포 내부의 구성요소를 식별하고 추적하기 위한 표지물. 특정 단백질, 핵산 또는 다른 분자를 라벨로 사용할 수 있다.종양 조직 내에서 서로 다른 특성을 가진 암세포들이 함께 존재하는 것을 세포의 ‘이질성’이라 하며, 이에 따른 암세포의 특성을 정확히 파악하는 것은 암 치료 전략 개발에 있어 중요한 역할을 맡는다.이번 연구에서는 광학 집게 기술과 커패시턴스 측정 기술을 결합해 새로운 바이오센서 시스템을 개발해, 비침습적으로 단일 세포의 표면 특성을 측정할 수 있다. ‘광학 집게’ 기술은 레이저 빛을 이용해 세포를 붙잡을 수 있는 기술이다. 빛은 한 초점에 모으면 그 주변에 끌어당기는 힘이 작용하는데, 이를 이용해 세포나 원자와 같은 작은 물질을 집어 이동시키거나 포획할 수 있다. 이 시스템은 세포의 크기와 생존력을 고려해, 측정하려는 세포를 선택할 수 있다. 또한, 세포가 외부 분자와 결합할 때 나타나는 커패시턴스 변화를 측정해 세포 표면 특성을 정량화할 수 있다. 광학 집게 및 커패시턴스 측정 통합 시스템의 개요도 (좌)세포주에 따른 성장 인자 수용체 발현 정도에 비례해 변화하는 커패시턴스 변화 정도(우)연구팀은 이번에 개발한 시스템을 사용해 다양한 세포주에서 성장 인자와의 결합 정도에 따른 성장 인자 수용체의 발현 수준을 측정하고, 경향을 도식화해 미지의 세포가 가진 성장 인자 수용체의 발현 정도를 높은 정확도로 추정했다. 이러한 연구결과는 세포 이질성 및 질병 진행에 대한 이해를 더욱 깊이 있게 제공할 수 있으므로, 생물 의학, 임상 진단 및 약물 발견 분야에서 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. 또한, 새로운 질병 진단 및 치료 전략 개발에도 기여할 수 있다.한편, 이번 연구 성과는 한국연구재단의 기초연구실지원사업 지원을 받아, 광메카트로닉스공학과 강태영(17학번) 박사과정생이 제1저자, 황윤회 교수와 김규정 교수가 교신저자로 수행했다.* 상단 인물사진: 왼쪽부터 교신저자 황윤회 교수, 김규정 교수[Abstract]In this study, a research team presented a new biosensor system based on the integration of optical trapping technology and capacitance measurement technology for non-invasive measurement of single-cell surface properties. The system allows for the selection of cells to be measured based on their viability and size, and quantifies the surface properties of cells by measuring the capacitance changes that occur when they bind to external molecules. Using this system, they measured and quantified the expression levels of the epidermal growth factor receptor (EGFR) in response to binding with the growth factor (EGF) in various cell lines, and accurately estimated the expression levels of EGFR in unknown cells. This could provide a more detailed understanding of cellular heterogeneity and disease progression, making it of significant importance in various fields such as biomedical research, clinical diagnosis, and drug discovery. The developed technology has the potential to lead to the development of new diagnostic and therapeutic strategies for various diseases.* Reference- Authors· First author: Tae Young Kang (Department of Cogno-Mechatronics Engineering)· Corresponding Authors: Prof. Kyujung Kim (Department of Cogno-Mechatronics Engineering), Prof. Yoon-Hwae Hwang (Department of Nano Energy Engineering)- Title of original paper: Quantitative comparison of EGFR expression levels of optically trapped individual cells using a capacitance biosensor- Journal: Biosensors Bioelectronics- DOI: https://doi.org/10.1016/j.bios.2023.115320

나노에너지공학과 박민준(사진) 교수팀이 촉매 제조 시 발생하는 불순물을 제거하기 위해 초임계 유체*를 활용해 이중 원자 촉매(Fe-N₄와 Cu-N₄) 구조를 갖는 고순도 질화탄소 나노튜브(FCN₄-CNNT)를 개발했다.* 초임계 유체: 임계점 이상의 온도와 압력 조건에 있는 물질 상태. 이를 이차전지에 활용해 고성능 아연-금속 전지용 이중 기능성 (Bi-functional) 산소 촉매로 적용하면 아연-공기 전지의 수명과 에너지 밀도를 대폭 향상시킬 수 있다.‘아연-공기 전지’는 전기차 등에 쓰이는 리튬이온 배터리보다 5배 이상 많은 에너지를 저장하고 폭발 위험도 낮아 차세대 전지로 주목받고 있다. 음극은 아연, 양극은 공기 중의 산소를 이용하는데, 저렴하면서 이론적인 에너지 밀도가 높은 ‘아연’(~1,360 Wh/kgzn?1)과 공기 중의 풍부한 ‘산소’의 전기화학 반응으로 에너지를 생산한다. 또한 수계 전해질을 사용하므로 폭발 위험성이 낮아 안전하다는 장점도 있다.* Wh/kg: 에너지 밀도의 단위. kg당 와트시(Wh, 전력량, 전력×시간)로 측정한다.그러나 아연-공기 전지는 양극 반응인 산소 환원반응(ORR)과 산소 발생반응(OER)의 느린 반응 역학 때문에 실제 에너지 밀도가 제한된다. 해결책으로 ORR과 OER의 반응 속도를 높여주는 이중 기능성 촉매가 필요하지만, 기존의 귀금속 촉매들[Pt(백금), Ru(루테늄), Ir(이리듐)]은 가격이 비싸기 때문에 낮은 비용과 높은 수율로 이를 대체할 수 있는 새로운 촉매 개발이 필요한 실정이다.박민준 교수팀이 개발한 것이 바로 이 새로운 촉매다. 연구팀은 고압 초임계 반응을 통해 CNNT(질화탄소 나노튜브)를 철 프탈로시아닌(FePc) 및 구리 프탈로시아닌(CuPc) 나노로드와 합성해, CNNT 내부에 Fe-N₄ 및 Cu-N₄ 이중 원자 촉매가 원자적으로 분산돼 존재하는 FCN₄-CNNT(고순도 질화탄소 나노튜브)를 개발했다. 초임계 방식을 통한 나노 로드 형태의 질화탄소 나노뷰트 합성 과정 탄소 나노튜브(CNT)는 금속 기반 촉매를 보호하기 위해 쓰이는데, 내부 구동 시 고온 열분해 등으로 불순물이 많이 생겨 부작용을 일으킬 수 있다. 연구팀은 전이금속을 탄소 나노튜브에 잘 충전되도록 해 고순도를 확보하고자 초임계 유체를 사용했다. ‘초임계 유체’는 온도와 압력이 임계점에 도달해 있기 때문에 열이나 압력을 가해도 변하지 않는다. 액체의 밀도와 기체의 확산성을 갖고 있어 제로 표면 장력, 고속 확산성, 높은 용매화(solvation) 등에서 힘을 발휘하는 것이다. 이번 연구에서는 맞춤형 고압 원자로의 진공 환경을 조정해 질소가스를 사용한 벤젠을 초임계 유체로 썼다.연구팀이 구현한 이중 기능성 촉매의 특성을 확인하기 위한 방전 심도(DOD, ~1.0%) 평가에서, FCN₄-CNNT를 사용한 아연-금속 전지는 100 주기 후 Pt/C와 IrO₂촉매 혼합물의 과전압*(885 mV)보다 매우 낮은 617 mV을 기록했으며, 190 주기 후에도 709 mV의 과전압과 72.3%의 에너지 효율을 유지했다.* 과전압: 정격 전압보다 높은 전압이 공급되는 현상. 과전압으로 생기는 전기 에너지는 열 손실로 이어지므로 낮은 것이 좋다.나아가 실용성 평가에서 FCN₄-CNNT를 사용한 아연-금속 전지는 Pt/C와 IrO₂촉매 혼합물의 에너지 밀도(844 Wh/kgzn?1)보다 높은 918 Wh/kgzn?1의 에너지 밀도를 달성하며 우수한 내구성과 전기화학적 성능을 나타냈다. (a) 촉매별 산소환원 특성, (b) 촉매의 전자 이동 특성, (c) 질화탄소 나노뷰트 촉매의 10,000 사이클 내구성 테스트 이번 연구에서 주목할 점은 in situ XAS분석을 통해 질화탄소 나노튜브 내부에 새롭게 생성된 배위의 측면에서 이중 기능성 ORR(산호 환원반응) 및 OER(산소 발생반응) 활동을 연구한 내용이다. XANES 스펙트럼에서 Fe(Ⅱ) 피크의 강도는 ORR 영역에서 증가(산화)하고 OER 공정 동안 회복(환원)되는데, 이는 전기 촉매 작용 동안 Fe-N₄ 활성 자리의 철 이온의 가역적 산화환원 반응을 의미한다. 대조적으로, Cu(Ⅱ) 피크의 강도는 ORR 영역에서 감소(환원)하고 OER 공정 동안 회복(산화)함을 보였다. 이는 FCN₄-CNNT의 내부에 원자적으로 존재하는 Fe-N₄ 및 Cu-N₄ 자리가 촉매 효과의 기원임을 나타내며, Fe(Ⅱ)과 Cu(Ⅱ)가 서로 반대의 가역적인 산화환원 메커니즘을 통해 효율적인 이중 기능성 산소 활동이 가능함을 의미한다. 해당 성과는 국제 저명 학술지인 『Energy Storage Materials』 1월호에 게재됐다.- 논문 제목: Molecular engineering of atomically dispersed Fe-N₄ and Cu-N₄ dual-sites in carbon nitride nanotubes for rechargable zinc-air batteries- 논문 링크: https://doi.org/10.1016/j.ensm.2022.12.007이번 연구는 나노에너지공학과 박민준 교수가 교신저자, 박지한 석박사 통합과정생이 공동저자로 수행했으며, UNIST와 POSTECH이 공동으로 참여했다.한편 이번 연구는 한국연구재단 기초연구실(BRL)사업, 2022년도 정부(산업통상자원부)의 재원으로 한국에너지기술평가원 지원을 받아 수행됐다(20214000000140, 청정에너지 융합 발전 융합대학원).

부산대 LINC 3.0 사업단과 기술지주㈜(단장·대표이사 최경민 산학협력단장)가 교육부 주최, 한국연구재단 주관의 ‘2022 산학협력 EXPO’에서 각각 캡스톤디자인 경진대회 우수상과 산학협력 우수사례 경진대회 우수상을 수상했다.LINC 3.0 사업단은 11월 2일 수원컨벤션센터에서 열린 ‘2022 산학협력 EXPO’ 내 LINC 3.0 사업(기술혁신선도형) 캡스톤디자인 경진대회에서 ‘안질환센서’팀(지도교수 오진우, 나노에너지공학과 임지수·김영화 학생)이 ‘금 나노 입자의 플라즈모닉 특성 기반 안과 질환 진단용SERS 센서의 임상 적용 테스트’ 아이템으로 우수상에 선정됐다.수상팀은 한 번 손상된 시신경은 회복하기가 힘든데 안과 질환을 스스로 진단해 조기에 치료할 수 있다면 안과 질환 예방률이 높아질 것이라는 점에서 아이디어를 얻어 안질환 센서 키트를 고안해 호평을 얻었다.또 부산대기술지주㈜는 ‘대학발(發) 기술사업화 선순환 플랫폼 구축 및 운영’으로 2022년 산학협력 우수사례 경진대회에서 우수상을 수상했다. 기술창업플랫폼인 PNU AVEC 운영과 기술창업주간(PNU Tech Biz Week) 운영을 통해 기술사업화 환경에 선제 대응하고 수익 다각화 방안을 창출한 점에서 높은 평가를 받았다.최경민 단장은 “부산대는 대학이라는 연구의 보고에서 유망기술을 발굴하고 창업 보육, 네트워킹 지원, 투자 연계에 이르기까지 아낌없이 지원하는 기술사업화 컨트롤타워로서의 역할을 탁월하게 수행하고자 노력하고 있다”며 “학생들의 수상 또한 캡스톤디자인 교과목으로 아이디어를 도출하고 구체화시키는 과정을 통해 연구역량과 다양한 경험을 쌓아 거둔 성과로 더욱 뜻깊다”고 말했다.* 사진: 위쪽부터 캡스톤디자인 경진대회 우수상을 수상한 부산대 LINC 3.0 사업단 ‘안질환센서’팀 임지수·김영화 학생, 산학협력 우수사례에 선정된 부산대기술지주 우수상 수상팀

나노에너지공학과 이형우 교수 연구팀과 한국재료연구원(KIMS), 한국과학기술정보연구원(KISTI) 공동 연구팀이 특정 가스에 노출될 때 결정 구조가 변하는 친환경 신소재를 합성하고, 이를 기반으로 색과 저항이 동시에 바뀌는 ‘다중 응답형 가스 센서’를 세계 처음으로 개발했다. ‘가스 센서’는 인류의 건강을 증진시키고 산업체의 대기 오염으로부터 환경을 보호하는 데 활용 가능한 환경 정보를 제공할 수 있어 학계 및 산업계의 관심이 높다.※ 가스 센서의 활용: 가스누출경보기, 화재경보기, 알코올검출기, 엔진연소가스검지기 등기존의 반도체 방식을 이용한 가스 센서는 센서 표면에 가스가 흡착됐을 때 나타나는 전기적 저항 변화를 통해 가스를 검출한다. 하지만, 물리적 흡착-탈착 메커니즘을 활용할 수밖에 없어 작동 온도가 높아야 한다. 가스의 물리적 흡착에 기초한 센서는 높은 전력 소비량뿐만 아니라 낮은 선택성의 문제점을 가진다. 또한, 전기적 특성 변화라는 단일 지표만을 사용해 그 활용성에도 한계가 있다. 이에, 연구팀은 독성이 없는 구리(Cu) 기반의 친환경 메탈 할라이드 박막 소재인 Cs3Cu2I5를 합성했다. Cu(I)계 가스 센서는 각종 독성 및 대기 가스 중 수산기(基)[-OH. 즉, 한 개의 수소 원자와 한 개의 산소 원자로 이루어진 1가(一價)의 기(基)로, ‘하이드록실기’라고도 함] 검출에 대한 선택성이 크며, 그 중 물에 대한 감도가 가장 높다. 물에 감도가 높은 Cu(I)계 가스 센서는 사람의 호흡에 있는 수분도 감지할 수 있을 정도로 민감하기 때문에, 의료(호흡기 질환) 및 환경 모니터링 분야에 응용이 가능하다. 연구팀이 합성한 Cs3Cu2I5 소재는 하이드록실 가스에 노출되면 CsCu2I3로 상전이[외부 조건에 따라 한 상(相, phase)에서 다른 상으로 바뀌는 현상]가 일어나는데, 이때 소재의 광학적 특성과 전기적 특성 또한 변한다는 것을 슈퍼컴퓨터 기반 시뮬레이션과 실제 실험을 통해 규명했다. 연구 이미지 (a) 어드밴스드 펑셔널 머테리얼즈 표지 (b) 가스 센서의 매커니즘 (c) 가스 센서의 가소크로믹한 센싱 특성(d) 하이드록실 가스의 on-off에 따른 반도체 센싱 특성 (e) 하이드록실기의 극성에 따른 전기적 및 광학적 반응즉, 단일 지표만 사용하는 것이 아니라 전기적 및 광학적 모드를 동시에 활용할 수 있어 고선택성 다중 응답형 가스 센서로 응용 가능하다. 실제로 이 센서는 하이드록실 가스에 노출된 뒤, 광학 적색편이*를 방출하는 데 단 5초, 전기 저항 증가로 가스 검출이 가능하기까지는 1분밖에 걸리지 않았다. ‘고선택성’이란 광학적·전기적 두 반응이 모두 나타나기 때문에 가스 검출의 정확도를 높일 수 있다는 뜻이다. * 적색편이(赤色偏移): 물체가 내는 빛의 파장이 늘어나 보이는 현상. 일반적으로 가시광선에서 파장이 길수록 붉게 보이기 때문에 물체의 스펙트럼이 붉은(赤色) 쪽으로 치우쳤다(偏移)는 의미.또한, Cs3Cu2I5 기반의 가스 센서는 기존의 메커니즘과 달리 가역적인 상전이 메커니즘을 이용하기 때문에 추적 관찰 결과, 1년 동안 높은 안정성을 가지며 상온에서 1V(볼트)의 낮은 작동 전압을 통해 반복적으로 작동이 가능한 것으로 나타났다.이형우 교수는 “이번 연구를 통해 기존의 반도체 기반 센서와는 달리 향후 반도체·의료·농축산 등 다양한 첨단 산업 분야에 적용 또는 응용될 것으로 기대되는, 세계 최초의 결정 구조 변화형 친환경 소재의 상전이를 통한 다중 응답형 가스 센서 개념을 선보였다”고 말했다.해당 논문은 소재 분야의 세계적인 학술지인 『Advanced Functional Materials』에 ‘친환경 비납계 금속 할라이드 상전이를 활용한 다중 응답형 하이드록실기 가스 센서(Multimodal Gas Sensor Detecting Hydroxyl Groups with Phase Transition Based on Eco-Friendly Lead-Free Metal Halides)’라는 제목으로 7월 11일자에 게재됐고, 연구의 우수성을 인정받아 표지논문(Inside front cover)으로 선정됐다. 연구에는 대학원 나노융합기술학과 이다슬(20학번) 박사과정생이 제1저자, 이형우 교수가 교신저자로 참여했다. - 논문 링크: https://doi.org/10.1002/adfm.202202207 이번 연구는 과학기술정보통신부가 지원하는 KIMS 주요사업, KISTI 국가슈퍼컴퓨터 5호기 연구개발(R D)혁신지원프로그램, 과학기술정보통신부 기초연구사업 등의 지원을 받아 수행됐다.* 인물 사진: 오른쪽부터 교신저자 이형우 교수, 제1저자 이다슬 박사과정생[Abstract]An electrical and optical responsive chemical-semiconductor gas sensor is developed using Cu(I) halides with a phase transition mechanism. Cu(I) materials exhibit reversible phase transitions between the Cs3Cu2I5 and CsCu2I3 with different properties, owing to the formation/destruction of the Cs?I and Cu?Cu bonding when the hydroxyl groups are attached/detached. Among various toxic and atmospheric gases, a Cu(I)-based gas sensor has high selectivity in detecting the hydroxyl group, and the highest sensitivity to water. The reactivity is determined by the polarity, where water with the largest polarity has the strongest attraction for Cu+ and I- ions, letting phase transition occur easily. The multimodal sensor red-shifts emission from 445 to 575 nm when it detects hydroxyl gas, and the moisture-sensitive sensor visually confirms response to breaths in less than 5 s and recovery in the air in less than 30 s. The gas sensor can operate at room temperature while applying a constant bias voltage of 1 V, and it also shows excellent sensitivity in a relative humidity range of 15?75%. Furthermore, the sensor maintained ?90% of its initial responsivity over 1 year.- Paper Title: Multimodal Gas Sensor Detecting Hydroxyl Groups with Phase Transition Based on Eco-Friendly Lead-Free Metal Halides- First Author: Daseul Lee(Pusan National University, KIMS), Seung-Jea Lee, Jae Ho Kim(KIMS) - Corresponding Author: Hyung Woo Lee(Pusan National University), Han Seul Kim(KISTI), Jin Woo Choi(KIMS)- URL: https://doi.org/10.1002/adfm.202202207

정부가 신산업 분야 등 산업·경제 구조 변화에 대응하는 혁신 인재 양성을 위해 추진하는 「2022년 부처 협업형 인재양성 사업」에 기계공학부의 미래형자동차 기술융합혁신인재양성사업을 비롯, 반도체·이차전지·차세대바이오헬스·의료인공지능 등 5개 분야 세부사업이 선정됐다.「부처 협업형 인재양성사업」은 교육부와 산업통상자원부·과학기술정보통신부·보건복지부·환경부·국토교통부·개인정보보호위원회·특허청 등 7개 관계부처가 국가적으로 전문 인재 양성이 요구되는 신기술 분야를 육성하기 위해 공동으로 기획·운영하는 사업이다. 2025년까지 3년간 추진되며, 올해 420억 원의 예산이 투입된다.이번에 선정된 부산대 세부사업은 △ 미래형자동차 기술융합혁신인재양성사업(산업통상자원부) △ 반도체 전공트랙사업(산업통상자원부) △ 이차전지산업 기술인력양성사업(산업통상자원부) △ 차세대 바이오헬스산업 혁신인재양성사업(산업통상자원부) △ 의료인공지능 융합인재양성사업(보건복지부) 등 5개 분야다.미래형자동차 기술융합혁신인재양성사업(사업책임자 전충환 교수)은 기계공학부가 주관학과로, 전기공학과·재료공학부·나노메카트로닉스공학과·광메카트로닉스공학과가 참여한다. 친환경차, 자율주행자, 자동차 및 제조·생산 기술에 특화된 지역산업체 수요밀착형 기술융합 미래인재를 양성해 자동차 산업 발전과 미래자동차 강국 실현에 앞장선다.반도체 전공트랙 사업(사업책임자 남일구 교수)에 선정된 전기공학과(주관)와 전자공학과(참여)는 반도체 전공트랙을 신설하고 실무 중심의 반도체 인재를 양성한다. 산업계 수요를 반영한 실무 중심의 교과목 개발·운영, 반도체 교육 인프라 구축, 산학 프로젝트·인턴십 등을 통해 실무 경쟁력을 갖춘 시스템반도체 소자·회로·시스템 설계 인력을 양성함으로써 4차 산업혁명의 핵심 기술인 시스템반도체의 국내 경쟁력을 강화할 계획이다.나노에너지공학과가 주관해 이차전지산업 기술인력양성사업(사업책임자 조채용 교수)도 추진한다. 이차전지 제조기업의 셀 사업부에서 진행하는 전지 제조 기술, 개발 부서에 필요한 양산 제조 기술, 맞춤형 인재 양성을 위한 이차전지 특화 교육 과정 개발 등을 목표로 이차전지 산업을 주도할 문제 해결 기반 제조공정 및 맞춤형 융합 인재를 양성한다.차세대 바이오헬스산업 혁신인재양성사업(사업책임자 정준수 교수)은 의생명융합공학부 주관으로, 광메카트로닉스공학과·기계공학부·간호학과가 참여한다. 의생명 분야에 특화된 부산대 양산캠퍼스를 중심으로 바이오헬스 디바이스와 바이오헬스 데이터 모두에 높은 역량을 지닌 디바이스+데이터 융합형 바이오헬스 인재를 키워 내 디지털 헬스케어 산업에 대응할 전망이다.의료인공지능 융합인재양성사업(사업책임자 최병관 교수)은 의과대학이 주관해 간호대학·정보의생명공학대학·치의학전문대학원·한의학전문대학원이 참여한다. 이 사업단은 보건의료 현장에서 발생하는 각종 문제를 데이터 기반 인공지능 역량을 적용해 해결할 수 있는 융합형 인재를 양성해 인공지능 의료기술 개발을 선도하는 국제적 수준의 융합 창의 인재로 배출한다.향후 부처별로 대학 인건비 지원과 기자재 구입, 소관부처와 교육 프로그램 공동 개발·운영 등 세부적인 추진에 들어가 해당 분야의 대학 체질 개선과 특성화를 지원할 계획이다.* 사진: 연구에 몰두하고 있는 부산대 학생들

나노에너지공학과 오진우(사진) 교수가 세계 3대 나노행사인 ‘나노코리아 2022’에서 나노기술 발전에 기여한 공로로 연구혁신부문 과학기술정보통신부 장관상을 받았다.오진우 교수는 ‘3차원 플라즈몬 나노클러스터 제작 메커니즘 개발 및 3차원 슈퍼나노구조체 기반 센싱 플랫폼의 혁신적인 진단시스템 구축’ 업적으로, 나노입자의 수직 적층 및 이종 콜로이드 클러스터 제조 기술과 체계적 분석이 가능한 전자코 개발을 주도한 공로를 인정받았다.오 교수는 다채로운 3차원 구조 설계로 3차 압출 성형 슈퍼 나노구조체를 구축했다. 미크론 규모의 다공성 나노구조체를 이용한 SERS 플랫폼도 최초로 개발했다.또한 콜로이드 자가 조립 기술(3차 성형 수직 적층)을 이용해 슈퍼 나노구조체를 제작했고 여러 질환 진단과 유해 물질 검출을 위한 실증연구를 수행했다. 질환군별 전자코 개념이 탑재된 알고리즘을 개발하고 빅테이터 기반의 진단 알고리즘이 탑재된 디바이스 제작 전략도 수립했다.이번 성과는 우수성과 원천성을 인정받아 나노기술 분야 국제 학술지 『나노 레터스』에 교신저자로서 게재됐다. 바이오센서 분야 상위 5% 국제 학술지에도 교신저자로 게재됐다.오 교수의 연구성과는 사회 소외 계층에 대한 의료 혜택 확장, 인구 고령화에 따른 사회적 비용 증가에 대한 고민 해결, 조기 진단율 상승에 따른 국가 의료비 지출 감소 등에 크게 기여할 것으로 기대된다.한편, 산업통상자원부와 과학기술정보통신부가 나노기술인과 나노융합기업의 교류·협력의 장으로 공동 주최한 ‘나노코리아 2022’ 행사는 7월 6일부터 3일간 경기도 킨텍스에서 개최됐다.

‘고에너지물질(Energetic Materials)’은 보통 금속과 산화제 물질로 구성돼 내부에 화학에너지를 담고 있으면서 점화 시 급격하게 자가 연소해 열과 압력을 방출하는 기능성 물질이다. 특히, 나노스케일의 고에너지물질을 구현할 경우 반응성이 증대돼 점화 시 연소열과 압력의 방출량이 매우 짧은 시간에 급격하게 증가하기 때문에 기존의 벌크 및 마이크로스케일 고에너지물질의 연소 및 폭발 특성을 향상시킬 수 있는 획기적인 기술로 상용화에 대한 기대가 매우 높다.나노에너지공학과 김수형 교수팀은 알루미늄(Al) 나노입자와 과요오드산 칼륨(KIO₄) 나노입자를 기반으로 하는 나노고에너지물질의 표면을 니트로셀룰로스(Nitrocellulose)와 같은 에너제틱 폴리머로 코팅함으로써 외부 충격으로부터 보호할 수 있는 보호막을 형성해 안정성을 높이고, 이를 전통적인 고체추진제에 적용함으로써 연소실 내에서 점화 시 높은 연소열과 압력을 유도해 소형발사체의 추진력을 최종적으로 향상시킬 수 있는 원천기술 개발에 성공했다. 산업용 및 군용 열공학 분야에 많이 활용되는 나노고에너지물질은 외부의 자극 및 충격 등에 매우 민감해 뜻하지 않은 폭발이 일어나는 경우가 많아 극히 제한된 전문가만이 취급할 수 있는데, 이러한 제한된 응용성을 넓히기 위해 연구팀은 나노고에너지물질의 표면에 균일하게 폴리머 보호막 코팅을 할 수 있는 기체상 에어로졸 공정을 개발했다.(a, b) 나노고에너지물질 기체상 성장 메커니즘 및 나노고에너지물질이 적용된 고체추진제의 로켓 소형발사체 응용 개요도.기체상 에어로졸 공정을 통해 생성된 나노고에너지물질의 (c) 점화 테스트, (d) 정전스파크 인가 안정성 테스트(e) 연소율 측정 테스트, (f) 탄환형 소형발사체 추진 테스트, (g) 로켓형 소형발사체 추진 테스트 과정 사진.이러한 에어로졸 공정 내에서 나노스케일의 금속, 산화제, 폴리머의 구성비를 다양하게 변화시키면서 관찰한 결과, 나노고에너지물질의 안정성을 높이면서 동시에 이들을 기반으로 하는 고체추진제의 연소 및 추진 특성을 극대화해 최종적으로 소형발사체의 추진력을 향상시킬 수 있는 방안을 실험적으로 구현한 것이다.이번 연구는 방위사업청 및 국방과학연구소에서 지원하는 국방순수기초연구사업과 교육부에서 지원하는 지역우수과학자사업을 통해 수행됐으며, 재료 및 화학공학 분야 국제학술지인 『케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)』에 온라인 4월 22일자로 게재됐다.- 논문 제목: Effect of Energetic Polymer Encapsulation for Aluminum/Potassium Periodate-based Composites on Ignition Sensitivity and Combustion Characteristics(점화 감도 및 연소 특성에 대한 알루미늄/과요오드산 칼륨 기반 복합체의 에너제틱 폴리머 캡슐화 효과)- 논문 링크: https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.136519 * 연구자 사진: 오른쪽부터 김수형 교수(교신저자), 김호성 박사(제1저자), 조현수·차정근 석사과정생(공동저자) [Abstract]Energetic composites composed of metal and oxidizer are limitedly employed in thermal engineering systems due to their sensitivity. Therefore, energetic polymer encapsulation can be suggested as a method of protecting energetic composites from unexpected external stimuli, as well as maintaining relatively high explosive reactivity. In this study, the effect of nitrocellulose (NC; polymer) encapsulation on the ignition and combustion characteristics of aluminum (Al; fuel)/potassium periodate (KIO₄; oxidizer) energetic composites is systematically examined. NC-encapsulated Al/KIO₄ energetic composites are manufactured using a spray drying method, which enables uniform mixing of Al nanoparticles (NPs) with KIO₄ NPs in the NC matrix. As the more NC encapsulation is made on Al/KIO4 energetic composites, the ignition delay time and ignition threshold spark energy increase, suggesting a reduction in the sensitivity of the energetic composites. However, the maximum pressure and pressurization rates of NC-encapsulated Al/KIO4 energetic composites ignited in a closed cell are higher when the NC content is below 10 wt.%, and then they considerably decrease with excessive NC content ( 10 wt.%). On the basis of propulsion tests, the kinetic energy of bullet-type projectiles and specific impulses of small rocket-type projectiles charged with NC content of 5?10 wt.% in the Al/KIO4 energetic composites are two times higher than the values for Al/KIO4 energetic composites with no NC content. These results prove that the optimized polymer encapsulation is highly beneficial for developing various functional energetic composites and composite solid propellants, with compromised sensitivity and explosive reactivity, for enhancing the propulsion of small projectiles. * Paper Title: Effect of Energetic Polymer Encapsulation for Aluminum/Potassium Periodate-based Composites on Ignition Sensitivity and Combustion Characteristics- https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.136519 * First Authors: Ji Hoon Kim Ho Sung Kim (Research Center for Energy Convergence Technology, Pusan National University)* Corresponding Author: Soo Hyung Kim (Department of Nanoenergy Engineering, Pusan National University)

나노에너지공학과 서지연 교수와 유기소재시스템공학과 김효정 교수, 기계공학부 김민철 교수가 한국전력공사 기업부설연구소인 전력연구원에서 지원하는 사외공모 기초연구과제 사업에 최종 선정돼 6월 1일 사업에 착수했다.부산대가 주관하고 아주대·상명대가 공동연구기관으로 참여하는 이 사업은 전력연구원이 총 연구비 9억 원을 지원해 올해 6월부터 2025년 5월까지 총 3년간 차세대 태양전지 개발을 위해 무항용매 기반 페로브스카이트 태양전지 대면적 코팅 및 모듈 제작 기술을 개발하게 된다.전력연구원 지원 사외공모 기초연구과제는 탄소 중립 관련 미래 신기술에 대한 원천기술을 확보하고 전력산업 전문가 인력을 양성하는 기초연구과제로, 신재생 에너지 및 탄소 중립 신기술 개발을 위한 연구센터를 지원한다.주관 수행기관인 부산대에서는 학제간 융합 연구 진행을 위해 나노에너지공학, 유기소재공학, 기계공학 전공의 교수 3명과 연구원 6명이 참여해 무항용매 페로브스카이트 전구체 잉크를 개발하고, 대면적 코팅 기술을 확보해 20% 이상의 광전 변환 효율을 갖는 대면적 페로브스카이트 태양전지 모듈 관련 원천 기술을 개발할 예정이다.이번 과제를 통해 20% 이상의 무항용매 대면적 페로브스카이트 태양전지 제작 원천 기술 확보가 가능하며, 우수한 논문 및 지적재산권 확보가 이뤄질 것으로 기대된다. 이는 추후 전력연구원의 주력과제인 건물 통합형 태양전지(BIPV)로 발전 가능한 유리 창호형 페로브스카이트 태양전지 기술의 요소기술로 활용될 수 있을 전망이다.* 사진: 왼쪽부터 서지연·김효정·김민철 교수

나노에너지공학과 서지연(사진 오른쪽) 교수가 4월 7일 대전 컨벤션센터에서 개최된 ‘한국고분자학회 2022년도 춘계학술대회’에서 한국고분자학회 신진학술상을 수상했다.서지연 교수는 유기광전자 소재 및 에너지 소재의 분자 수준의 상호인력 제어(Molecular Engineering) 기법을 이용해 신물질 개발과 함께 고성능 유기 태양전지, 페로브스카이트 태양전지 연구를 수행 중이며, 다수의 연구성과를 세계적인 학술지들에 소개했다. 서 교수는 연구 분야에서 창의적이고 진취적인 연구활동을 수행해 국내 고분자 과학기술의 발전에 기여한 공로를 인정받아 신진학술상에 선정됐다.한편, 한국고분자학회는 1976년에 창립돼 현재 5,000명 이상의 회원이 활동하고 있는 국내 최대 규모 학회 중 하나로, 고분자와 관련된 화학, 물리학, 생물학, 공학 등 학문과 기술의 발전 및 보급에 기여하고 있다. 한국고분자학회는 박사학위 취득 후 7년 미만의 신진과학자들 중 고분자과학 및 공학 발전에 큰 기여를 한 우수한 젊은 과학자를 춘·추계 학술대회에서 각각 2명씩 선정해 신진학술상을 수여하고 있다.