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EME Lab
서울시립대학교 신소재공학과 김현식 교수
열전 재료
Seebeck coefficient
Hall factor
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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.

열전 재료Seebeck coefficientHall factordensity-of-states effective massSe-free Bi2Te3
대표 연구 분야
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Seebeck 계수 기반 열전 수송 파라미터 추출과 결함-광학 제어 열전 수송 연구 thumbnail
Seebeck 계수 기반 열전 수송 파라미터 추출과 결함-광학 제어 열전 수송 연구
Seebeck-based Thermoelectric Transport Parameter Extraction and Defect-Optical Control
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Se-free Bi2Te3 및 (Bi,Sb)2Te3에서 결함·나노구조 동시 제어를 통한 열전 성능 향상 연구 thumbnail
Se-free Bi2Te3 및 (Bi,Sb)2Te3에서 결함·나노구조 동시 제어를 통한 열전 성능 향상 연구
Defect-and-Nanostructure Engineering in Se-Free Bi2Te3/(Bi,Sb)2Te3 Thermoelectrics
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고온 열전재료에서 이중 도핑·화학 설계와 산소/전자 구조 제어를 통한 성능 최적화 연구 thumbnail
고온 열전재료에서 이중 도핑·화학 설계와 산소/전자 구조 제어를 통한 성능 최적화 연구
Performance Optimization of High-Temperature Thermoelectrics via Chemical Design and Oxygen/Electron
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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
IF 29.1 (2025)
Advanced Materials
Abstract Memtransistors are active analog memory devices utilizing ionic memristive materials as channel layers. Since their introduction, the term “memtransistor” has widely been adopted for transistors exhibiting nonvolatile memory characteristics. Currently, memtransistor devices possessing both transistor on/off functionality and nonvolatile memory characteristics include ferroelectric field‐effect transistors (FeFETs) and charge‐trap flash (floating gate), yet ionic memtransistors have not matched their performance. Here a facile and extendable lithium (Li)‐well oxide memtransistor (LWOM) is reported as a promising candidate. Forming a Li well, analogous to an n + well beneath electrodes in n‐metal‐oxide‐semiconductor field‐effect transistor (MOSFET) processes, induces Li⁺‐ion migration via write V DS , achieving analog memory characteristics through Schottky barrier modulation. LWOM enables low‐voltage weight updates and precise gate‐controlled weight update characteristics. Analysis via 3D secondary ion mass spectrometry (SIMS) confirms Li‐ion redistribution and the resistance‐switching mechanism. A 21 × 21 crossbar array demonstrates 99.31% operational yield and successful weight updates to target conductance values. Fabricated using mature oxide semiconductor technology with a 230 °C thermal budget and a simple process, LWOM stands as a strong contender for next‐generation nonvolatile memory and artificial neural network (ANN) acceleration hardware.
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
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인용수 4
·
2025
Rapid Drying Principle for High‐speed, Pinhole‐Less, Uniform Wet Deposition Protocols of Water‐Dispersed 2D Materials
Kyeonghun Jeong, Chansoo Kim, Ha Young Lee, Junyi Zhao, Soo‐Hyung Choi, Jeong‐A Bae, Hyun‐Sik Kim, Jeong‐Yeon Kim, You Jin Kim, Heechae Choi, Alloyssius E.G. Gorospe, Seung Joon Yoo, Chuan Wang, Dongwook Lee
IF 29.1 (2025)
Advanced Materials
Abstract Inexpensive, high‐speed deposition techniques that ensure uniformity, scalability, wide applicability, and tunable thickness are crucial for the practical application of 2D materials. In this work, rapid drying is identified as a key mechanism for pioneering two high‐speed wet deposition methods: hot dipping and air knife sweeping (AKS). Both techniques allow thickness control proportional to flake concentration, achieving tiled monolayers and pinhole‐free coverage across the entire substrate, as long as evaporation outpaces flake diffusion. AKS prevents non‐uniformity along substrate edges by eliminating contact line pinning. The achieved deposition speed of 0.21 m 2 min −1 with AKS significantly surpasses traditional methods, enabling the equipment for large substrates > 1 m 2 . Combined with the ultralow debonding force for mechanically susceptible flexible display production and short‐circuit‐proof nanometer‐thin capacitors with capacitance comparable to commercial multilayer ceramic capacitors (MLCCs), these new protocols showcase simple and swift solutions for manufacturing 2D materials‐based nanodevices.
https://doi.org/10.1002/adma.202411447
Materials science
Pinhole (optics)
Substrate (aquarium)
Deposition (geology)
Nanotechnology
Capacitor
Nanometre
Ceramic capacitor
Optoelectronics
Evaporation
3
Article
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인용수 149
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2022
Approach to Determine the Density‐of‐States Effective Mass with Carrier Concentration‐Dependent Seebeck Coefficient
Kyu Hyoung Lee, Sang‐il Kim, Jong‐Chan Lim, Jung Young Cho, Heesun Yang, Hyun‐Sik Kim
IF 19 (2022)
Advanced Functional Materials
Abstract Band engineering is an effective strategy to improve the electronic transport properties of semiconductors. In thermoelectric materials research, density‐of‐states effective mass is an undoubted key factor in verifying the band engineering effect and establishing a strategy for enhancing thermoelectric performance. However, estimation of the effective mass is demanding or inaccurate depending on the methods taken. A simple equation is proposed, valid for all degeneracy: Log 10 ( m d * T /300) = (2/3) Log 10 ( n ) − (2/3) [20.3 − (0.00508 × | S |) + (1.58 × 0.967 | S | )] that utilizes experimentally determined Seebeck coefficient ( S ) and carrier concentration ( n ) to determine the effective mass ( m d *) at a temperature ( T ). This straightforward equation, which gives an accurate analysis of the band modulation in terms of m d *, is indispensable in designing thermoelectric materials of maximized performance.
https://doi.org/10.1002/adfm.202203852
Effective mass (spring–mass system)
Seebeck coefficient
Materials science
Thermoelectric effect
Degeneracy (biology)
Semiconductor
Charge-carrier density
Thermoelectric materials
Condensed matter physics
Thermodynamics
최신 정부 과제
4
과제 전체보기
1
2023년 3월-2027년 2월
|569,295,000원
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
2022년 6월-2023년 5월
|67,209,000원
제벡계수 실험값을 이용한 간단하고 정확한 열전소재 상태밀도 유효질량 계산 모델 개발
본 과제는 제벡계수(S), 전하농도(n), 온도(T) 측정값만으로 열전소재의 상태밀도 유효질량(md*)를 Fermi integral 없이 정확하게 계산하는 간단한 모델 개발 과제임. 기존 Degenerate Approximation(DA) 오용으로 발생한 md* 과소평가 문제를 개선하고, 열전소재의 밴드 고유인자 변화를 올바르게 해석하는 데 목적이 있음. 연구 목표는 S로부터 페르미 전위(η)를 예측하고, 예측된 η와 n, T를 결합하여 md*를 계산하는 기술의 구축임. 연구 내용은 Acoustic phonon, Neutral impurity, Ionic impurity 산란 메커니즘별 SPB 모델 기반 회귀모델 최적화와 Bi-Te계, Pb-Te계 소재 실증 검증임. 기대 효과는 고효율 저온 열전소재 개발 가속, 전기차 배터리 능동형 열제어 및 열폭주 방지, 열전냉각 시장 확대와 산업적 파급효과 창출임.
상태밀도 유효질량
제벡계수
밴드 제어 기술
페르미 준위
전하농도
고효율 저온 열전소재
Single Parab
3
2022년 1월-2023년 12월
|40,000,000원
계산과학 기반 발전용 고효율 삼원계 인화물 열전 신소재 합성 및 밴드 모델링을 통한 열전특성 최적화
본 과제는 Materials Project 계산 결과를 바탕으로 삼원계 인화물 신조성 열전재료를 찾아 단결정으로 합성하고, 고온에서의 열전성능을 높이기 위한 연구임. 연구 목표는 ZnNaP, SrLiP, BaLiP, SnNaP 4종의 단결정 합성 및 band transport modeling을 통한 zT 1.0 이상, >800 K 최적화 달성에 있음. 연구 내용은 Bridgman technique, CVT method, Flux method로 단결정을 성장하고 effective mass, deformation potential을 도출하며, 비유전율·Impedance 측정으로 carrier-phonon 상호작용과 유전특성의 상관관계를 규명하는 과정임. 기대 효과는 고온 폐열 발전용 열전재료의 세계 최초 개발 가능성과 유전특성 기반 carrier-phonon 상호작용 평가 tool 제시임.
신조성 열전재료
삼원계 인화물
단결정 성장
밴드 모델링
중고온 발전용 열전재료
최신 특허
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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
AI 요약 확인하기
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
AI 요약 확인하기
맞춤형 인사이트 리포트
연구실의 전체 데이터를 활용한 맞춤형 인사이트 리포트
연구 트렌드부터 공동 연구 방향성 기획까지
연구실과 같이 할 수 있는게 무엇인지,
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