The Organic and Inorganic Structures Laboratory
화학공학과
조은철
한양대학교 화학공학과 유무기 구조체 연구실은 유기 및 무기 소재를 기반으로 한 혁신적인 마이크로/나노구조체의 설계, 합성 및 응용에 중점을 두고 있습니다. 본 연구실은 콜로이드, 플라즈모닉 나노입자, 고분자 복합체 등 다양한 나노소재를 활용하여 에너지, 환경, 바이오, 화장품 등 다양한 분야에 적용 가능한 첨단 기술을 개발하고 있습니다.
특히, 태양에너지 하베스팅 시스템과 스마트 윈도우 개발에 있어 플라즈모닉 나노구조체와 금, 은 나노입자, 콜로이드 기반 구조체를 이용하여 빛의 흡수 및 반사를 정밀하게 제어하는 연구를 선도하고 있습니다. 이러한 기술은 건물, 자동차, 전자기기 등에서 에너지 효율을 극대화하고, 실내 환경을 쾌적하게 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. 또한, 스마트 윈도우는 전기, 열, 습도 등 다양한 외부 자극에 따라 투과율과 색상을 조절할 수 있어, 미래형 윈도우 및 광학 소재로 주목받고 있습니다.
연구실은 기능성 화장품 소재 개발에도 활발히 참여하고 있습니다. 자외선, 블루라이트, 근적외선 등 유해 광선을 효과적으로 차단하는 유무기 콜로이드 및 플라즈모닉 나노입자를 개발하여, 피부 보호와 안전성을 동시에 확보하는 친환경 화장품 원료를 연구합니다. 미세플라스틱 및 색소를 사용하지 않는 친환경 소재, 피부 장벽 기능 회복을 위한 리피드 기반 마이크로입자 등 다양한 혁신적 소재가 실제 산업에 적용되고 있습니다.
이외에도, 본 연구실은 저비용 대면적 패턴화, 유연 기판 적용, 자가세정 및 공기정화 기능 등 실용화에 적합한 다양한 제조 및 응용기술을 개발하고 있습니다. 최근에는 흑금 나노구조체, 이중면 ITO 광결정 윈도우, 자가세정 태양전지 루프 등 다양한 특허와 논문을 통해 연구 성과를 국내외에 알리고 있습니다.
이러한 연구 성과는 에너지, 환경, 바이오, 화장품, 건축 등 다양한 산업 분야로의 확장 가능성을 보여주며, 미래 사회의 지속가능성과 삶의 질 향상에 크게 기여할 것으로 기대됩니다.
Smart Windows
Photonic Crystals
Solar Energy Harvesting
유무기 나노구조체 기반 에너지 하베스팅 및 스마트 윈도우 기술
본 연구실은 유기 및 무기 소재를 활용한 혁신적인 마이크로/나노구조체의 설계와 합성에 중점을 두고 있습니다. 특히, 태양에너지 하베스팅 시스템과 스마트 윈도우 개발에 있어 플라즈모닉 나노구조체, 금(Au) 및 은(Ag) 나노입자, 그리고 다양한 콜로이드 기반 구조체를 활용하여 빛의 흡수 및 반사를 정밀하게 제어하는 기술을 연구합니다. 이러한 나노구조체는 가시광선 및 근적외선 영역에서의 빛에 효과적으로 반응하여, 에너지 효율을 극대화할 수 있습니다.
스마트 윈도우 분야에서는 전기, 열, 기계적 자극, 습도 등 다양한 외부 환경 변화에 따라 투과율과 색상을 조절할 수 있는 다기능 윈도우 소재를 개발하고 있습니다. 예를 들어, 전기적 자극에 반응하는 일렉트로크로믹, 열에 반응하는 서모크로믹, 습도에 반응하는 하이드로크로믹 윈도우 등 다양한 형태의 스마트 윈도우를 구현하고 있습니다. 이러한 윈도우는 건물, 자동차, 전자기기 등 다양한 산업 분야에서 에너지 절감과 쾌적한 환경 조성에 기여할 수 있습니다.
또한, 본 연구실은 대면적 패턴화, 저비용 공정, 유연 기판 적용 등 실용화에 적합한 제조기술 개발에도 힘쓰고 있습니다. 최근에는 이중면 인듐주석산화물(ITO) 광결정 윈도우, 태양광을 효율적으로 흡수하는 흑금 나노구조체, 자가세정 및 공기정화 기능을 갖춘 윈도우 소재 등 다양한 혁신적 성과를 도출하고 있습니다. 이러한 연구는 에너지 산업뿐만 아니라 환경, 건축, 모빌리티 등 다양한 분야로의 확장 가능성을 보여주고 있습니다.
콜로이드 및 플라즈모닉 나노입자 기반 기능성 화장품 소재 개발
본 연구실은 유기 및 무기 콜로이드, 플라즈모닉 나노입자 등 첨단 나노소재를 활용한 기능성 화장품 소재 개발에도 선도적인 연구를 수행하고 있습니다. 특히, 자외선(UV), 블루라이트, 근적외선(NIR) 등 인체 피부에 유해할 수 있는 광선을 효과적으로 차단하는 소재를 개발하고, 이를 화장품에 적용하여 피부 보호 기능을 극대화하는 데 주력하고 있습니다.
연구실에서는 미세플루이딕스, 일렉트로스프레이 등 다양한 공정기술을 활용하여 고분자-무기 복합입자, 중공성 하이브리드 입자, 표면 조절이 가능한 나노입자 등을 합성합니다. 이러한 입자들은 피부에 안전하게 적용될 수 있도록 설계되며, 미세플라스틱 및 색소를 사용하지 않는 친환경적이고 안전한 화장품 원료로서의 가능성을 제시합니다. 또한, 피부 투과성, 안정성, 광차단 효율 등 다양한 물성을 정밀하게 평가하여 실제 상용화에 적합한 소재 개발을 목표로 하고 있습니다.
최근에는 근적외선 차단용 유무기 복합입자, 온도 및 습도에 반응하는 스마트 화장품 소재, 피부 장벽 기능 회복을 위한 리피드 기반 마이크로입자 등 다양한 혁신적 소재를 개발하였으며, 관련 특허 및 기술이전도 활발히 이루어지고 있습니다. 이러한 연구는 화장품 산업뿐만 아니라 바이오, 의료, 환경 분야로의 응용 확장성을 가지고 있습니다.
1
Slippery Colloidal Crystal Monolayers for Sustainable Enhancement of Commercial Solar Cell Performance
ACS Applied Energy Materials, 2021
2
Hydrochromic Smart Windows to Remove Harmful Substances by Mimicking Medieval European Stained Glasses
ACS Applied Materials & Interfaces, 2020
3
Enhanced Near-infrared Shielding and Light Scattering Using Surface-roughened Hybrid Hollow Microparticles Synthesized with Polymer and TiO2@Al(OH)3 for Cosmetic Applications
Particle & Particle Systems Characterization, 2018
1
플라즈모닉 메타분자 안테나 콜로이드의 대용량 합성법 개발 및 대면적 배열을 통한 신규 케미컬 센서 및 에너지 하비스트 시스템 개발
2
플라즈모닉 메타분자 안테나 콜로이드의 대용량 합성법 개발 및 대면적 배열을 통한 신규 케미컬 센서 및 에너지 하비스트 시스템 개발
3
플라즈모닉 성질에 기반한 제형적합성 적외선 차단용 입자 개발 (4차년도)