나노시스템응용연구실은 폴리우레탄 폼의 구조 제어 및 복합재료 개발을 통해 자동차, 건축, 산업용 등 다양한 분야에서 요구되는 고성능 소재를 연구하고 있습니다. 특히, 폴리우레탄 폼의 셀 구조와 기공 특성을 미세하게 조절함으로써 경량화, 내구성, 흡음성, 쿠션성 등 다양한 물성을 극대화하는 데 주력하고 있습니다. 이를 위해 다양한 유기 및 무기 충전제, 바이오 기반 원료, 나노입자 등을 도입하여 폼의 기능성을 향상시키고, 환경 친화적인 소재 개발에도 힘쓰고 있습니다. 연구실에서는 자동차 시트 패드, 흡음재, 단열재 등 실제 산업 현장에서 요구되는 제품의 성능을 실험적으로 평가하고, 각종 기계적·물리적 특성(예: 히스테리시스 손실, 처짐 인자, 소음 저감 효과 등)을 정량적으로 분석합니다. 또한, 멜라민, 실리카, EPS, CaCO3 등 다양한 입자 및 첨가제를 활용하여 복합 폼의 흡음 성능과 내구성을 극대화하는 연구를 수행하고 있습니다. 이러한 연구는 국내외 특허 출원과 기술이전, 산업체 협력 등으로 이어지며, 실제 제품화 및 상용화에 기여하고 있습니다. 최근에는 바이오 기반 폴리올을 이용한 친환경 폴리우레탄 폼, 이중층 구조를 통한 흡음 성능 향상, 나노입자 분산 기술 등 첨단 소재 공정 기술도 적극적으로 도입하고 있습니다. 이를 통해 지속가능한 소재 개발과 더불어, 미래형 자동차 및 친환경 건축자재 분야에서의 혁신적인 솔루션을 제공하고 있습니다.

본 연구실은 태양광을 활용한 물분해 수소생산용 광촉매 및 광전기화학(PEC) 전극 소재 개발에 집중하고 있습니다. 다양한 금속 산화물, 황화물, 금속-유기 골격체(MOF) 기반의 이종접합 광촉매를 합성하여, 태양광 에너지의 효율적 변환과 수소 생산 효율 극대화를 목표로 하고 있습니다. 특히, CdS, CdSe, ZnS, BiVO4, WO3, g-C3N4 등 다양한 반도체 소재를 조합한 이종접합 구조를 설계하여, 전하 분리 효율을 높이고 광반응 활성도를 향상시키는 연구를 수행하고 있습니다. 광촉매의 미세구조, 표면 특성, 밴드갭 조절, 도핑 및 표면 개질 등 다양한 합성 및 공정 기술을 적용하여, 광촉매의 내구성, 광흡수 특성, 전하 이동 특성 등을 체계적으로 분석합니다. 또한, PEC 전극의 제조 및 성능 평가를 위해 XRD, XPS, SEM, TEM, UV-Vis 등 첨단 분석 장비를 활용하며, 실제 수소 생산 실험을 통해 광전기화학적 효율을 정량적으로 측정합니다. 최근에는 MOF 기반 삼중 금속 복합체, Z-스킴 구조, 코어-쉘 구조 등 혁신적인 광촉매 설계도 활발히 진행 중입니다. 이러한 연구는 에너지·환경 문제 해결을 위한 차세대 청정에너지 기술로서, 국내외 학술지 논문 발표, 특허 출원, 정부 및 산업체 연구과제 수행 등으로 이어지고 있습니다. 나아가, 실용화 및 대규모 수소 생산 시스템 개발을 위한 기반 기술 확보에도 기여하고 있습니다.

연구실은 셀룰로오스 나노섬유(CNF) 및 바이오 기반 복합소재의 제조와 응용에도 활발히 연구를 진행하고 있습니다. TEMPO 산화, 기계적 분쇄, 화학적 개질 등 다양한 공정을 통해 고순도, 고분산성의 셀룰로오스 나노섬유를 제조하고, 이를 폴리우레탄, 폴리비닐알코올 등 고분자 매트릭스와 복합화하여 차세대 친환경 소재를 개발합니다. 이러한 바이오 기반 복합소재는 경량화, 고강도, 우수한 열적·기계적 특성, 그리고 환경 친화성 등 다양한 장점을 지니고 있습니다. 특히, 셀룰로오스 나노섬유를 활용한 하이드로젤, 종이형 분리막, 슈퍼커패시터, 리튬이온 배터리 분리막 등 첨단 에너지 및 환경 소재 개발에 주력하고 있습니다. 나노섬유의 표면 개질, 분산 안정성, 기공 구조 제어 등 소재의 미세구조와 기능성 향상을 위한 연구도 병행하고 있습니다. 또한, 바이오매스 기반 원료의 활용을 통해 지속가능한 소재 개발과 환경오염 저감에도 기여하고 있습니다. 이러한 연구는 RSC Advances, ACS Applied Nano Materials 등 국제 저명 학술지에 다수의 논문으로 발표되고 있으며, 산업체와의 공동연구 및 기술이전, 정부 지원 과제 수행 등 실질적인 사회적 파급효과를 창출하고 있습니다.