본 연구실(MMSIL, Macromolecular Materials at Surfaces and Interfaces Lab)은 성균관대학교 화학공학과에 소속되어 있으며, 고분자 및 나노소재의 표면 및 계면에서의 구조와 물성, 그리고 이를 기반으로 한 첨단 응용기술 개발에 주력하고 있습니다. 연구실의 주요 연구 분야는 블록 공중합체의 자기조립을 통한 나노스케일 패터닝, 소프트 및 신축성 전자소자, 액체금속 복합체, 고분자 기반 에너지 저장 소재, 그리고 기능성 표면 코팅 등으로 매우 다양합니다.
특히, 블록 공중합체의 지향적 자기조립(DSA) 및 박막 내 미세구조 제어를 통해 반도체, 광학, 바이오센서 등 다양한 분야에 적용 가능한 고정밀 나노패턴을 개발하고 있습니다. 표면 거칠기, 3D 기판 지형, 박막 두께 등 다양한 외부 요인을 활용하여 미세구조 형성 메커니즘을 심층적으로 연구하며, 이를 통해 차세대 나노소재 및 기능성 표면을 창출하고 있습니다.
또한, 액체금속과 고분자 엘라스토머를 결합한 신축성 전자소자 및 웨어러블 디바이스 개발에 선도적인 역할을 하고 있습니다. 액체금속 복합체의 미세구조 제어, 전기적/기계적 특성 향상, 대면적 제조 공정 개발 등을 통해 트리보일렉트릭 나노발전기, 신축성 센서, 스마트 텍스타일 등 혁신적인 소프트 일렉트로닉스 플랫폼을 제시하고 있습니다.
고분자 및 유기 반도체 소재를 기반으로 한 에너지 저장 소자(슈퍼커패시터, 배터리 등)와 전기화학 촉매 개발에도 집중하고 있습니다. 분자 구조 설계, 계면 특성 향상, 전기화학적 안정성 확보를 위한 다양한 합성 및 가공 기술을 연구하며, 실제 산업적 응용 및 상용화에도 기여하고 있습니다.
마지막으로, 항오염, 발수, 김서림 방지 등 다양한 기능을 갖춘 고분자 표면 코팅 소재 개발을 통해 친환경적이고 고기능성의 첨단 소재를 구현하고 있습니다. 이러한 융합적 연구를 바탕으로, 본 연구실은 화학공학 및 재료공학 분야의 혁신을 선도하며, 미래형 나노소재 및 스마트 시스템 개발에 중추적인 역할을 하고 있습니다.
본 연구실은 블록 공중합체의 지향적 자기조립(Directed Self-Assembly, DSA) 기술을 활용하여 나노스케일에서의 정밀한 패터닝을 구현하는 데 집중하고 있습니다. 블록 공중합체는 서로 다른 두 종류 이상의 고분자가 결합된 구조로, 미세한 나노 구조를 자발적으로 형성할 수 있는 특성을 지니고 있습니다. 이러한 자기조립 현상을 제어함으로써, 기존의 리소그래피 한계를 극복하고 고해상도의 나노패턴을 대면적으로 구현할 수 있습니다.
연구실에서는 표면의 거칠기, 기판의 3차원 지형, 박막의 두께 변화 등 다양한 외부 요인을 조절하여 블록 공중합체의 미세 구조 형성을 유도합니다. 이를 통해 실리콘 기반 반도체, 광학 소자, 바이오센서 등 다양한 분야에 적용 가능한 나노패턴을 개발하고 있습니다. 특히, 박막 내에서의 상분리 거동, 계면에서의 미세 구조 변화, 그리고 다층 구조의 형성 메커니즘에 대한 심층적인 연구를 수행하고 있습니다.
이러한 연구는 차세대 반도체 제조, 고성능 센서, 기능성 표면 코팅 등 첨단 산업에 필수적인 나노구조 제어 기술을 제공하며, 미래의 고집적 소자 및 스마트 소재 개발에 기여하고 있습니다. 또한, 블록 공중합체의 자기조립을 기반으로 한 새로운 나노소재 및 기능성 표면의 창출을 통해 소재 과학 및 화학공학 분야의 혁신을 이끌고 있습니다.
소프트 및 신축성 전자소자와 액체금속 복합체
연구실은 신축성과 유연성을 갖춘 소프트 전자소자 및 액체금속 복합체 개발에 선도적인 역할을 하고 있습니다. 액체금속(예: 갈륨 기반 합금)과 고분자 엘라스토머를 결합하여, 기존 전자소자와 달리 늘어나고 구부러질 수 있는 전도성 소재 및 소자를 구현합니다. 이러한 소자는 웨어러블 디바이스, 바이오의료 센서, 에너지 하베스팅 등 다양한 첨단 응용 분야에서 높은 활용도를 보입니다.
특히, 액체금속 입자 또는 마이크로와이어를 고분자 매트릭스 내에 분산시키거나 패터닝함으로써, 신축성, 자가치유성, 변형 감지 등 다양한 기능을 동시에 구현할 수 있습니다. 연구실에서는 액체금속 복합체의 미세구조 제어, 전기적/기계적 특성 향상, 그리고 대면적 제조 공정 개발에 중점을 두고 있습니다. 또한, 트리보일렉트릭 나노발전기, 신축성 센서, 스마트 텍스타일 등 혁신적인 소프트 일렉트로닉스 플랫폼을 제시하고 있습니다.
이러한 연구는 기존의 경직된 전자소자 한계를 극복하고, 인간의 피부나 조직과 유사한 물성을 갖는 차세대 전자소자 개발에 기여합니다. 더불어, 다양한 외부 자극(온도, 압력, 자기장 등)에 반응하는 스마트 소재 및 시스템을 구현함으로써, 미래형 웨어러블 및 헬스케어 산업의 핵심 기술을 선도하고 있습니다.
고분자 기반 에너지 저장 및 기능성 표면 코팅
본 연구실은 고분자 및 유기 반도체 소재를 활용한 차세대 에너지 저장 소자와 기능성 표면 코팅 기술 개발에도 집중하고 있습니다. 특히, 도너-억셉터 구조의 공중합체, 전도성 고분자, 그리고 다양한 나노구조체를 설계하여 슈퍼커패시터, 배터리, 전기화학 촉매 등 고성능 에너지 소자에 적용하고 있습니다. 고분자 전극의 분자 구조 제어, 계면 특성 향상, 전기화학적 안정성 확보를 위한 다양한 합성 및 가공 기술을 연구하고 있습니다.
또한, 표면의 습윤성, 발수성, 방오성, 김서림 방지 등 다양한 기능을 갖춘 고분자 코팅 소재 개발도 활발히 이루어지고 있습니다. 나노 및 마이크로 구조를 표면에 구현함으로써, 항오염, 항균, 광학적 특성 제어 등 다양한 응용이 가능합니다. 연구실은 특허 등록 및 산업체 협력을 통해 실제 제품화 및 상용화에도 기여하고 있습니다.
이러한 연구는 에너지 효율 향상, 친환경 소재 개발, 고기능성 표면 구현 등 사회적 요구에 부응하며, 화학공학 및 재료공학 분야의 융합적 발전을 이끌고 있습니다. 미래의 지속가능한 에너지 및 첨단 소재 산업에서 중요한 역할을 수행하고 있습니다.
Achieving exceptional elasto-dielectric properties in soft and stretchable elastomers through liquid metal particle incorporation: a comprehensive insight into fundamentals and multifaceted applications
Dr.Priyanuj, Mukesh
Advanced Composites and Hybrid Materials, 1970
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D. Patra, S. Ghosh, R. Parida, S. K. Pati, S. K. Martha, J. Y. Lee and S. Park*, 2025, Submitted
D. Patra, S. Ghosh, R. Parida, S. K. Pati, S. K. Martha, J. Y. Lee, S. Park*
, 2025
3
Biphasic Ni-MXene Quantum-confined nanostructures: A Versatile Janus Platform for Advanced Energy Storage and Catalytic Oxidations
L. Mohapatra‡, S. K. Pati‡, D. Patra‡, K. Jim*, S. Park*, S. H. Yoo*
