이 연구 주제는 결정성장 메커니즘을 정밀하게 이해하고 제어하여 반도체 나노와이어의 핵생성, 성장 방향, 조성 분포, 계면 구조를 설계하는 데 초점을 둔다. 연구실의 핵심 관심사는 단순한 나노구조 합성에 그치지 않고, 성장 과정에서 형성되는 결정학적 방향성과 결함, 조성 변화가 최종 전자·광학 특성에 어떤 영향을 미치는지를 연결하는 것이다. 특히 반도체 나노와이어는 높은 비표면적과 우수한 전하 이동 특성, 그리고 다양한 이종접합 설계 가능성 때문에 차세대 에너지·전자소자용 플랫폼으로 주목받고 있다. 연구실은 ZnO/ZnOxS1-x 계열과 같은 다중양자우물 나노와이어, coaxial 및 uniaxial 이종접합 구조, Type II 밴드정렬 기반 구조 등을 활용하여 광전기화학 성능을 극대화하는 방향으로 연구를 확장하고 있다. 이러한 접근은 광흡수 후 생성된 전자와 정공의 분리를 촉진하고 재결합을 억제하여 물분해나 광전변환 효율을 향상시키는 데 유리하다. 또한 실시간 투과전자현미경 기반 분석과 성장 조건 최적화를 결합해 나노와이어 내부의 구조 진화와 계면 형성 과정을 직접 관찰하고, 이를 다시 합성 설계에 환류시키는 연구 전략이 특징적이다. 이 연구는 차세대 광전기화학 물분해, 광검출기, 전력반도체용 나노구조 소재 개발로 이어질 수 있다는 점에서 응용성이 크다. 더 나아가 와이드밴드갭 반도체 소재 데이터베이스 및 공정정보학 기반 인공지능 기술과 결합하면, 성장 조건과 물성 간 상관관계를 예측하는 고도화된 소재 개발 체계로 발전할 수 있다. 즉, 결정성장 과학을 중심으로 나노구조 반도체의 성능을 근본적으로 향상시키는 연구 축이라 할 수 있다.

이 연구 주제는 페로브스카이트 및 비페로브스카이트 산화물 표면에서 일어나는 엑솔루션(ex-solution) 현상을 이용해 활성 금속 나노입자를 형성하고, 이를 촉매 및 전극 성능 향상에 활용하는 데 중점을 둔다. 엑솔루션은 산화물 모체 내부에 도핑된 금속 성분이 환원 분위기나 열처리 조건에서 표면으로 빠져나오며 강하게 고정된 나노입자를 형성하는 현상으로, 일반적인 담지 촉매보다 높은 내구성과 미세 분산성을 확보할 수 있다. 연구실은 이러한 표면 진화를 단순한 합성 기법이 아니라, 산화물의 결합세기·조성·상전이·비정질화와 연결된 동적 현상으로 해석한다. 대표적으로 전이금속-산소 결합 세기 제어를 통한 페로브스카이트 표면 레독스 엑솔루션 촉진, 도펀트 유도 저온 엑솔루션, Cu 치환 산화물 표면의 동시 비정질화와 다성분 나노촉매 형성 등은 연구실의 중요한 성과를 보여준다. 이러한 연구는 CO 산화, 산소환원반응(ORR), 가스센싱, 광전기화학 물분해 등 다양한 반응에서 활성과 안정성을 동시에 향상시키는 전략으로 이어진다. 특히 비정질 표면층과 금속 나노촉매의 공존이 장기 구동 조건에서 전극 저항 감소 및 반응 활성 유지에 기여한다는 점은 기존 결정질 표면 중심 접근을 확장하는 의미를 가진다. 이 연구는 수전해, 연료전지, 가스센서, 청정에너지 전환 시스템에 직접 연결될 수 있는 고기능성 촉매 소재 설계의 기반을 제공한다. 또한 실시간 구조 분석과 조성 설계를 결합함으로써, 어떤 도펀트와 어떤 모체 산화물이 가장 효과적인 표면 재구성을 유도하는지 예측 가능한 연구 체계를 구축할 수 있다. 결과적으로 이 연구 축은 산화물 표면의 동적 진화 현상을 이용해 고활성·고내구 촉매를 구현하는 재료공학적 접근으로 정리할 수 있다.

이 연구 주제는 나노스케일 3차원 라티스 구조를 이용해 낮은 유전상수와 높은 절연 파괴강도, 그리고 반복 하중에도 견디는 기계적 복원력을 동시에 달성하는 차세대 절연 소재를 개발하는 데 초점을 둔다. 기존의 초저유전 소재는 대개 전기적 특성은 우수하지만 기계적 취약성이 크거나, 반대로 구조적으로는 안정적이지만 낮은 유전상수를 유지하기 어려운 한계가 있었다. 연구실은 이러한 상충 관계를 해결하기 위해 밀도 분포가 제어된 불균질 나노라티스 구조를 설계하고, 구조적 변형 메커니즘이 전기적 안정성에 미치는 영향을 체계적으로 탐구한다. 관련 연구에서는 높이 방향으로 상대 밀도가 달라지는 density-variant nanolattice를 구현하여, 균일 밀도 구조보다 더 높은 절연 파괴강도와 장기 반복 압축 안정성을 확보하였다. 낮은 밀도 영역이 먼저 변형되며 높은 밀도 영역을 보호하는 이단계 변형 메커니즘은 강도와 연성, 절연성과 복원력의 균형을 가능하게 한다. 이러한 결과는 단순히 새로운 구조를 제안한 수준을 넘어, 구조역학과 전기적 고장 현상을 동시에 고려한 설계 원리를 제시한다는 점에서 의미가 크다. 이 연구는 고전압 소자, 마이크로전자 패키징, 차세대 커패시터, 극한 환경용 절연체 개발에 폭넓게 응용될 수 있다. 특히 초저유전 특성과 열·기계적 안정성이 함께 요구되는 반도체 및 전자재료 분야에서 높은 잠재력을 가진다. 장기적으로는 나노구조 설계, 재료 선택, 공정 최적화를 통합하여 기계적 하중 하에서도 성능 저하가 적은 기능성 절연체를 만드는 방향으로 확장될 수 있다.