SMART Lab
화학공학과 전상민
SMART Lab은 인간 건강과 지속가능한 사회를 위한 첨단 소재 및 에너지 변환 기술을 연구하는 화학공학 기반 융합 연구실입니다. 본 연구실은 나노기술, 표면/계면공학, 에너지 및 환경공학을 융합하여, 미래 사회가 요구하는 지속가능한 소재와 재생에너지 기술을 개발하는 데 중점을 두고 있습니다.
대표적인 연구 분야로는 수분 기반 에너지 수확 및 발전 기술, 태양열 증기 발생을 통한 해수담수화 및 수질정화, 기능성 나노소재 및 스마트 필터 개발 등이 있습니다. 수분 기반 발전 기술은 대기 중의 수분을 이용해 전기를 생산하는 친환경 에너지 수확 방식으로, 다양한 나노소재와 구조적 혁신을 통해 높은 에너지 전환 효율과 실용성을 확보하고 있습니다. 태양열 증기 발생 기술은 태양에너지를 활용해 깨끗한 물을 얻는 해수담수화 및 수질정화 시스템으로, 나노구조체와 생체모방 소재를 적용하여 효율성과 내구성을 극대화하고 있습니다.
또한, 연구실은 나노셀룰로오스, 전기방사 나노섬유, 마그네틱 나노입자 클러스터 등 다양한 첨단 소재를 활용하여, 공기 및 액체 중의 유해물질, 바이오 에어로졸, 병원성 미생물 등을 효과적으로 차단하거나 분리할 수 있는 고성능 스마트 필터를 개발하고 있습니다. 이러한 연구는 코로나19와 같은 감염병 확산 대응, 미세먼지 저감, 산업 및 환경 분야의 오염원 관리 등 다양한 사회적 요구에 부응하고 있습니다.
SMART Lab은 실험실 내에서의 기초 연구뿐만 아니라, 실제 산업 및 사회 문제 해결을 위한 응용 연구와 기술 상용화에도 적극적으로 참여하고 있습니다. 다수의 특허 출원 및 기술이전, 국내외 학술지 논문 발표, 산학협력 프로젝트 등을 통해 연구성과를 확산시키고 있으며, 미래 세대를 위한 지속가능한 기술 개발에 앞장서고 있습니다.
앞으로도 SMART Lab은 융합적 사고와 혁신적 연구를 바탕으로, 인류의 건강과 환경, 에너지 문제 해결에 기여하는 세계적인 연구실로 성장해 나갈 것입니다.
Nanoparticle Sensors
Hydrovoltaic Power Generation
Solar Steam Generation
수분 기반 에너지 수확 및 발전 기술
SMART Lab에서는 대기 중의 수분을 활용한 에너지 수확 및 발전 기술 개발에 주력하고 있습니다. Moisture-induced power generation(MPG) 및 Moisture-driven power generation(MDPG)은 대기 중의 수분을 흡수하여 전기를 생산하는 친환경 발전 방식으로, 별도의 외부 에너지 투입 없이도 높은 에너지 전환 효율을 자랑합니다. 이러한 기술은 자연계의 자발적인 표면 현상, 즉 물의 흡착과 확산, 이온의 농도 구배 등을 이용하여 전기를 생성하는 원리를 기반으로 하며, 다양한 소재와 구조적 혁신을 통해 발전 효율을 극대화하고 있습니다.
연구실에서는 셀룰로오스, 나노섬유, 금속산화물 등 다양한 소재를 활용하여 수분 기반 발전기의 성능을 향상시키고 있습니다. 예를 들어, 레이저 유도 그래피티화, 금속 나노입자 도핑, 이중막 구조 등 첨단 공정 기술을 적용하여 수분의 흡수와 이온 이동을 촉진하고, 전기적 출력의 안정성과 지속성을 높이고 있습니다. 또한, 다양한 환경 조건(저습도, 고염도 등)에서도 효율적으로 작동할 수 있는 시스템을 개발하고, 실제 응용을 위한 소형화 및 집적화 연구도 활발히 이루어지고 있습니다.
이러한 수분 기반 에너지 수확 기술은 미래의 분산형 에너지 공급, 사물인터넷(IoT) 센서, 웨어러블 디바이스 등 다양한 분야에 적용될 수 있습니다. 특히, 에너지 인프라가 부족한 지역이나 환경 친화적 에너지 솔루션이 필요한 곳에서 큰 역할을 할 것으로 기대되며, 지속가능한 사회 구현에 기여하고 있습니다.
지속가능한 태양열 증기 발생 및 수질 정화 기술
SMART Lab은 태양에너지를 활용한 지속가능한 물 정화 및 해수담수화 기술 개발에 집중하고 있습니다. Solar steam generation(SSG)은 태양광을 이용해 물을 증발시키고, 이를 통해 깨끗한 물을 얻는 기술로, 기존의 해수담수화 방식에 비해 에너지 소모가 적고 친환경적이라는 장점을 가지고 있습니다. 연구실에서는 에너지 흡수 및 집중화, 물 수송, 단열, 표면적 확대, 내염성 등 다양한 요소를 고려하여 고효율 SSG 시스템을 설계하고 있습니다.
특히, 나노구조체와 생체모방 소재(예: 나무 스크롤, 나노셀룰로오스, 마그네틱 나노입자 클러스터 등)를 활용하여 증발 효율을 극대화하고, 염분이 많은 환경에서도 염 석출을 방지하는 혁신적인 구조를 개발하고 있습니다. 레이저 유도 그래피티화, 미세채널 설계, 다공성 구조체 적용 등 첨단 공정 기술을 통해 태양열 흡수와 증발 효율을 높이고, 동시에 내구성과 재활용성을 확보하고 있습니다.
이러한 연구는 전 세계적으로 심각한 물 부족 문제 해결에 기여할 수 있으며, 저개발국가나 도서 지역 등 인프라가 부족한 곳에서도 적용 가능한 친환경 수질 정화 솔루션을 제공합니다. 더불어, 태양열 증기 발생 기술은 도시 냉방, 농업용수 공급, 산업용수 재활용 등 다양한 분야로 확장될 수 있어, 지속가능한 사회와 환경 보전에 중요한 역할을 하고 있습니다.
기능성 나노소재 및 스마트 필터 개발
SMART Lab에서는 다양한 기능성 나노소재와 스마트 필터 개발에도 주력하고 있습니다. 나노셀룰로오스, 전기방사 나노섬유, 마그네틱 나노입자 클러스터 등 첨단 소재를 활용하여, 기존 필터의 한계를 극복하고, 공기 및 액체 중의 유해물질, 바이오 에어로졸, 병원성 미생물 등을 효과적으로 차단하거나 분리할 수 있는 고성능 필터를 개발하고 있습니다. 특히, 코로나19와 같은 감염병 확산에 대응하기 위한 항균성, 생분해성, 친환경 소재 기반의 필터 연구가 활발히 이루어지고 있습니다.
연구실은 나노소재의 표면 개질, 다공성 구조 설계, 복합화 기술 등을 통해 필터의 여과 효율과 내구성을 동시에 향상시키고 있습니다. 또한, 자성 나노입자와 하이브리드 구조체를 이용한 신속 병원균 검출, 자동 재생이 가능한 필터 시스템, 솔벤트 프리 공정 등 실용성과 환경 친화성을 모두 고려한 연구가 진행되고 있습니다. 이러한 기술은 산업, 의료, 환경, 생활 등 다양한 분야에 적용될 수 있으며, 실제 상용화 및 특허 출원도 활발히 이루어지고 있습니다.
스마트 필터 및 기능성 나노소재 연구는 미세먼지, 바이러스, 중금속 등 다양한 오염원으로부터 인류의 건강을 보호하고, 쾌적한 생활환경을 조성하는 데 중요한 역할을 하고 있습니다. 앞으로도 SMART Lab은 첨단 나노기술을 바탕으로 지속가능하고 혁신적인 소재 및 시스템 개발을 선도해 나갈 것입니다.
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