본 연구 주제는 전자세라믹스와 전자화물(electride)의 고유한 전자 구조를 활용하여 차세대 전자·양자 기능성 소재를 구현하는 데 초점을 둔다. 전자화물은 음이온 자리에 전자가 존재하는 특이한 고체 물질로, 일반적인 세라믹이나 금속과는 다른 전하 분포와 낮은 일함수, 높은 전자 전달 특성을 보일 수 있다. 연구실은 이러한 소재의 합성, 구조 제어, 표면 전자 상태 분석을 통해 기존 재료로 구현하기 어려웠던 새로운 전자 현상을 실용적 조건에서 구현하고자 한다. 특히 이 연구는 고체 표면에서의 이차원 전자가스 형성, 위그너 결정과 같은 집단적 전자 상태, 그리고 전자 밀도에 따른 상전이 가능성을 규명하는 방향으로 확장된다. 관련 논문과 특허는 전자화물 표면에서 형성되는 특수 전자 상태가 양자 소자, 단전자 트랜지스터, 스핀 제어 소자, 플라즈모닉 광학 소자 등으로 이어질 수 있음을 시사한다. 이는 응집물질물리와 재료과학의 경계를 잇는 융합 연구로서, 전자의 거동을 물질 설계 차원에서 정밀하게 제어하려는 시도라는 점에서 의미가 크다. 장기적으로는 이러한 전자세라믹스 기반 양자 재료 연구가 저전력 전자소자, 고감도 센서, 양자 정보 처리용 플랫폼 개발로 이어질 가능성이 높다. 연구실은 재료 합성뿐 아니라 전자 구조 해석, 표면 분석, 물성 평가를 함께 수행함으로써 기초과학적 발견과 응용기술 개발을 동시에 추구하고 있다. 결국 이 주제는 전자세라믹스의 전통적 영역을 넘어, 전자 그 자체를 기능 단위로 사용하는 차세대 재료 과학으로 발전하고 있다.

본 연구 주제는 금속 나노입자의 표면 전자 상태를 제어하여 산화 안정성과 기능성을 동시에 높이는 데 중점을 둔다. 특히 구리 나노입자는 저비용·고전도성이라는 장점에도 불구하고 공기 중 산화가 빠르다는 한계가 있는데, 연구실은 표면 과잉전자(surface excess electrons)를 활용해 공기 중에서도 비산화 상태를 장기간 유지하는 새로운 접근을 제시하였다. 이는 단순한 표면 코팅이 아니라 전자 축적 자체로 산소 흡착과 산화 반응을 억제하는 개념이라는 점에서 차별성이 크다. 이러한 접근은 전자 전달 능력이 우수한 지지체와 나노입자의 계면 설계, 낮은 일함수 구현, 원자 수준의 구조·화학 분석을 포함한다. 실제 연구에서는 전자화물 기반 지지체 위에서 성장한 구리 나노입자가 외부 공기 노출 후에도 산화층 없이 유지됨을 확인하였고, 이론 계산을 통해 표면 과잉전자가 산소의 흡착과 침투를 열역학적으로 불리하게 만든다는 점을 설명하였다. 이는 나노입자 표면의 전자 분포를 조절함으로써 화학 반응성 자체를 재설계할 수 있음을 보여준다. 응용 측면에서 이 연구는 인쇄전자, 촉매, 전극, 센서, 광전자 재료 등 다양한 분야에 확장될 수 있다. 귀금속 대체 소재로서 구리의 활용 가능성을 높일 뿐 아니라, 나노입자의 산화·부식 문제를 전자 구조 공학으로 해결하는 새로운 방법론을 제공하기 때문이다. 앞으로는 구리뿐 아니라 다른 금속 및 합금 나노소재에도 이러한 전략이 적용되어, 고성능이면서도 경제적인 전자 재료 플랫폼으로 발전할 가능성이 크다.

본 연구 주제는 수소 음이온을 활용하는 친환경 세라믹 소재를 개발하여 차세대 에너지 저장 및 변환 시스템에 적용하는 데 초점을 둔다. 수소 경제와 탄소중립 실현을 위해서는 고효율·고안정성의 에너지 소재가 필수적인데, 연구실은 세라믹 소재 내 수소 결합 특성과 이온 전도 메커니즘을 규명함으로써 새로운 기능성 소재 플랫폼을 구축하고자 한다. 특히 수소 음이온 기반 물질은 기존 양성자 전도체와는 다른 전하 운반 특성을 보일 수 있어, 차세대 전기화학 장치용 핵심 소재로 주목된다. 연구실의 국가과제는 고성능 세라믹 합성, 구조 분석, 수소 저장 특성 평가, 이온 전도 경로 규명 등을 포함하는 장기적 연구로 구성되어 있다. 이 과정에서 재료의 조성 설계, 미세구조 제어, 결정학적 안정성 분석, 계면 반응성 평가가 중요하게 다뤄진다. 또한 수소 저장과 전환이 동시에 요구되는 실제 시스템 관점에서 소재의 내구성, 전도성, 환경 친화성을 통합적으로 검토함으로써 실용화를 염두에 둔 연구를 수행하고 있다. 이 연구는 수전해, 연료전지, 수소 저장 장치, 에너지 변환 촉매 지지체 등 폭넓은 분야와 연결될 수 있다. 나아가 전자세라믹스 연구 경험과 결합될 경우, 단순한 이온전도체를 넘어 전하 이동과 촉매 반응을 동시에 최적화하는 복합 기능성 재료로 발전할 가능성도 높다. 즉, 본 주제는 친환경 에너지 기술을 뒷받침하는 소재 혁신 연구이자, 세라믹 기반 에너지 재료의 새로운 방향을 제시하는 핵심 축이라 할 수 있다.