Energy & Semiconductor Composites Lab.
화공생명공학과 구형준
에너지 및 반도체 복합소재 연구실은 첨단 복합소재의 개발과 이를 기반으로 한 에너지 및 전자 소자 응용에 중점을 두고 있습니다. 본 연구실은 액체금속, 탄소나노소재, 금속/유기/무기 입자, 고분자 및 실리콘 매트릭스 등 다양한 기능성 필러와 매트릭스를 조합하여, 차세대 에너지 생성 및 저장 장치, 반도체 패키징 소재, 스마트 센서 등 다양한 응용 분야에 적합한 고성능 복합소재를 연구합니다.
특히, 갈륨 기반 액체금속의 계면 특성, 산화막 제어, 젖음 거동 등 미세한 물리화학적 현상에 대한 심층 연구를 통해, 신축성·투명성·고효율을 동시에 갖춘 전자 및 에너지 소자를 개발하고 있습니다. 이러한 소자들은 웨어러블 디바이스, 바이오의료기기, 친환경 에너지 시스템 등 미래 산업의 핵심 기술로 주목받고 있습니다. 또한, 열관리 복합소재, 방열 페이스트, 방열 필름 등은 고집적 반도체 및 전력 소자의 안정적 구동을 위한 필수 소재로, 실제 산업 현장에 적용 가능한 기술 개발에 집중하고 있습니다.
고분자 및 하이드로겔 기반의 스마트 센서, 바이오마커 검출용 나노입자, 표적 약물 전달 시스템 등 바이오메디컬 융합 연구도 활발히 진행 중입니다. 이러한 연구는 암 진단 및 치료, 환경 모니터링, 정밀의료 등 다양한 분야에서 새로운 솔루션을 제시하고 있습니다. 연구실은 소재 설계, 계면공학, 전기화학, 미세구조 제어 등 다학제적 접근을 통해 혁신적인 연구 성과를 창출하고 있습니다.
다수의 특허 출원과 논문 발표, 국내외 산학협력 프로젝트를 통해 연구 결과의 실용화와 기술이전을 적극적으로 추진하고 있습니다. 또한, 창의적이고 도전적인 대학원생 및 학부 연구생을 모집하여, 미래 에너지 및 전자 소재 분야의 글로벌 리더를 양성하는 데 힘쓰고 있습니다.
에너지 및 반도체 복합소재 연구실은 첨단 소재 과학과 공학의 융합을 통해, 지속가능한 에너지 사회와 첨단 전자기기 산업의 발전을 선도하고 있습니다. 앞으로도 혁신적인 연구와 산학협력을 통해 미래 사회의 다양한 요구에 부응하는 연구실로 성장해 나갈 것입니다.
Hydrogel Conductors
Dielectrophoresis
Liquid Metal
액체금속 기반 전자 및 에너지 소자
액체금속은 전기적, 열적 전도성이 뛰어나고 유연한 특성을 지녀 차세대 전자 및 에너지 소자 개발에 매우 중요한 소재로 주목받고 있습니다. 본 연구실에서는 갈륨 기반 액체금속을 활용하여 다양한 전자 소자와 에너지 저장·변환 장치를 개발하고 있습니다. 액체금속의 계면 특성, 산화막 형성, 젖음 거동 등 미세한 물리화학적 현상을 정밀하게 분석하여, 소자의 성능과 안정성을 극대화하는 연구를 수행하고 있습니다.
특히, 액체금속을 전극이나 전도성 필러로 활용한 신축성 커패시터, 페로브스카이트 태양전지, 바이오센서 등 다양한 응용 분야에 적용하고 있습니다. 이러한 소자들은 기존의 경직된 전자기기와 달리 유연하고 신축성이 뛰어나며, 착용형 웨어러블 디바이스, 바이오의료기기 등 차세대 스마트 디바이스로의 확장이 가능합니다. 또한, 액체금속의 표면 산화막을 제어하거나, 다양한 나노입자와의 복합화를 통해 기능성을 극대화하는 연구도 활발히 이루어지고 있습니다.
이러한 연구는 단순히 소재 개발에 그치지 않고, 실제 응용 가능한 소자 제작 및 상용화 기술로 이어지고 있습니다. 최근에는 액체금속을 이용한 약물 전달 시스템, 광열 치료용 나노입자, 암 진단 및 치료용 바이오소자 등 바이오메디컬 분야로의 확장도 활발히 진행 중입니다. 본 연구실의 액체금속 기반 소자 연구는 전자공학, 에너지공학, 바이오공학 등 다양한 학문 분야와 융합되어 미래 첨단기술의 핵심을 이끌고 있습니다.
열관리 및 에너지 저장용 복합소재 개발
에너지 효율 향상과 고성능 전자기기의 안정적 구동을 위해서는 우수한 열관리 및 에너지 저장 소재의 개발이 필수적입니다. 본 연구실은 탄소나노소재, 금속/유기/무기 입자, 고분자 매트릭스 등 다양한 기능성 필러와 매트릭스를 조합하여, 열전도성 및 전기화학적 특성이 우수한 복합소재를 설계하고 있습니다. 특히, 방열 페이스트, 방열 필름, 열인터페이스 소재 등은 고집적 반도체 패키징, 전력 소자, 배터리 등에서 핵심적인 역할을 합니다.
복합소재의 미세구조 제어, 계면공학, 전기화학적 특성 분석 등 다각적인 연구를 통해 소재의 성능을 극대화하고 있습니다. 예를 들어, 유전영동 정렬 기술을 활용하여 금속 필러의 배향을 제어하거나, 하이드로겔 기반의 에너지 저장 장치(슈퍼커패시터, 배터리 등)를 개발하여 고효율·고안정성의 에너지 소자를 구현하고 있습니다. 또한, 신축성과 투명성을 동시에 갖춘 전극 소재, 친환경 태양전지, 고내구성 슈퍼커패시터 등 다양한 응용 분야로 연구를 확장하고 있습니다.
이러한 연구는 실제 산업 현장에서 요구되는 고성능, 고신뢰성 소재 개발로 이어지며, 반도체, 에너지, 환경, 바이오 등 다양한 산업 분야에 적용될 수 있습니다. 최근에는 액체금속과 직물 복합체를 이용한 웨어러블 에너지 소자, 고에너지 밀도 및 장기안정성의 신축성 리튬이온 전고체 배터리 등 차세대 에너지 시스템 개발에도 집중하고 있습니다. 본 연구실의 복합소재 연구는 미래 에너지 및 전자기기 산업의 혁신을 선도하고 있습니다.
고분자 및 하이드로겔 기반 스마트 센서와 바이오 응용
본 연구실은 고분자 및 하이드로겔을 기반으로 한 스마트 센서 개발에도 주력하고 있습니다. 고분자 복합체, 하이드로겔, 나노입자 등을 활용하여 pH, 습도, 알코올, 가스 등 다양한 환경 및 생체 신호를 감지할 수 있는 센서 소자를 개발하고 있습니다. 이러한 센서는 웨어러블 디바이스, 의료 진단, 환경 모니터링 등 다양한 분야에 적용될 수 있습니다.
특히, 직물 기반의 신축성 센서, 자가치유 및 고수분 보유 특성을 가진 하이드로겔-이온 도전체, 바이오마커 검출용 나노입자 등 혁신적인 소재 및 소자 개발이 이루어지고 있습니다. 또한, 암 진단 및 치료를 위한 표적 약물 전달 시스템, 광열 치료용 액체금속 나노입자, 엑소좀 기반 바이오센서 등 바이오메디컬 융합 연구도 활발히 진행 중입니다. 이러한 연구는 특허 출원 및 기술이전, 실제 임상 및 산업 현장 적용으로 이어지고 있습니다.
스마트 센서 및 바이오 응용 연구는 기존의 전자·에너지 소재 연구와 융합되어, 차세대 헬스케어, 정밀의료, 환경안전 분야에서 새로운 가치를 창출하고 있습니다. 본 연구실은 소재 설계부터 소자 구현, 응용까지 전주기적 연구를 통해 미래 사회의 다양한 요구에 대응하고 있습니다.
1
Interface of Gallium-Based Liquid Metals: Oxide Skin, Wetting, and Applications
Nanoscale Horizons,
2
A Transparent Hydrogel-Ionic Conductor with High Water Retention and Self-Healing Ability
Materials,
3
The Dielectrophoretic Alignment of Biphasic Metal Fillers for Thermal Interface Materials
Polymers,
1
액체금속 복합소재를 활용한 차세대 고속 RT-PCR 시스템 개발
2
액체금속 기반 신축성 기체차단막 기술과의 결합을 통한 고에너지 밀도 및 장기안정성의 신축성 리튬이온 전고체 배터리 시스템 개발
3
액체금속-직물 복합체 전극 기반 직물일체형 유연/신축 페로브스카이트 태양전지 개발