김주형 연구실
기계공학과 김주형
김주형 연구실은 기계공학을 기반으로 반도체 재료, 에너지 저장 소자, 스마트 센서, 3D 프린팅 융합 기술 등 다양한 첨단 연구를 선도적으로 수행하고 있습니다. 본 연구실은 금속 산화물, 금속-유기 프레임워크, 탄소나노튜브, 그래핀 등 나노소재를 활용한 고성능 에너지 저장 소자(슈퍼커패시터, 배터리 등) 개발에 중점을 두고 있으며, 소재의 합성부터 구조·표면 분석, 전기화학적 특성 평가까지 전주기적 연구를 진행합니다.
또한, 화학작용제 및 유해가스 감지를 위한 고감도 센서 기술 개발에도 앞장서고 있습니다. 표면탄성파(SAW) 센서, QCM 센서, 나노복합소재 기반 전기화학 센서 등 다양한 플랫폼을 활용하여, 신경작용제 모사물(DMMP) 등 극미량 유해가스를 신속·정확하게 탐지할 수 있는 원천기술을 확보하고 있습니다. 고분자 및 나노소재 기반 감지막 개발, 플라즈마 표면처리, 인공지능 신호처리 등 첨단 기술을 접목하여 센서의 성능과 신뢰성을 극대화하고 있습니다.
스마트 소재와 3D 프린팅 기술을 융합한 바이오·기계 융합 연구도 활발히 이루어지고 있습니다. FDM 3D 프린팅을 활용한 맞춤형 재활 보조기기, 압력센서 내장형 의지 소켓, 유연 센서, 바이오 스캐폴드 등 다양한 제품을 개발하며, 소재의 기계적·열적 특성 최적화, 자동화 품질 모니터링, 환자 맞춤형 설계 등 디지털 제조기술을 적극 도입하고 있습니다.
이외에도 적외선 열화상 기술을 활용한 비파괴 진단, 열관리 시스템, 에너지 하베스팅, 스마트 모빌리티 등 다양한 미래형 융합 연구를 수행하고 있습니다. 다수의 국내외 특허와 논문, 산학협력 프로젝트, 국제 컨퍼런스 발표를 통해 연구 성과를 국내외에 널리 알리고 있습니다.
김주형 연구실은 앞으로도 소재·센서·디지털 제조기술의 융합을 통해, 에너지·환경·바이오·안전 등 다양한 분야에서 혁신적 원천기술을 창출하고, 미래 산업을 선도하는 글로벌 연구실로 성장해 나갈 것입니다.
3D Printing
Thermal Management
Chemical Sensors
반도체 재료 및 에너지 저장 소자 개발
본 연구실은 반도체 재료의 합성과 특성 분석, 그리고 이를 기반으로 한 에너지 저장 소자 개발에 중점을 두고 있습니다. 다양한 금속 산화물, 금속-유기 프레임워크(MOF), 탄소 나노튜브, 그래핀 등 첨단 나노소재를 활용하여 슈퍼커패시터, 배터리, 센서 등 차세대 에너지 저장 및 변환 소자의 성능을 극대화하는 연구를 수행하고 있습니다. 특히, 수열합성, 초음파 보조 합성, 열처리 등 다양한 공정기술을 접목하여 소재의 표면적, 기공 구조, 전기화학적 특성을 정밀하게 제어함으로써 고성능 전극 소재를 개발하고 있습니다.
이러한 연구는 XRD, XPS, FTIR, BET, FE-SEM, HR-TEM 등 첨단 분석장비를 활용하여 소재의 구조적, 표면적, 화학적 특성을 다각도로 분석하고, 전기화학적 성능 평가를 통해 실제 소자 적용 가능성을 검증합니다. 최근에는 MOF 기반 복합소재, 니켈/코발트/구리 황화물, 질소 도핑 탄소나노튜브 등 다양한 하이브리드 구조체를 개발하여, 높은 비정전용량, 우수한 순환 안정성, 높은 에너지 밀도와 전력 밀도를 달성하고 있습니다.
이러한 연구 성과는 에너지 저장 소자의 상용화 및 친환경 에너지 시스템 구축에 기여할 뿐만 아니라, 미래형 모빌리티, 스마트 그리드, 웨어러블 디바이스 등 다양한 산업 분야로의 확장 가능성을 보여주고 있습니다. 앞으로도 본 연구실은 소재의 근본적 이해와 혁신적 공정기술 개발을 통해 차세대 반도체 및 에너지 저장 기술의 선도적 역할을 지속적으로 수행할 계획입니다.
화학작용제 및 유해가스 감지 센서 기술
본 연구실은 화학작용제(CWA) 및 유해가스의 조기 탐지와 모니터링을 위한 고감도 센서 기술 개발에 집중하고 있습니다. 표면탄성파(SAW) 센서, QCM(Quartz Crystal Microbalance) 센서, 나노복합소재 기반의 전기화학 센서 등 다양한 센서 플랫폼을 활용하여, 신경작용제 모사물(DMMP) 등 극미량의 유해가스를 신속하고 정확하게 감지할 수 있는 기술을 연구합니다. 특히, 폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(POSS), 티오우레아, 폴리아닐린, 질소 도핑 탄소나노튜브 등 고분자 및 나노소재를 감지막으로 적용하여 선택성과 민감도를 극대화하는 데 주력하고 있습니다.
이러한 센서들은 다양한 환경 조건(온도, 습도, 간섭가스 등)에서도 안정적으로 작동할 수 있도록 소재의 표면 개질, 플라즈마 처리, 다중 감지막 코팅 등 첨단 공정기술을 접목하고 있습니다. 또한, 센서의 응답속도, 회복속도, 반복성, 재현성, 장기 안정성 등 실질적 성능지표를 체계적으로 평가하여, 실제 현장 적용에 적합한 센서 시스템을 개발하고 있습니다. 최근에는 인공지능(AI) 기반 신호처리 및 다채널 센서 어레이 시스템을 도입하여, 복합 환경에서의 유해가스 식별 및 정량 분석의 정확도를 높이고 있습니다.
이러한 연구는 국방, 산업안전, 환경 모니터링, 스마트 시티 등 다양한 분야에서의 화학위협 대응 역량을 강화하는 데 기여하고 있습니다. 앞으로도 본 연구실은 차세대 고감도·고선택성 센서 소재 및 시스템 개발을 통해, 사회적 안전과 건강을 지키는 핵심 원천기술을 선도적으로 창출할 계획입니다.
스마트 소재 및 3D 프린팅 기반 바이오·기계 융합 기술
본 연구실은 스마트 소재와 3D 프린팅 기술을 융합하여, 바이오 및 기계 시스템에 적용 가능한 혁신적 구조체와 센서, 보조기기 개발에 주력하고 있습니다. FDM(Fused Deposition Modeling) 3D 프린팅을 활용한 맞춤형 재활 보조기기, 압력센서 내장형 의지 소켓, 유연 센서, 바이오 스캐폴드 등 다양한 응용 분야에서 연구를 진행하고 있습니다. PLA, PCL, 폴리우레탄 등 다양한 고분자 소재와 나노필러, 전도성 필라멘트, 자기유체 등 첨단 소재를 조합하여, 기계적 강도, 유연성, 생체적합성, 전기적 특성이 우수한 복합 구조체를 제작합니다.
특히, 3D 프린팅 공정 조건(적층 각도, 온도, 속도, 어닐링 등)이 출력물의 기계적·열적 특성에 미치는 영향을 체계적으로 분석하고, 초음파, 적외선 열화상, 센서 내장 등 다양한 후처리 및 진단기술을 접목하여 최적화된 제품을 개발합니다. 또한, 환자 맞춤형 보조기기 제작을 위한 3D 스캐닝, CAD/CAM 설계, 자동화된 품질 모니터링 시스템 등 디지털 제조기술을 적극 도입하고 있습니다.
이러한 연구는 의료·재활, 웨어러블 디바이스, 로봇, 스마트 제조 등 다양한 산업 분야에서 혁신적 제품과 서비스를 창출하는 데 기여하고 있습니다. 앞으로도 본 연구실은 스마트 소재와 디지털 제조기술의 융합을 통해, 인간 중심의 미래형 바이오·기계 융합 시스템 개발을 선도할 계획입니다.
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Enhancement of capacitance retention of ZnCo2S4@Metal organic framework composite electrodes by hydrothermal process
Siva Ramesh, Iqra Rabani, K Sentilkkumar, Yuraraj Haldorai, Manickam Selvaraj, 서영수, 김주형, 김흥수
JOURNAL OF ELECTROANALYTICAL CHEMISTRY, 2024
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Synthesis and characterization of nitrogen-doped-MWCNT@cobalt oxide for nerve agent simulant detection
산집, 최형선, Siva Ramesh, 이영준, 김주형
SCIENTIFIC REPORTS, 2024
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Nanostructurally fabrication of nickel oxide-interfaced carbon nanotubes for supercapacitors and exploration of electrochemical correlation via computer vision techniques and artificial intelligence
Siva Ramesh, Chinna Bathula, Abu Talha Aqueel Ahmed, Yuvaraj Haldorai, Vijay Kakani, C. Karthikeyan, Manickam Selvaraj, 신경호, 이영준, 김현석, 김주형, 김흥수
Journal of Energy Storage, 2024
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2024년도 산업및에너지ODA 신규사업 타당성조사 용역(산업-중남미)
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2023년 창업교육 혁신 선도대학(SCOUT) 사업
