CNU AEEM Lab
전기공학과 나정효
충남대학교 AEEM 연구실은 압전 및 마찰전기 효과를 기반으로 한 에너지 하베스팅 소자와 첨단 센서 개발을 선도하는 연구실입니다. 본 연구실은 나노소재, 고분자 복합체, 표면 기능화 등 다양한 첨단 소재 및 공정 기술을 융합하여, 외부 전원 없이도 자가 구동이 가능한 에너지 하베스팅 소자와 고성능 센서를 개발하고 있습니다. 이러한 소자들은 IoT 환경에서의 센서 네트워크, 웨어러블 디바이스, 바이오메디컬 응용 등 다양한 분야에 적용될 수 있습니다.
또한, 본 연구실은 초미세먼지 등 환경 유해물질을 효과적으로 제거할 수 있는 고성능 필터 미디어 개발에도 집중하고 있습니다. 전기방사 나노섬유, 고유전율 고분자, 항균성 및 자외선 차단 기능을 갖춘 복합 소재를 이용하여, 초박형·경량·유연한 필터를 구현하고 있습니다. 이러한 필터는 실내외 공기질 개선, 산업 현장 및 생활 환경의 미세먼지 저감, 바이러스 및 세균 차단 등 다양한 환경 응용 분야에서 활용되고 있습니다.
전자기 간섭(EMI) 차폐 소재 및 3D 프린팅 전자재료 개발도 연구실의 주요 연구 분야입니다. MXene, 페로일렉트릭 고분자, 나노섬유 복합체 등 첨단 소재를 활용하여 경량·초박형·유연한 EMI 차폐 소재를 개발하고, 3D 프린팅을 통한 맞춤형 구조 설계 및 대면적 제조 기술을 연구하고 있습니다. 이러한 연구는 5G/6G 통신, 자율주행, 항공우주, 의료기기 등 첨단 산업 분야에서 요구되는 고성능 EMI 차폐 솔루션 제공에 기여하고 있습니다.
본 연구실은 다양한 국내외 연구과제와 산학협력을 통해 실용화 및 상용화 연구도 활발히 진행하고 있습니다. 다수의 특허 등록 및 논문 발표, 국제 학술대회 초청 강연, 우수 연구상 수상 등 연구 역량을 인정받고 있으며, 창의적이고 도전적인 연구 환경을 바탕으로 미래 에너지 및 환경 문제 해결에 앞장서고 있습니다.
앞으로도 충남대학교 AEEM 연구실은 에너지 하베스팅, 환경 응용, 전자재료 및 센서 분야에서 혁신적인 연구를 지속적으로 수행하여, 차세대 스마트 사회 구현에 기여할 것입니다.
Triboelectric Nanogenerators
Electromagnetic Interference Shielding Materials
Energy Harvesting Devices
압전 및 마찰전기 기반 에너지 하베스팅 소자
우리 연구실은 압전 및 마찰전기 효과를 활용한 에너지 하베스팅 소자 개발에 중점을 두고 있습니다. 압전소자는 외부의 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 특성을 가지고 있으며, 마찰전기 소자는 서로 다른 재료 간의 접촉과 분리 과정에서 발생하는 전하를 이용해 전기를 생성합니다. 이러한 소자들은 외부 전원 없이도 다양한 환경에서 자가 구동이 가능하다는 장점이 있습니다.
특히, 본 연구실은 나노소재와 고분자 복합체를 이용한 소자 구조의 최적화, 표면 기능화 및 나노임프린트 패터닝 등 다양한 공정 기술을 적용하여 소자의 출력 성능을 극대화하고 있습니다. 최근에는 페로브스카이트, MXene, 고유전율 고분자 등 첨단 소재를 도입하여 에너지 변환 효율을 높이고, 유연하고 내구성이 뛰어난 소자 개발에 성공하였습니다. 또한, 압전-마찰 듀얼모드 소자, 광-기계 복합 하베스팅 소자 등 차세대 융합 소자 연구도 활발히 진행 중입니다.
이러한 에너지 하베스팅 소자는 IoT 환경에서 센서의 자가 구동 전원으로 활용될 수 있으며, 웨어러블 디바이스, 바이오메디컬 센서, 환경 모니터링 등 다양한 분야에 적용이 가능합니다. 앞으로도 본 연구실은 에너지 하베스팅 소자의 소형화, 고성능화, 상용화 기술 개발을 통해 미래 에너지 솔루션을 선도할 계획입니다.
초미세먼지 대응 고성능 필터 및 환경 응용
본 연구실은 초미세먼지 등 환경 유해물질을 효과적으로 제거할 수 있는 고성능 필터 미디어 개발에도 집중하고 있습니다. 전기방사 공정을 이용한 나노섬유 기반 필터, 고유전율 고분자 및 기능성 나노입자 복합체를 적용한 필터 등 다양한 소재와 구조를 연구하여, 초박형·경량·유연한 필터를 구현하고 있습니다.
특히, 고분자 나노섬유에 항균성, 자외선 차단, 고효율 여과 성능을 부여하는 표면 개질 및 복합화 기술을 개발하여, 기존 필터 대비 낮은 압력 강하와 높은 여과 효율을 동시에 달성하였습니다. 또한, 세척 후에도 성능 저하 없이 재사용이 가능한 내구성 필터, 자연 환기가 가능한 창문형 필터 등 실생활 적용이 가능한 다양한 제품화 연구도 진행 중입니다. 최근에는 MXene, 페로브스카이트 등 첨단 소재를 도입하여 전자기 차폐 기능, 항균 성능, 초미세먼지 포집 효율을 극대화하는 연구도 활발히 이루어지고 있습니다.
이러한 필터 기술은 실내외 공기질 개선, 산업 현장 및 생활 환경의 미세먼지 저감, 바이러스 및 세균 차단 등 다양한 환경 응용 분야에서 큰 파급 효과를 기대할 수 있습니다. 앞으로도 본 연구실은 친환경적이고 지속 가능한 고성능 필터 및 환경 응용 기술 개발을 통해 사회적 문제 해결에 기여하고자 합니다.
전자기 간섭(EMI) 차폐 및 3D 프린팅 전자재료
현대 전자기기 및 IoT 환경에서 전자기 간섭(EMI) 문제는 점차 심각해지고 있습니다. 본 연구실은 EMI 차폐를 위한 흡수 기반의 첨단 소재 및 구조 개발에 주력하고 있습니다. MXene, 고분자 복합체, 나노섬유, 페로일렉트릭 고분자 등 다양한 소재를 활용하여, 경량·초박형·유연한 차폐 소재를 개발하고, 3D 프린팅을 통한 맞춤형 구조 설계 및 대면적 제조 기술을 연구하고 있습니다.
특히, 전기적 분극 및 표면 패터닝을 통한 전자기파 흡수 메커니즘 강화, 다공성 및 도전도 그라디언트 구조 설계, 표면 개질을 통한 저반사 특성 구현 등 다양한 혁신적 접근을 시도하고 있습니다. 또한, FDM 프린팅용 필라멘트, 3D 프린팅 기반 센서 및 필터 미디어 등 차세대 전자재료의 상용화 연구도 활발히 이루어지고 있습니다.
이러한 연구는 5G/6G 통신, 자율주행, 항공우주, 의료기기 등 다양한 첨단 산업 분야에서 요구되는 고성능 EMI 차폐 솔루션 제공에 기여할 수 있습니다. 앞으로도 본 연구실은 3D 프린팅과 첨단 소재 융합을 통한 맞춤형 전자재료 및 EMI 차폐 기술의 혁신을 선도할 것입니다.
1
A vanadium-doped ZnO Nanosheets-Polymer composite for flexible piezoelectric nanogenerators
S.-H. Shin, Y. H. Kwon, M. H. Lee*, J.-Y. Jung, J. H. Seol, J. Nah*
Nanoscale, 2016
2
Piezoelectric Properties of CH3NH3PbI3 Perovskite thin films and application for piezoelectric generators
Y.-J. Kim, T.-V. Dang, H.-J. Choi, B.-J. Park, J.-H. Eom, H.-A. Song, D. Seol, Y. Kim, S. -H. Shin, J. Nah*, S. -G. Yoon*
J. Mater. Chem. A, 2016
3
Phosphorus-doped Zinc Oxide p-n Homojunction Thin Film for Flexible Piezoelectric Nanogenerators
Y. H. Kwon, D.-H. Kim, H.-K. Kim*, J. Nah*
Nano Energy, 2015
1
마찰표면 대전도 및 유전체 분극 조절기술에 의한 에너지 수확 소자 성능 향상 및 응용 센서 개발
2
Industry 4.0 산업용 무선 시스템 구축을 위한 기초 연구실
