신무환 연구실은 금속-유기 골격체(MOFs)와 다양한 나노소재를 활용한 차세대 에너지 저장 및 변환 소자 개발에 주력하고 있습니다. MOF는 금속 이온과 유기 리간드가 결합하여 형성되는 다공성 구조체로, 높은 표면적과 조성의 다양성, 구조적 유연성을 바탕으로 에너지 저장소자(리튬-공기 배터리, 슈퍼커패시터 등) 및 촉매 분야에서 큰 주목을 받고 있습니다. 연구실에서는 MOF를 기반으로 한 전극 소재의 합성, 구조 제어, 표면 기능화 기술을 개발하여, 기존 소재 대비 우수한 전기화학적 성능과 내구성을 확보하고자 합니다. 특히, MOF 유래 탄소/금속 산화물 복합체, 전기방사 나노섬유, 이온성 액체 등 다양한 나노소재를 융합하여 고성능 리튬-공기 배터리, 리튬이온 배터리, 전고체 배터리, 슈퍼커패시터 등 차세대 에너지 저장장치의 핵심 전극 및 전해질 소재를 개발하고 있습니다. 최근에는 MOF 기반의 코팅층을 활용하여 고니켈계 양극재의 구조적 안정성과 리튬 이온의 확산 특성을 향상시키는 연구도 활발히 진행 중입니다. 이러한 연구는 에너지 밀도, 수명, 안전성 등에서 기존 상용화된 배터리 소재의 한계를 극복하고, 전기차, 에너지 저장 시스템, 차세대 전자기기 등 다양한 응용 분야에 적용될 수 있는 혁신적인 소재 및 소자 기술을 창출하는 데 기여하고 있습니다.

본 연구실은 레이저를 활용한 나노/마이크로 공정 기술과 이를 기반으로 한 차세대 반도체 소자 개발에 집중하고 있습니다. 레이저 어닐링, 레이저 광열처리, 선택적 어닐링 등 다양한 레이저 기반 공정기술을 통해 반도체 박막, 금속-유기 골격체 박막, 나노소재의 성장 및 특성 제어를 수행합니다. 이러한 공정은 기존 열처리 방식에 비해 공정 시간이 짧고, 국부적·정밀한 에너지 전달이 가능하여 플렉서블 전자소자, 고집적 반도체 소자, 신개념 메모리 소자(RRAM 등) 개발에 매우 유리합니다. 특히, 연구실은 레이저를 이용한 금속-유기 골격체(MOF) 박막의 직접 성장 및 활성화 기술을 세계적으로 선도하고 있습니다. 이를 통해 RRAM(저항변화 메모리), 뉴로모픽 소자 등 차세대 메모리 소자에 MOF 기반 소재를 적용하는 연구를 활발히 진행 중입니다. 또한, 레이저 어닐링을 통한 반도체 계면 및 박막의 결정성, 결함, 도핑 특성 제어, 초박막 실리콘 접합 형성, 선택적 산화막 어닐링 등 다양한 반도체 공정 혁신 기술을 개발하고 있습니다. 이러한 레이저 공정 및 반도체 소자 연구는 고성능, 저전력, 고신뢰성의 차세대 메모리 및 센서 소자 개발에 핵심적인 역할을 하며, 반도체 산업의 미세화·고집적화 트렌드에 대응하는 첨단 기술 기반을 제공하고 있습니다.