한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 이건재 교수 연구팀이 진피층에 균일하게 빛을 전달할 수 있는 피부 노화 억제용 발광다이오드(LED) 마스크를 개발했다고 29일 밝혔다. 최근 주름·처짐·탄력 저하 등 피부 노화 문제에 대응해 비침습적 방식의 웨어러블 LED 마스크가 주목받아왔으나, 기존 제품이 딱딱한 구조와 점 발광(점으로 보이는 발광 형태) 방식으로 인해 광손실이 발생, 치료용 빛이 진피층까지 균일하게 전달되지 못하는 한계가 있다는 지적이 있는 상황에서 KAIST의 이번 LED 마스크 개발이 주목된다. 연구팀은 3770개의 마이크로 LED와 광 확산층(광원이 방출하는 빛을 고르게 분산시켜 균일한 발광을 유도하는 층)을 활용해 면 발광 방식의 유연한 LED 마스크를 개발했다. 유연한 기판에 3차원 종이접기 구조를 적용, 얼굴의 굴곡과 돌출된 부분에 완벽하게 밀착할 수 있도록 설계했다. 이를 통해 1.5㎜ 깊이 진피까지 빛을 균일하게 전달함으로써 진피 내 미토콘드리아를 자극하고 콜라겐과 탄력 섬유 합성을 촉진해 피부 재생을 유도할 수 있다. 연구팀은 피부 탄력·주름·처짐·모공 등 8가지 모든 피부 노화 지표에서 탁월한 개선 효과를 확인했다. 33명의 피
최근 '스타링크'와 같은 초연결 인터넷망과 빠른 통신이 가능한 6G 기술, 초고속 연산장치들이 개발됨에 따라 이들과 쉽게 융합될 수 있는 초소형 고성능 장치들이 요구되고 있다. 이를 위해 감도가 좋은 센서 소재, 외부 자극을 감지할 수 있는 스마트 소재, 해킹이 불가능한 보안 소재 등 혁신적인 신소재 기술의 중요성이 날로 커지고 있다. KAIST는 신소재공학과 김상욱 교수 연구팀이 생명화학공학과 리 섕 교수, 전기및전자공학부 권경하 교수, DGIST 로봇 및 기계전자공학과 김봉훈 교수와 함께 4차 산업혁명의 핵심 분야인 사물인터넷(IoT)을 크게 혁신할 수 있는 핵심 신소재를 소개하는 초청 논문을 발표했다고 22일 밝혔다. 김상욱 교수 연구팀은 그간 초미세 반도체회로 구현을 위한 블록공중합체 자기조립 제어(Directed Self-Assembly; DSA) 연구 분야를 세계 최초로 개척했고, 이를 실제 반도체 리소그라피 공정과 융합하는 데 성공해 국제 반도체 로드맵에 등록시켰다. 최근까지도 이 나노소재 기술을 반도체뿐만이 아니라 보안소자, 센서, 유저 인터페이스 등에 다양하게 적용하는 연구 방향을 제시해 국제적으로 선도해왔고, 이번에 그 중요성과 과학기술적
곤충의 시신경계를 모방해 초고속, 저전력 동작이 가능한 신개념 '지능형 센서' 반도체가 개발됐다. 한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 김경민 교수 연구팀이 다양한 멤리스터(Memristor) 소자를 융합해 곤충 시신경의 시각 지능을 모사하는 지능형 동작 인식 소자를 개발하는 데 성공했다고 19일 밝혔다. 멤리스터는 메모리(Memory)와 저항(Resistor)의 합성어로, 입력 신호에 따라 소자 저항 상태가 변하는 전자소자를 말한다. 인공지능(AI) 기술 발전과 함께 이를 활용한 비전 시스템은 이미지 인식, 객체 탐지 및 동작 분석과 같은 다양한 작업에서 핵심적 역할을 수행하고 있다. 하지만 기존 비전 시스템은 이미지 센서에서 수신된 신호를 복잡한 알고리즘을 이용, 물체와 그 동작을 인식한다. 이런 방식은 상당한 양의 데이터 트래픽(통신량)과 높은 전력 소모로 모바일이나 사물인터넷 장치에 적용하기 어렵다. 연구팀은 다양한 기능의 멤리스터 소자들을 집적, 곤충의 시신경을 직접 모사해 사물의 움직임을 판단할 수 있음을 확인했다. 곤충은 기본 동작 감지기라는 시신경 회로로 시각 정보를 효과적으로 처리해 물체를 탐지하고 동작을 인식하는데 탁월한 능력을 보인다.
KAIST는 신소재공학과 홍승범 교수 연구팀이 전남대학교 융합바이오시스템기계공학과 김장호 교수 연구팀과 협업을 통해 하이드록시아파타이트(HAp)의 고유한 골 형성 능력을 활용해 압력을 가했을 때 전기적 신호가 발생하는 생체 모방 지지체를 개발했다고 25일 밝혔다. 하이드록시아파타이트란 뼈나 치아에서 발견되는 염기성 인산칼슘으로 생체 친화적인 특징이 있으며, 충치를 예방하는 특성이 있어 치약에도 쓰이는 미네랄 물질이다. 이전의 압전 지지체 관련 연구들은 압전성이 뼈 재생을 촉진하고 골 융합을 향상하는 효과를 다양한 고분자 기반 소재에서 확인했지만, 최적의 골조직 재생에 필요한 복잡한 세포 환경을 모사하는 데 한계가 있었다. 그러나 이번 연구는 하이드록시아파타이트 고유의 골 형성 능력을 활용해 생체의 골조직 환경을 모방하는 소재를 개발한 것으로, 연구팀은 새로운 방법을 제시했다. 연구팀은 하이드록시아파타이트를 고분자 필름과 융합하는 제조 공정을 개발했다. 이 공정으로 제작된 유연하고 독립적인 지지체는 실험 쥐를 대상으로 한 체외 및 체내 실험에서 뼈 재생을 가속하는 놀라운 잠재력을 입증했다. 또한 연구팀은 동 지지체의 골 재생 효과의 원인을 다각도로 밝혀냈다.
KAIST는 전기및전자공학부 최성율 교수 연구팀과 신소재공학과 김일두 교수 연구팀이 공동연구를 통해 강한 빛을 다양한 탄소 기반 소재에 조사해, 0.02초 이내에 나노입자 촉매와 단일원자(single atom) 촉매를 진공 시설이 없는 대기 조건에서 합성하고 우수한 촉매 성능을 구현하는데 성공했다고 6일 밝혔다. 연구팀은 2022년 4월 제논 램프 빛을 조사해 금속산화물의 상(phase) 변화와 표면에 촉매 입자가 생성될 수 있음을 최초로 밝혔고 그 후속으로 소재의 광열효과를 유도하는 합성법에 대한 연구를 진행했다. 이에 초고온(1800~3000oC)과 빠른 승/하온 속도(105 oC/초)를 통해 기존의 합성법으로는 구현할 수 없는 촉매 입자를 합성하는 데 성공했다. 이번 기술은 대면적의 빛을 활용하고 대기 중의 환경에서 매우 빠른 시간(0.02초 이내)에 고엔트로피 촉매 및 단일원자 촉매의 합성을 세계 최초로 구현한 기술이다. 광열효과가 뛰어난 소재(탄소 나노섬유, 그래핀 산화물, 맥신(Mxene))에 다종 금속 염을 고르게 섞어주고 빛을 가하게 되면 초고온 및 매우 빠른 승/하온 속도를 기반으로 최대 9성분계의 합금 촉매를 합성할 수 있음을 밝혔다. 합금
한국과학기술원(KAIST) 신소재공학과 조은애 교수·포항공대(POSTECH) 화학공학과 한정우 교수 공동 연구팀은 수소차 연료 전지에 사용되는 촉매인 백금을 대체할 비귀금속 촉매를 개발했다고 22일 밝혔다. 수소차에 사용되는 '양이온 교환막 연료전지(PEMFC)'는 전기화학 반응 속도를 높이기 위해 전극에 많은 양의 백금 촉매를 사용한다. 연구팀은 백금을 대체할 수 있는 공기극용 '단일 원자 철·질소·탄소·인 소재'를 개발하고, 활성 메커니즘을 규명했다. 이 소재는 탄소에 미량의 철 원소가 원자 단위로 분산돼 있고, 그 주변을 질소와 인이 결합하는 구조라고 연구팀은 설명했다. 이 소재를 촉매로 이용하면 현재 상용 제품에 적용되고 있는 PEMFC뿐만 아니라 차세대 연료전지인 '음이온 교환막 연료전지(AEMFC)'에도 적용할 수 있다. 귀금속인 백금보다 1000분의 1 이상 저렴해 가격 경쟁력을 확보할 수 있다고 연구팀은 덧붙였다. 조은애 교수는 "연료전지는 복잡한 반응 장치라서 새로운 촉매가 개발되더라도 실제 연료전지에 적용하기는 어려운 경우가 많은데 이번에 개발한 촉매는 양이온 교환막 연료전지와 음이온 교환막 연료전지에 적용해 모두 성능을 높이는 데 성공했다
KAIST 신소재공학과 강지형 교수와 바이오및뇌공학과 박성준 교수 공동연구팀이 고전도성, 유사 조직 접착성 하이드로겔이란 신소재를 개발, 고성능 생체전자 기기를 구현했다고 4일 밝혔다. 대부분 전기 전도도가 높을수록 전도성 도메인들의 결정성이 높아지는 원리에 의해, 전도성이 높은 하이드로겔은 딱딱해지고, 부드러운 하이드로겔은 전도성이 낮을 수밖에 없다는 한계를 가진다. 이에 따라 전도성 고분자를 사용하는 하이드로겔 중, 전기 전도도가 높으면서도(10 S/cm 이상) 부드러운 물성(100 kPa 이하)을 가진 하이드로겔은 지금까지 보고된 바 없었다. KAIST 강지형 교수 연구팀은 기존에 없었던 고전도성, 유사 조직 물성 하이드로겔을 개발했다. 이 하이드로겔은 보고된 전도성 고분자 하이드로겔 중 가장 높은 전기 전도도(247 S/cm)를 띄며, 조직과 비슷한 물성(탄성율=60 kPa, 파괴변형률=410%)을 갖는다. 또한 이 재료는 지속적인 움직임과 팽창, 수축이 있는 심장, 위와 같은 조직에서 안정적으로 기기가 작동하기 위해 필수조건인 조직에 쉽게 접착되는 장점을 가지고 있다. 공동연구팀은 원하는 생체 조직에 맞게 조정하고 그 형태에 맞추는 주형의 그물 구조
어둠에서도 약 70% 성능으로 염료분자 제거해 햇빛을 받아야만 반응하는 기존 광촉매의 개념을 뒤집은, 빛 없이도 화학반응을 일으키는 새로운 광촉매 기술이 개발됐다. UNIST 신소재공학과 신형준 교수팀이 기존 이산화 티타늄 광촉매 위에 탄소나노소재를 증착시킨 형태로 광촉매를 설계해, 햇빛이 없을 때도 유기 오염물질 제거·살균 효과가 있는 광촉매를 개발했다고 밝혔다. 광촉매가 물을 분해해 만드는 수산화 라디컬(OH·)은 미세플라스틱, 폐염료 같은 유기 오염물질을 분해하고 살균 효과도 있어 광촉매를 폐수처리나 공기 정화 기술에 쓸 수 있지만, 이산화 티타늄(TiO2) 광촉매는 고에너지 자외선으로 활성화돼야만 물을 분해할 수 있다. 연구팀이 개발한 복합 촉매는 햇빛이 광촉매를 활성화하는 과정 없이 물을 분해해 수산화 라디컬을 만든다. 이는 이산화 티타늄과 탄소나노소재인 풀러렌 사이에 생긴 ‘전자 수용 에너지 준위’ 덕분이라는 설명이다. 이 촉매로 유기 오염물을 대표하는 염료 분자를 빛이 없는 환경에서 분해하는 실험을 해 본 결과, 70%의 염료 분해 효과를 보였다. 또 빛이 있을 때는 기존의 광촉매 효과를 이용할 수 있으며, 한 번 사용한 광촉매를 재사용 할 수도
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UPDATE: 2024년 11월 24일 21시 28분
