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iNMRL

전북대학교 화학공학부

김세중 교수

Dielectrophoresis

Perovskite Solar Cells

Carbon Quantum Dots

iNMRL

화학공학부 김세중

iNMRL(통합 나노소재 연구실)은 첨단 나노소재의 합성, 구조 제어, 그리고 이를 기반으로 한 전자·에너지·바이오 소자 개발에 주력하는 연구실입니다. 본 연구실은 그래핀, 탄소 양자점 등 다양한 탄소 기반 나노구조체의 차원 전이 및 구조적 다양성에 대한 심도 깊은 연구를 통해, 차세대 소재의 새로운 가능성을 모색하고 있습니다. 특히, 고효율 발광 탄소 양자점 및 하이브리드 나노소재의 합성 기술을 개발하여, 백색광 LED, 유기 태양전지, 슈퍼커패시터 등 다양한 광전자 및 에너지 소자에 적용하고 있습니다. 이러한 연구는 소재의 광학적·전자적 특성 제어뿐만 아니라, 대량 생산 및 상용화 가능성까지 고려한 실용적 접근을 지향합니다. 또한, 전기장 기반의 나노소재 및 소자 제조 공정 개발에도 앞장서고 있습니다. AC 전기장, 다이일렉트로포레시스 등 첨단 공정 기술을 활용하여, 나노소재의 정밀 패터닝, 집적화, 그리고 바이오센서 및 차세대 메모리 소자 등 다양한 응용 분야로 연구를 확장하고 있습니다. 이를 통해 전자, 에너지, 바이오 등 다양한 산업 분야에서 혁신적인 기술을 창출하고 있습니다. 연구실은 산학연 협력 및 다양한 국가 연구과제 수행을 통해, 실질적인 산업적 파급력과 미래 소재 산업의 경쟁력 확보에 기여하고 있습니다. 또한, 최신 연구장비와 융합적 연구 환경을 바탕으로, 창의적이고 도전적인 연구 인재 양성에도 힘쓰고 있습니다. iNMRL은 앞으로도 혁신적인 나노소재 및 소자 개발을 통해, 미래 사회의 다양한 요구에 부응하는 선도적 연구실로 자리매김할 것입니다.

Dielectrophoresis
Perovskite Solar Cells
Carbon Quantum Dots
그래핀 기반 나노구조체의 차원 전이 및 응용
그래핀 기반 나노구조체는 우수한 전기적, 기계적, 화학적 특성으로 인해 차세대 소재로 각광받고 있습니다. 본 연구실에서는 그래핀 및 탄소 나노구조체의 차원 전이 현상에 대한 심층적인 연구를 수행하고 있습니다. 이를 통해 0차원, 1차원, 2차원 구조 간의 전이 메커니즘을 규명하고, 다양한 형태의 나노소재를 설계 및 합성하는 데 중점을 두고 있습니다. 차원 전이 연구는 그래핀 양자점, 나노튜브, 나노리본 등 다양한 탄소 기반 구조체의 물리적·화학적 특성 변화를 이해하는 데 필수적입니다. 본 연구실은 수용액 아크 방전법, 전기장 유도 자기조립 등 첨단 합성 공정을 개발하여 고품질의 그래핀 나노구조체를 대량 생산하고, 이들의 구조적 다양성과 기능성을 극대화하고 있습니다. 이러한 연구는 고성능 전자소자, 에너지 저장장치, 촉매 등 다양한 분야에 적용될 수 있습니다. 특히, 그래핀 나노구조체의 차원 전이를 기반으로 한 신개념 전자소자 및 센서 개발에 주력하고 있습니다. 이를 통해 차세대 반도체, 투명 전극, 바이오센서 등 혁신적인 응용기술을 선보이고 있으며, 미래 소재 산업의 핵심 경쟁력을 확보하고 있습니다.
탄소 양자점 및 하이브리드 나노소재의 합성과 광전자 응용
탄소 양자점(Carbon Quantum Dots, CQDs)은 뛰어난 발광 특성과 생체적합성, 저비용 합성의 장점으로 인해 차세대 광전자 소재로 주목받고 있습니다. 본 연구실은 고효율 발광 탄소 양자점 결정체의 합성 및 이의 구조적, 광학적 특성 제어에 관한 연구를 선도하고 있습니다. 산 촉매 및 마이크로파 보조 합성법 등 다양한 혁신적 공정을 도입하여, 다채로운 색상의 고발광 탄소 양자점을 대량 생산하고 있습니다. 이와 더불어, 탄소 양자점과 다양한 무기/유기 소재를 융합한 하이브리드 나노소재의 개발에도 집중하고 있습니다. 이러한 하이브리드 나노소재는 백색광 LED, 유기 태양전지, 고성능 슈퍼커패시터 등 다양한 광전자 및 에너지 소자에 적용되어 우수한 성능을 발휘합니다. 실제로 본 연구실은 탄소 양자점 기반의 백색광 LED 소자, PEDOT:PSS와 결합된 유기 태양전지, 이중기능 전극을 활용한 태양광 충전 슈퍼커패시터 등 다양한 응용 연구를 활발히 진행하고 있습니다. 또한, 탄소 양자점의 표면 개질 및 도핑을 통한 광학적·전자적 특성 조절, 그리고 생체 내 세포 조절 및 바이오이미징 등 바이오융합 분야로의 확장 연구도 병행하고 있습니다. 이를 통해 차세대 디스플레이, 에너지, 바이오센서 등 다양한 산업 분야에서 혁신적인 기술을 창출하고 있습니다.
전기장 기반 나노소재 및 소자 제조 공정 개발
본 연구실은 AC 전기장 및 다이일렉트로포레시스(DEP) 기반의 나노소재 및 소자 제조 공정 개발에 앞장서고 있습니다. 전기장을 활용한 자기조립 및 정렬 기술은 나노소재의 대면적, 고정밀 패터닝과 집적화에 매우 효과적입니다. 이를 통해 다양한 전자소자, 센서, 바이오칩 등 첨단 소자의 대량 생산 및 상용화가 가능해집니다. 연구실에서는 전기장 유도 하이브리드 나노소재 합성, 전극 절연을 통한 입자 집적 효율 향상, 박막 증착 및 패터닝 등 다양한 전기장 기반 공정 기술을 개발하고 있습니다. 이러한 기술은 초소형 LED 어레이, 투명 전도성 필름, DNA 메모리 소자 등 차세대 전자 및 광전자 소자 제작에 적용되고 있습니다. 또한, 전기장 기반 공정의 자동화 및 대량생산 기술도 함께 연구하여 산업적 파급력을 높이고 있습니다. 특히, 다이일렉트로포레시스를 이용한 입자 분리 및 집적 기술은 혈액 내 엑소좀 검출, 바이오마커 분석 등 바이오센서 분야에서도 큰 성과를 내고 있습니다. 본 연구실의 전기장 기반 공정 연구는 전자, 에너지, 바이오 등 다양한 분야에서 혁신적인 나노소재 및 소자 개발을 이끌고 있습니다.
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Automated fluorescence quantification of extracellular vesicles collected from blood plasma using dielectrophoresis
K. Gustafson, K. Huynh, D. Heineck, J. Bueno, A. Modestino, S. Kim, A. Gower, R. Armstrong, C. Schutt, S. Ibsen
, 2021
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Multiprocessible and durable superhydrophobic coating suspension enabling printed patterning, internal tubular coating, and planar surface coating
Y. Kwak, H. Y. Jun, Y. Lee, M. Kang, J. S. Oh, S. Kim, Y. H. Song, C.-H. Choi
, 2021
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A programmable macroscale electrical field self-assembly array device for diverse thin film applications
Y. Song, S. Kim, M. J. Heller
J. Mater. Res. Technol., 2020
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(4단계-5차)반도체 화학공학 교육연구단
교육부
2024년 03월 ~ 2025년 02월
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(교비대응)핵심연구지원센터(Core-Facility) 조성 지원
전북대
2024년 03월 ~ 2025년 02월
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핵심연구지원센터(Core-Facility) 조성 지원
한국기초과학지원연구원
2024년 03월 ~ 2025년 02월