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EME Lab
서울시립대학교 신소재공학과 김현식 교수
열전소재
Se-free n-type Bi2Te3
Density-of-states effective mass
연구 영역
기본 정보
논문·특허
과제
구성원

EME Lab

서울시립대학교 신소재공학과 김현식 교수

EME Lab(전자재료공학 연구실)은 열전재료, 세라믹, 유전체, 전도성 산화물 등 첨단 전자재료의 합성, 미세구조 제어, 수송 특성 분석 및 소자 응용에 대한 선도적 연구를 수행하고 있습니다. 본 연구실은 Bi2Te3, Sb2Te3, SnSe, Mg3Sb2, ZnSb 등 다양한 열전재료의 전기적·열적 수송 특성 향상 및 신소재 개발을 통해 에너지 하베스팅, 폐열 회수, 친환경 냉각 등 실용적 응용을 목표로 하고 있습니다. 특히, 밴드 엔지니어링, 나노구조화, 다중 결함 도입, 도핑 및 합금화 등 다양한 소재 설계 전략을 통해 열전 성능(zT) 극대화와 소재의 근본적 한계 극복에 도전하고 있습니다. 실험적 합성 및 소결, 미세구조 분석, 이론적 모델링(SPB, TB, Debye-Callaway 등)을 융합하여 소재의 수송 메커니즘을 규명하고, 최적의 조성 및 구조 설계를 위한 데이터 기반 가이드라인을 제시합니다. 세라믹 및 유전체 소재 분야에서는 고강도·고인성 구조 세라믹, 고유전율·저손실 유전체 세라믹, 다층 세라믹 커패시터(MLCC)용 신소재 등 다양한 응용을 위한 미세구조 공학 연구를 수행합니다. 입자 크기 분포, 코어/셸 나노구조, 표면 결함 제어, 금속 나노입자 도입 등 첨단 공정 기술을 적용하여 전기차, 에너지 저장장치, 방탄 시스템 등 첨단 산업의 신뢰성 향상에 기여하고 있습니다. 또한, RuO2, Ag, ZnO, TiO2 등 전도성 산화물 및 금속 나노구조 기반의 투명전극, 유연 전자소자, 센서, 바이오센서, 에너지 하베스팅 소자 등 차세대 전자 및 에너지 소자 개발에도 적극적으로 참여하고 있습니다. 소재의 합성-구조-특성-소자화-응용까지 전주기적 연구를 통해 실질적인 산업 적용 및 상용화 가능성을 높이고 있습니다. EME Lab은 국내외 유수 연구기관 및 산업체와의 협력을 통해 실용화 연구를 강화하고 있으며, 다학제 융합 및 데이터 기반 소재 설계, 첨단 분석기법을 적극적으로 도입하여 전자재료공학 분야의 혁신을 선도하고 있습니다. 미래 에너지, 친환경, 고신뢰성 전자소자 등 다양한 분야에서 사회적·산업적 가치를 창출하는 연구실로 자리매김하고 있습니다.

열전소재Se-free n-type Bi2Te3Density-of-states effective massHall factorOptical gating
대표 연구 분야
연구 영역 전체보기
Se-free n형 Bi2Te3 기반 열전소재의 전자·격자 수송 동시 제어 thumbnail
Se-free n형 Bi2Te3 기반 열전소재의 전자·격자 수송 동시 제어
Simultaneous electronic/phonon transport engineering in Se-free n-type Bi2Te3 thermoelectrics
연구 분야 상세보기
연구 성과 추이
표시된 성과는 수집된 데이터 기준으로 산출되며, 일부 차이가 있을 수 있습니다.
주요 논문
3
논문 전체보기
1
Article
|
인용수 2
·
2025
Li‐Well ZnO Memtransistors: High Reliability for Neuromorphic Applications
Ki‐Hoon Son, Hyun‐Sik Kim, Dae‐Hee Han, Hyung‐Kyu Lim, Hong‐Sub Lee
Advanced Materials
Schottky 장벽 조절을 통해 아날로그 메모리 특성을 구현한다. LWOM은 저전압에서 가중치 업데이트를 가능하게 하며, 게이트 제어에 따른 정밀한 가중치 업데이트 특성을 제공한다. 3D 2차 이온 질량분석법(secondary ion mass spectrometry, SIMS)을 통한 분석은 Li 이온의 재분포와 저항 스위칭 메커니즘을 확인한다. 21×21 크로스바 어레이는 99.31%의 동작 수율과 목표 도전도 값으로의 성공적인 가중치 업데이트를 보여준다. 성숙한 산화물 반도체 기술을 사용하여 230°C 열 예산(thermal budget)과 단순한 공정으로 제작된 LWOM은 차세대 비휘발성 메모리 및 인공 신경망(ANN) 가속 하드웨어를 위한 강력한 후보로 자리매김한다.
https://doi.org/10.1002/adma.202506128
Non-volatile memory
Neuromorphic engineering
Transistor
Crossbar switch
Oxide
Schottky barrier
Reliability (semiconductor)
Schottky diode
Ionic bonding
2
Article
|
인용수 3
·
2025
Rapid Drying Principle for High‐speed, Pinhole‐Less, Uniform Wet Deposition Protocols of Water‐Dispersed 2D Materials
Ki‐Hun Jeong, Chansoo Kim, Ha Young Lee, Junyi Zhao, Soo‐Hyung Choi, Jun-Hyun Bae, Hyun‐Sik Kim, Jeong‐Yeon Kim, You Jin Kim, Heechae Choi, Alloyssius E.G. Gorospe, Seung Joon Yoo, Chuan Wang, Dongwook Lee
Advanced Materials
기계적으로 손상에 민감한 유연 디스플레이 제작에서의 초저 박리력과, 상용 적층 세라믹 콘덴서(MLCC)와 필적하는 정전용량을 갖는 단락 내성의 나노미터 박막 커패시터를 결합함으로써, 이러한 새로운 프로토콜은 2D 재료 기반 나노소자를 제조하기 위한 단순하고 신속한 해결책을 제시한다.
https://doi.org/10.1002/adma.202411447
Materials science
Pinhole (optics)
Substrate (aquarium)
Deposition (geology)
Nanotechnology
Capacitor
Nanometre
Ceramic capacitor
Optoelectronics
Evaporation
3
Article
|
·
인용수 40
·
2022
Competitive nucleation and growth behavior in Li–Se batteries
Ji Hyun Um, Aihua Jin, Xin Huang, Jeesoo Seok, Seong Soo Park, Janghyuk Moon, Mihyun Kim, Sohee Kim, Hyun‐Sik Kim, Sung‐Pyo Cho, Héctor D. Abruña, Seung‐Ho Yu
IF 32.5 (2022)
Energy & Environmental Science
Se 양극에서 용해 및 석출 반응을 직접 시각화함으로써 전해액-용해성 폴리셀레나이드의 고갈에 따라 달라지는 경쟁적 핵생성 및 성장 거동이 규명된다.
https://doi.org/10.1039/d1ee03619j
Nucleation
Materials science
Chemical engineering
Chemistry
Engineering
Organic chemistry
최신 정부 과제
7
과제 전체보기
1
2023년 2월-2027년 2월
|131,376,000
산소 공공 제어 및 실시간 모자이크 표면 생성을 통한 고효율 고온용 산화물 열전발전 소재
1. 최종목표1-1. 정성적 목표(1) 원자자리 표적 도핑을 통한 페로브스카이트 산화물 소재 전기적 특성 제어 기술 개발(2) 용출을 이용한 페로브스카이트 산화물 입자 내 산소 공공 농도/분포 제어 기술 개발(3) A 금속 코팅 및 B 금속 용출을 통한 산화물 입자 내 A 금속 변조 도핑 및 in-situ A-B 합금 나노입자 표면 생성 기술 개발 (mos...
페로브스카이트 산화물
열전 발전
산소 공공
용출
합금 나노입자
2
2023년 2월-2027년 2월
|145,973,000
산소 공공 제어 및 실시간 모자이크 표면 생성을 통한 고효율 고온용 산화물 열전발전 소재
1. 최종목표1-1. 정성적 목표(1) 원자자리 표적 도핑을 통한 페로브스카이트 산화물 소재 전기적 특성 제어 기술 개발(2) 용출을 이용한 페로브스카이트 산화물 입자 내 산소 공공 농도/분포 제어 기술 개발(3) A 금속 코팅 및 B 금속 용출을 통한 산화물 입자 내 A 금속 변조 도핑 및 in-situ A-B 합금 나노입자 표면 생성 기술 개발 (mos...
페로브스카이트 산화물
열전 발전
산소 공공
용출
합금 나노입자
3
주관|
2022년 5월-2023년 5월
|67,209,000
제벡계수 실험값을 이용한 간단하고 정확한 열전소재 상태밀도 유효질량 계산 모델 개발
본 연구에서 제안하는 “제벡계수 실험값을 이용한 간단하고 정확한 열전소재 상태밀도 유효질량 계산 모델 개발”은 제벡계수(S) 측정값을 통해 페르미 전위(η) 예측 기술, S를 통해 예측된 η와 측정된 전하농도(n) 및 온도(T)를 통해 상태밀도 유효질량(md*)를 계산할 수 있는 기술 등의 핵심 요소 기술의 성공적인 개발을 통해 가능하고, 이를 위해 1년의 연구기간이 요구되며 연구목표 및 내용은 아래와 같음. 1. 연구과제의 내용 및 평가주안점 ▶ S로부터 η 예측 (산란 메커니즘 별 S로부터 η를 예측하는 모델 개발) - Single Parabolic Band (SPB) 모델 계산을 통해 전하 산란 메커니즘 별 η에 따른 S 계산  Acoustic phonon 산란 메커니즘  Neutral impurity 산란 메커니즘  Ionic impurity 산란 메커니즘 - 각 산란 메커니즘 별 S vs. η 관계에 Regression 모델을 최적화하여 S를 입력하면 η를 예측하는 모델 개발 - 각 산란 메커니즘 경향에 따른 Regression 모델 최적화 - SPB 모델 대비 오차 10% 이내 ▶ S, n, T로부터 md*를 예측 (산란 메커니즘 별 S, n, T로부터 md*를 예측하는 모델 개발) - SPB 모델 계산을 통해 전하 산란 메커니즘 별 η, md*, T에 따른 n 계산  Acoustic phonon 산란 메커니즘  Neutral impurity 산란 메커니즘  Ionic impurity 산란 메커니즘 - 산란 메커니즘 별 η(S) 및 n(η, md*, T)를 연결하여 n(S, md*, T) 모델 도출 - 각 산란 메커니즘 경향에 따른 Regression 모델 최적화 - SPB 모델 대비 오차 10% 이내 ▶ md* 예측 모델을 실제 열전소재 합성/측정 결과에 적용 - Bi-Te계 소재 합성 후 md* 예측 모델 검증 (n값이 다른 Bi-Te 소재 3종 합성) - Pb-Te계 소재 합성 후 md* 예측 모델 검증 (n값이 다른 Pb-Te 소재 3종 합성) - SPB 모델 대비 오차 10% 이내
상태밀도 유효질량
제벡계수
밴드 제어 기술
페르미 준위
전하농도
고효율 저온 열전소재
Single Parab
최신 특허
특허 전체보기
상태출원연도과제명출원번호상세정보
등록2024열전소재 및 이의 제조방법1020240070612
등록2019티탄산바륨 혼합분말 및 그 제조방법1020190058503
등록2011자기열효과물질 미세 분말 및 자기열효과물질 소재의 제조방법1020110061801
전체 특허

열전소재 및 이의 제조방법

상태
등록
출원연도
2024
출원번호
1020240070612

티탄산바륨 혼합분말 및 그 제조방법

상태
등록
출원연도
2019
출원번호
1020190058503

자기열효과물질 미세 분말 및 자기열효과물질 소재의 제조방법

상태
등록
출원연도
2011
출원번호
1020110061801
연구실 하이라이트
연구실의 정보를 AI가 요약해서 키워드 중심으로 정리해두었어요
세계적성과
결정립계 전위 배열 제어를 통한 혁신적 열전 성능 향상 기술
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최고수준논문
상용 Bi2Te3를 대체할 차세대 n-type 열전소재 Mg3(Sb,Bi)2 개발
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글로벌경쟁력
기계적 강도와 열전 성능을 동시 구현한 p-type ZnSb계 신소재
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지속가능기술
폐기물 자원화: 스마트폰 CNC 가공 스크랩을 고순도 알루미늄으로 재활용
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상용화가능성
초고속·대면적 증착 기술 기반 차세대 MLCC 및 나노디바이스 제조
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연구자역량
세계 최고 수준의 학문적 성과와 산업 현장 경험을 융합한 연구 리더십
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