양자점(Quantum dots, QDs)은 높은 흡수계수와 자외선-가시광 범위를 아우르는 흡수 특성 덕분에 뉴로모픽 기계 비전에 대해 상당한 잠재력을 제공한다. 그러나 실제 적용에서는 저조도 및 동적으로 변화하는 환경에서 표적 인식과 추적을 정확히 수행하는 데 있어 중대한 과제들이 존재한다. 근본적인 한계는 QDs의 엑시톤-구속(exciton-confinement) 효과로 인해 효율적인 엑시톤 분리가 방해된다는 데서 비롯된다. 이 문제를 극복하기 위해 우리는 티올-말단 폴리비닐리덴 플루오라이드(thiol-terminated polyvinylidene fluoride, PVDF-SH) 리간드로 기능화한 강유전성 양자점(ferroelectric QDs, FE-QDs)을 합성하고, 이를 유기 시냅스 트랜지스터의 광감응 플로팅 게이트(photo-sensitive floating gate)로 활용하였다. 유기 시냅스 트랜지스터에 분극 전압을 인가하면, FE-QD 필름이 엑시톤 구속에 대응하는 전기장을 생성한다. 이 과정은 QDs에서의 엑시톤 분리를 크게 촉진하는 동시에 채널 층에서의 전하 축적을 조절한다. 기계 학습 알고리즘과 통합하여, QD 기반 장치는 저조도 환경에서 시뮬레이션된 자동차의 움직임을 검출하는 데 100%의 정확도를 달성했으며, 이는 야간 시력, 자율주행, 지능형 교통 시스템에 적용될 수 있는 적응적이고 동적 감지 기술의 잠재력을 보여준다.

양자점(Quantum dots, QDs)은 높은 흡수계수와 자외선-가시광 범위를 아우르는 흡수 특성 덕분에 뉴로모픽 기계 비전에 대해 상당한 잠재력을 제공한다. 그러나 실제 적용에서는 저조도 및 동적으로 변화하는 환경에서 표적 인식과 추적을 정확히 수행하는 데 있어 중대한 과제들이 존재한다. 근본적인 한계는 QDs의 엑시톤-구속(exciton-confinement) 효과로 인해 효율적인 엑시톤 분리가 방해된다는 데서 비롯된다. 이 문제를 극복하기 위해 우리는 티올-말단 폴리비닐리덴 플루오라이드(thiol-terminated polyvinylidene fluoride, PVDF-SH) 리간드로 기능화한 강유전성 양자점(ferroelectric QDs, FE-QDs)을 합성하고, 이를 유기 시냅스 트랜지스터의 광감응 플로팅 게이트(photo-sensitive floating gate)로 활용하였다. 유기 시냅스 트랜지스터에 분극 전압을 인가하면, FE-QD 필름이 엑시톤 구속에 대응하는 전기장을 생성한다. 이 과정은 QDs에서의 엑시톤 분리를 크게 촉진하는 동시에 채널 층에서의 전하 축적을 조절한다. 기계 학습 알고리즘과 통합하여, QD 기반 장치는 저조도 환경에서 시뮬레이션된 자동차의 움직임을 검출하는 데 100%의 정확도를 달성했으며, 이는 야간 시력, 자율주행, 지능형 교통 시스템에 적용될 수 있는 적응적이고 동적 감지 기술의 잠재력을 보여준다.

자유공간에서 원치 않는 주파수들이 혼합되는 것을 피하기 위해, 공간적으로 변하는 굴절률에 의해 정의되는 격자의 점광원은 이진적으로가 아니라 정현파적으로 배열되어야 한다. 그러나 고전적 푸리에 광학에서 얻을 수 있는 이러한 오래전부터의(그러나 표준) 교훈은, 지금까지 개발되어 온 대부분의 제작 방법이 본질적으로 정현파 격자보다는 이진 격자에 적합하기 때문에, 격자의 실질적 구현에서는 충분히 활용되지 못하고 있다. 최근에는 고급 나노가공 기술을 활용함으로써 이러한 광학 푸리에 소자 설계 개념이 실제 표면 격자(광학 푸리에 표면)로 구현되었지만, 그 부피(볼륨) 등가물(광학 푸리에 볼륨, OFVs)은 아직 개념적으로나 실험적으로도 충분히 해명되지 않았다. 본 연구에서는 분석적 및 수치적 계산의 도움을 받아 OFV의 핵심 특성과 그 구조적 요구 사항을 체계적으로 규명한다. 특히 OFV에 필요한 부피 격자의 동적 범위와 두께를 새롭게 정의한다. 이러한 이론적 청사진에 근거하여 그 후 홀로그램 포토폴리머와 포토어드레서블 폴리머를 다시 검토하고, 이를 OFV를 손쉽게 제작할 수 있는 매질로서 실험적으로 검증한다. 또한 이론적 설계와 실제 재료 구현 전반을 아우르는 OFV 통합 파이프라인을 제공함으로써 부피 격자의 연구 지평을 확장한다.

우리는 고온 공정에서 향상된 패턴 충실도를 갖는 열적으로 견고한 병솔(bottlebrush) 블록 공중합체(BBCP)의 합성과 자기조립에 관해 보고한다. BBCP는 원자이동 라디칼 중합(ATRP)을 통해 제조한 폴리스티렌(PS)과 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA)의 유리상(macromonomer) 곁사슬로 구성하였고, 이어서 고리열림 메타세시스 중합(ROMP)을 수행하였다. PMMA 및 PS의 브로민 종결 macromonomer에 대한 탈할로겐화(dehalogenation)가 열적으로 안정한 BBCP와 상 분리된 박막을 제공하기 위한 핵심 합성 단계로 밝혀졌다. 이러한 미세한 말단기(end-group) 개질은 전 유리상(segmented) BBCP의 열 처리 동안 극적인 결과를 초래하여, 명확하게 정의된 자기조립 형태를 형성하게 하였다. 원자힘현미경(atomic force microscopy)과 다중각도 광산란을 결합한 겔 투과 크로마토그래피( gel permeation chromatography with multiangle light scattering )는 탈할로겐화된 macromonomer 및 BBCP가 우수한 형태 안정성을 나타냄을 확인하였다. 이 전략은 병솔 구조(bottlebrush architecture)에서의 중요한 안정성 문제를 해결하며, 결함-내성(defect-tolerant) 나노패터닝을 위한 플랫폼을 구축하여 BBCP가 고온 지향성 자기조립(directed self-assembly)에서의 실용적 적용으로 나아가도록 한다.

난연성 열가소성 폴리우레탄(TPU) 복합재는 다양한 산업 응용 분야에서 화재 안전성을 향상시키는 데 필수적이다. 그러나 인과 질소 기반 난연제를 사용하는 기존의 전략은 대개 고함량의 첨가제가 필요하며, 그 결과 복합재의 기계적 성질이 현저히 저하된다. 대부분의 기존 방법이 용매 기반 공정에 의존하는 반면, 본 연구는 고도의 난연성 및 기계적 강인성을 동시에 달성하는 TPU 복합재를 제조하기 위한 완전 건식 기계화학(mechanochemical, MC) 공정을 도입한다. MC 공정은 2단계로 수행하였다. 첫째, 알루미늄 디에틸포스피네이트(AlPi)의 표면을 멜라민 시아누레이트(melamine cyanurate, MCA)로 기능화하여 혼합형 난연제(MCAlPi)를 제조하였고, 둘째, MCAlPi와 TPU 입자 간의 물리적 접착을 촉진함으로써 계면 친화성을 향상시켰다. 미세구조 분석 결과, MC 처리를 하지 않은 복합재에서 관찰되는 응집과는 대조적으로 TPU 매트릭스 내에서 MCAlPi가 균일하게 분산됨이 확인되었다. MC 처리 복합재는 난연제 함량을 6 wt% 감소시키면서 UL-94 V-0 등급을 달성하였으며, 처리하지 않은 시편 대비 인장강도가 64% 향상되었다. 이러한 결과는 용매를 사용하지 않는 MC 전략이 기존의 용매 기반 방법의 성능과 일치하거나 이를 능가할 뿐 아니라, 화재 저항성과 기계적 성능의 균형 잡힌 조합을 갖춘 난연성 고분자 복합재를 생산하기 위한 비용 효율적이고 확장 가능하며 환경 친화적인 경로를 제공함을 보여준다.

전기자동차(EV)에서 고에너지 밀도 배터리에 대한 수요가 빠르게 증가함에 따라, 고니켈 양극 및 이를 지지하는 바인더의 중요성이 더욱 커지고 있으며, 성능 요구 조건도 점점 더 엄격해지고 있다. 그러나 고니켈 양극의 통상적인 바인더인 폴리(비닐리덴 플루오라이드)(PVDF)는 명확한 한계를 보이고 있고, 과불화(Per- 및 polyfluoroalkyl substance; PFAS) 규제의 등장은 대안에 대한 긴급한 필요성을 강조한다. 이에 따라 불소가 없는 바인더는 실행 가능한 대체재로서 큰 주목을 받고 있다. 최근 연구들은 기계적 건전성의 향상, 계면 안정성의 강화, 전극 구성요소의 더 나은 분산을 통해 전기화학적 성능을 개선함으로써 그 잠재력을 보여주었다. 그럼에도 불구하고, 에너지 밀도, 전기화학적 성능, 공정성(가공성)을 동시에 다루는 포괄적이고 체계적인 평가는 PVDF를 실제로 대체하기에는 아직 충분하지 않다. 본 리뷰는 고니켈 양극에서 PVDF 기반 바인더를 개선하기 위한 현재의 전략을 검토하고, 유망한 대안으로서 불소-무함(무불소) 바인더 접근법에 대한 최신 개요를 제공한다. 또한 고니켈 양극을 지지할 수 있는 불소-무함 바인더를 발전시키기 위해서는, 공정 전반에 대한 체계적이고 공정 특이적인 타당성 연구가 필요함을 강조한다. 이 기여는 산업적 성능 요구와 새롭게 부상하는 규제 요건을 모두 충족하는 차세대 PFAS-무함 바인더 시스템의 합리적 설계를 안내하는 것을 목표로 한다.