본 연구실은 열플라즈마를 활용한 다양한 나노소재의 합성 및 응용에 중점을 두고 있습니다. 열플라즈마는 고온 환경을 제공하여 기존의 화학적 합성법으로는 얻기 어려운 고순도, 고특성의 나노물질을 효율적으로 제조할 수 있는 장점이 있습니다. 특히, 본 연구실에서는 붕소 나이트라이드 나노튜브(BNNT), 금속 붕화물, 실리콘-탄소 나노복합체 등 첨단 소재의 합성 기술을 개발하고 있습니다. 이러한 나노소재는 에너지 저장장치, 방사선 차폐, 촉매, 전자재료 등 다양한 분야에 적용될 수 있습니다. 예를 들어, BNNT는 우수한 기계적 강도와 열적 안정성을 바탕으로 차세대 복합재료 및 방사선 차폐재로 주목받고 있으며, 금속 붕화물 나노입자는 수전해 촉매로서 높은 효율을 보이고 있습니다. 또한, 실리콘-탄소 나노복합체는 리튬이온 배터리의 음극재로 활용되어 에너지 저장 효율을 극대화할 수 있습니다. 연구실은 합성 공정의 최적화뿐만 아니라, 합성된 나노소재의 구조적·화학적 특성 분석, 전기화학적 성능 평가, 실제 응용을 위한 소재 설계 및 대량생산 기술 개발에도 힘쓰고 있습니다. 이를 통해 미래 에너지 및 환경 문제 해결에 기여할 수 있는 혁신적인 소재 기술을 선도하고 있습니다.

본 연구실은 열플라즈마 반응기의 설계 및 공정 최적화를 위한 전산해석(CFD, 수치해석) 연구를 활발히 수행하고 있습니다. 열플라즈마 반응기는 고온의 플라즈마 환경을 이용하여 다양한 화학 반응을 유도하는 장치로, 반응기 내부의 열유동, 화학반응, 물질전달 현상 등을 정밀하게 해석하는 것이 매우 중요합니다. 연구실에서는 다양한 플라즈마 토치(이송식, 비이송식, 삼중 플라즈마 등)와 반응기 구조에 대한 수치해석을 통해 최적의 운전 조건과 설계 방안을 도출하고 있습니다. 특히, 메탄 열분해, 온실가스 분해, 폐기물 처리 등 환경 및 에너지 분야의 핵심 공정에 적용되는 열플라즈마 반응기의 내부 유동 및 온도 분포, 반응물의 분해 및 합성 메커니즘을 해석하여 공정의 효율성을 극대화하고 있습니다. 또한, 실험적 진단 결과와의 비교를 통해 해석 모델의 신뢰성을 높이고, 실제 산업 현장에 적용 가능한 설계 지침을 제시하고 있습니다. 이러한 전산해석 연구는 플라즈마 공정의 이해를 심화시키고, 새로운 플라즈마 기반 소재 합성 및 환경 정화 기술 개발에 필수적인 역할을 하고 있습니다. 나아가, 연구실은 첨단 시뮬레이션 기법을 바탕으로 미래 플라즈마 공정의 디지털 트윈 구현 및 인공지능 기반 최적화 연구까지 확장하고 있습니다.

본 연구실은 열플라즈마를 이용한 메탄(CH4) 열분해 공정을 통해 청정수소와 고부가가치 탄소 소재를 동시 생산하는 기술을 집중적으로 연구하고 있습니다. 열플라즈마는 매우 높은 온도를 제공하여 메탄을 직접 분해함으로써, 이산화탄소(CO2) 배출 없이 수소와 고순도 탄소를 생산할 수 있는 친환경 공정입니다. 이는 기존의 수소 생산 방식에 비해 환경적 부담이 적고, 탄소중립 시대에 적합한 차세대 수소 생산 기술로 각광받고 있습니다. 연구실에서는 삼중 열플라즈마 제트 시스템 등 독자적인 반응기 설계와 운전 조건 최적화를 통해 메탄 분해 효율을 극대화하고, 생성되는 탄소 부산물(카본블랙, 그래핀 등)의 구조 및 특성을 제어하는 연구를 수행하고 있습니다. 또한, 촉매 개발, 반응 메커니즘 규명, 공정 진단 및 수치해석 등 다양한 접근을 통해 공정의 경제성과 실용성을 높이고 있습니다. 이와 함께, 생산된 수소는 연료전지, 산업용 가스 등 다양한 분야에 활용될 수 있으며, 탄소 부산물은 배터리 도전재, 첨단 복합소재 등 고부가가치 산업에 적용되고 있습니다. 본 연구실의 메탄 열분해 및 청정수소 생산 연구는 미래 에너지 전환과 탄소중립 실현에 중요한 기여를 하고 있습니다.