나노시스템응용연구실은 폴리우레탄 폼의 셀 구조 제어를 통한 흡차음 성능 향상 및 기계적 특성 개선에 중점을 두고 연구를 진행하고 있습니다. 폴리우레탄 폼은 자동차, 건축, 전자 등 다양한 산업 분야에서 경량화, 흡음, 완충재 등으로 널리 사용되고 있으며, 연구실에서는 셀의 크기, 분포, 개방도 등 미세구조를 정밀하게 조절하여 원하는 특성을 극대화하는 기술을 개발하고 있습니다. 특히, 다양한 종류의 충진제(멜라민, 실리카, 카본, EPS 등)와 바이오 기반 폴리올, 촉매 조성의 최적화를 통해 폼의 물리적, 음향적, 환경적 성능을 동시에 향상시키는 연구를 수행합니다. 이를 위해 저분자량 폴리올, 다양한 이소시아네이트, 분산제, 나노입자 등을 활용하여 셀 구조의 균일성과 기공의 연결성을 조절하고, 복합구조의 다층 폼을 설계함으로써 저주파 및 고주파 영역 모두에서 우수한 흡음 특성을 구현합니다. 이러한 연구는 자동차 내장재, 건축용 흡음재, 친환경 소재 등 실용적 응용 분야에 직접적으로 연결되며, 최근에는 바이오매스 기반 원료를 활용한 친환경 폼 개발, VOCs 저감, 재활용성 향상 등 지속가능한 소재 개발에도 집중하고 있습니다. 연구실의 축적된 노하우와 다양한 분석 장비(DMA, DSC, UTM 등)를 바탕으로, 폴리우레탄 폼의 차세대 고기능화 및 산업적 확장에 기여하고 있습니다.

본 연구실은 태양광을 활용한 물 분해 및 수소 생산을 위한 고효율 광촉매와 광전기화학(PEC) 전극 소재 개발에 주력하고 있습니다. 광촉매는 태양광을 흡수하여 물을 분해하고, 친환경적으로 수소를 생산할 수 있는 핵심 소재로, 연구실에서는 다양한 금속 황화물(ZnS, CdS, CuS 등), 산화물(BiVO4, WO3, ZnO 등), 금속유기골격체(ZIF, MOF 등) 기반의 이종접합 구조를 설계하여 광활성 및 전하 분리 효율을 극대화하고 있습니다. 특히, 도핑, 결함공학, 표면 개질, 이종접합(Z-스킴, 코어-쉘 등) 등 다양한 소재공학적 접근을 통해 광촉매의 밴드갭 조절, 광흡수 범위 확장, 전하 이동 및 분리 효율 향상, 내구성 개선을 실현하고 있습니다. 또한, PEC 전극의 경우, 전극 표면의 수소 발생 반응성 향상과 전하 이동 저항 감소를 위해 나노구조화, 표면 개질, 복합화 기술을 적용하고, XRD, XPS, SEM, TEM, PL, TRPL 등 첨단 분석기법을 활용하여 소재의 구조적·광학적 특성을 정밀하게 평가합니다. 이러한 연구는 청정에너지 전환, 수소경제 실현, 환경정화(유기오염물 분해, 수질·대기 정화) 등 사회적 요구에 부응하는 혁신적 소재 개발로 이어지고 있습니다. 최근에는 금속유기골격체 기반 광촉매, 바이오매스 유래 촉매, 고성능 PEC 시스템 등 차세대 에너지 및 환경 소재 개발에도 연구의 폭을 넓히고 있습니다.

연구실은 외부 자극(열, 빛 등)에 따라 형태를 기억하고 복원하는 형상기억 엘라스토머(SME) 및 고기능성 복합재 개발에도 선도적인 연구를 수행하고 있습니다. 형상기억 폴리우레탄(SMPU)은 우수한 기계적 특성과 프로그래밍 가능한 변형 복원 능력으로 의료, 로봇, 스마트 구조물 등 다양한 분야에서 각광받고 있습니다. 본 연구실에서는 분자설계, 고분자 네트워크 구조 제어, 첨가제(우레아 결합, 나노필러 등) 도입을 통해 형상기억 특성, 기계적 강도, 내구성, 반복 사용성 등을 극대화하는 기술을 개발하고 있습니다. 특히, 이종 이소시아네이트, 바이오 기반 폴리올, 우레아 결합 도입, 트랜스카바모일화 반응 등 혁신적 합성법을 적용하여, 다단계 형상기억, 고온·저온 환경 적응, 자가치유 등 다양한 기능을 구현합니다. 이와 더불어, 복합재료의 경우, 무기필러, 나노입자, 바이오매스 기반 첨가제 등을 활용하여 열적, 기계적, 전기적 성능을 동시에 향상시키고, 다양한 산업적 요구에 부합하는 맞춤형 소재를 개발하고 있습니다. 이러한 스마트 소재 연구는 차세대 의료기기, 웨어러블 디바이스, 에너지 저장소자 등 첨단 융합기술 분야로의 확장 가능성을 보여주고 있습니다.