연구 및 성과에 대한 보도자료
▣ 장현명 교수, "양자점 밴드갭 제어 신기술 국산화



  디스플레이와 초미세 반도체, 의료기기 등에 사용되는 양자점 밴드갭(Band Gap)을 제어할 수 있는 새로운 기술이 개발됐다.
  공의현 포스텍 신소재공학과 박사(지도교수 장현명)팀은 양자점의 상전이를 이용해 하나의 양자점에 두 가지 상태를 공존시켜 양자점 밴드갭을 조절할 수 있는 기술을 개발하는데 성공했다.
이 기술을 적용하면 전극의 광학적 특성이 수배 이상 증가해 양자점 감응형 태양전지의 효율을 50%이상 향상시킬 수 있다.
  에너지갭으로도 불리는 양자점 밴드갭은 전자가 존재하는 에너지 레벨과 전자가 존재하지 않는 에너지 레벨 사이 차이를 의미한다. 이 차이에 따라 물질의 전기 전도성 정도가 결정되는 중요한 특성이다.
따라서 전도성을 이용해 디스플레이나 반도체, 의료기기에 활용되는 양자점의 특성상 밴드갭을 조절하는 것은 광학적, 전기적 특성을 크게 개선시킬 수 있는 중요한 연구다.
밴드갭을 조절하는 방법에 대해서는 다양한 연구가 진행돼 왔지만 기존 방법은 복잡하고 비용도 많이 든다는 단점이 있다.
  연구팀은 진공장비 등 고가의 장비 없이 공기 중에서 짧은 시간 열처리를 통해 양자점 속 격자를 뒤틀리게 함으로써 밴드갭을 조절하는 기술을 제안했다. 따라서 공정시간이 짧을 뿐만 아니라 제조비용도 크게 줄였다.
  이번 기술은 다양한 종류의 반도체 양자점에 적용될 수 있어 양자점을 이용하는 여러 기기에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
한편, 이 연구는 재료과학분야의 권위지인 ‘스몰(Small)’의 4월호 표지논문으로 발표됐다.


<관련 기사> 전자신문 14-04-11,  영남일보 14-04-11
====================================
Quantum Dots: Bandgap Tuning by Using a Lattice Distortion Induced by Two Symmetries That Coexist in a Quantum Dot  Small, 10, 7, 1299 (2014) (IF: 7.823)
====================================

▣ 진왕철 교수(나노기반 소프트 일렉트로닉스 연구단) '투명전극 소재 그래핀 상용화 성큼'



  미래창조과학부는 글로벌프론티어사업 "나노기반 소프트일렉트로닉스 연구단'이 복잡한 공정 없이 차세대 소재인 그래핀의 결정면과 내부결함을 관찰하는 기술을 개발했다고 30일 발표했다.
 이번 연구에서는 나노기반 소프트일렉트로닉스 연구단 소속 안종현 연세대 전기전자공학부 교수, 진왕철 포스텍 신소재공학과 교수, 손정호 삼성디스플레이 책임연구원, 백승재 연세대 전기전자공학부 연구원 등이 참여했다.
  탄소원자 단일층으로 이뤄진 그래핀은 유연한 특성 때문에 차세대 투명전극소재로 주목받는 물질이다. 하지만 그래핀에 전류가 효과적으로 흐르게 하려면 내부 나노구조를 잘 제어해야 하는데 전자현미경을 이용하는 공정이 복잡하다. 1나노미터(nm) 미만의 얇은 박막 두께를 제어하는 것도 쉽지 않다.
  연구팀은 액정소재를 이용해 그래핀 박막의 결정구조화 내부결함 분포를 광학적으로 분석하는 기술을 개발했다. 이를 토대로 외부 기계적 응력 변화에 따른 그래핀 내부의 결함 발생 과정을 관찰하는데 성공했다.
  연구팀은 이같은 액정 소재를 그래핀 박막 위에 코팅하면 액정이 그래핀의 결정면을 따라 방향을 바꾸는 것을 확인했다. 별도의 복잡한 공정 없이 그래핀의 결정면을 손쉽게 관찰하고, 변화한 액정의 이미지를 보고 결함 유무를 확인할 수 있었다.
  대면적 그래핀의 특성을 분석하는 데 드는 시간과 비용을 크게 줄일 수 있어 유연한 그래핀 기반 투명전극을 상용화하는 데 활용될 것으로 기대되고 있다.

<관련 기사> 전자신문 14-03-30, SBS뉴스 14-03-30
==============================

Detection of graphene domains and defects using liquid crystals

Nature Communications, 5, 3484 (2014) (IF: 10.015)

==============================

▣ 한세광 교수, 기존보다 2~3배 효능 좋은 C형 간염 약물전달시스템 개발



  미래창조과학부는 포항공과대학교 산학협력단이 개발한 히알루론산 기반 C형 간염 치료제 약물전달시스템을 신풍제약에게 기술 이전했다고 19일 밝혔다. C형 간염 치료는 치료 효과를 높이기 위해 스위스 로슈사의 페가시스, 미국 머크사의 페그인트론과 같은 페길화 인터페론을 리바비린과 함께 사용하고 있다.
  그러나 페길화 인터페론은 체내 투여 시 혈관을 따라 간 이외에 다른 장기로 전달돼 간에서의 치료효능이 낮고 반복해서 투여하면 탈모, 빈혈, 폐부종 등 다른 신체장기에서 부작용이 발생한다.
한 세광 포항공대 교수팀이 개발한 기술은 페길화 인터페론에 비해 간 조직에 선택적으로 전달되어 다른 신체장기에서 발생할 부작용을 최소화한다. 동물실험 결과 현재 사용되는 C형 간염치료제 페길화 인터페론보다 2~3배 좋은 효능을 보인다.
  한세광 교수는 “본 기술이 상용화 되면, 전 세계적으로 연 6조원 이상으로 추정되는 세계 C형 간염치료제 시장에 성공적으로 진입하게 될 것”으로 기대한다며 “C형 간염치료 외에도 간경화 ,간암 등 간 질환에 특화된 치료제 개발에도 활용이 가능한 기술”이라고 말했다.
이번 연구는 포항공대 한세광 교수팀이 미래창조과학부의 지원을 받아 진행됐으며 단계별 정액 기술료 5억원에 매출액의 2%를 경상기술료로 지급받는 조건으로 수행됐다.

<관련 기사> 전자신문 14-02-19

▣ 이종람 교수, 이달의 과학기술자상(2월)



  "극평탄 금속기판은 플렉시블 디스플레이나 조명용 유기발광다이오드(OLED) 기판, LED 본딩 기판, 태양전지 기판 등 표면이 매끈해야만 하는 기판 소재에 응용될 수 있습니다. 이번 극평탄 금속기판 제조기술 개발로 앞으로 금속기판의 대량 생산이 가능해질 것으로 보입니다."
  미래창조과학부와 한국연구재단·서울경제신문이 주관하는 이달의 과학기술자상 2월 수상자로 선정된 이종람(55) 포항공대 신소재공학과 교수는 "국내 기업으로의 기술이전과 해당 기업과의 공동연구를 통해 최고 수준의 극평탄 플렉시블 금속기판을 제품화할 것"이라며 "계획대로 진행될 경우 국내 기업들은 2018년 55조원에 달할 것으로 예상되는 플렉시블 기판 시장에서 유리한 위치를 차지할 수 있을 것"이라며 말했다.
  손목에 감을 수 있는 휴대폰과 둘둘 말았다가 펼쳐 보는 전자신문, 얇은 필름 모니터를 장착한 초경량 노트북 등은 반드시 기판을 필요로 한다. 기판이 갖춰야 할 첫 번째 조건은 표면이 평탄해야 한다는 것이다. 표면이 거친 기판 위에 전자소자를 집적하면 누설전류가 증가하기 때문이다. 이 같은 이유로 지금까지 기판재료로 유리가 많이 사용됐다. 문제는 유리가 평탄하기는 하지만 잘 휘어지지 않는다는 점이었다. 플라스틱 역시 평탄한 기판을 만드는 데는 어려움이 없었지만 수분에 취약하고 고온에서 물성이 변하는 단점이 있었다.
  이에 연구팀이 관심을 기울인 기판 소재는 다름 아닌 금속이었다. 금속은 아주 얇게 만들 경우 휘어질 수 있는 특성을 지닌다. 이 교수는 "얇게 만든 금속기판은 유연하면서도 수분에 취약한 플라스틱이나 충격에 약한 얇은 유리의 단점을 극복할 수 있어 플렉시블 기판 소재로 주목 받고 있다"며 "하지만 금속기판을 얇게 만드는 과정에서 금속표면이 거칠어져 전류가 누설되는 현상은 상용화에 큰 걸림돌이 돼왔던 게 사실"이라고 설명했다.
  연구의 핵심 포인트는 압연과정에서 거칠어질 수밖에 없는 금속기판의 표면을 평탄하게 하는 것이었다. 이 교수는 "표면 거칠기를 10nm 이하로 만드는 것이 연구의 관건 이었다"며 "기존에는 주로 폴리싱(polishing) 방법을 이용했지만 기판을 이 방법으로 평탄화하면 비용이 많이 든다는 문제가 있었다."고 지적했다.
  연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 매끈한 모(母) 기판 위에 금속기판을 올려 붙인 뒤 원자결합력을 조절해 모 기판과 금속기판을 분리해내는 방식을 선택했다. 이렇게 했더니 모 기판의 매끈한 표면이 금속기판에 그대로 전사됐다. 수치상으로는 100nm였던 표면 거칠기가 1nm 이하로 낮아졌다. 이 교수는 "별도의 평탄화 공정 없이 전자소자용 금속기판을 롤투롤(Roll-to-Roll) 공정으로 만들 수 있는 기술개발은 곧 평탄하고도 열적 안정성을 가진 금속기판의 대량 생산기술 개발을 의미한다"고 강조했다.
연구팀이 개발한 이 기술은 현재 핵심원천 기술 측면에서 일본·미국 등에 뒤지고 있는 우리나라와 이들 나라의 기술격차를 줄이는 데도 크게 기여할 것으로 기대된다. 플렉시블 디스플레이 제품양산은 우리나라가 경쟁력을 갖고 있지만 핵심원천 기술은 미국이나 일본 등이 보유하고 있는 실정이다. 아울러 이 기술은 차세대 광전자소자 개발에도 기여했다는 평가를 받고 있다.
  이 기술을 개발하기까지 과정이 순탄했던 것만은 아니었다. 수년 전 OLED 소자 시제품을 시연하면서도 어려움에 직면했다. 가로, 세로 5㎜가량의 OLED 소자를 만들었는데 크기가 작아 심사위원들이 디스플레이 적용 가능성을 낮게 봤던 것이다.
  연구과제 수행이 중단될 위기에 처하기도 했다. 장비나 설비가 충분하지 않은 학교에서 시제품을 만들기가 만만치 않았기 때문이다. 하지만 이 교수는 그때마다 '그래 한 번 끝까지 해보자'고 마음먹었다. 그리고 연구팀원들과 힘을 모아 3.5인치 패널 개발에 돌입했다. 우여곡절 끝에 시제품을 만들어냈고 그 제품은 그해 평가에서 최우수라는 결과를 받았다. 이번에 개발한 기술도 그 과정 중에 얻은 결과가 실마리가 된 것이었다.
  "'안 된다'고 생각하면 그 일은 절대로 이뤄지지 않습니다. 하지만 '된다'고 생각하면 그 일은 이뤄질 수도 있습니다. 1%의 성공 가능성이라도 있을 때 우리는 도전을 두려워할 필요가 없습니다. 단지 관점의 차이라고 생각합니다. 패배감으로 가득 찬 사람은 99% 성공 가능성이 있어도 1%의 실패 여지 때문에 실패하기도 합니다. 제가 자주 학생들에게 하는 이야기입니다."
  이 교수는 그동안 '어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)' 등 정상급 국제저널에 285편의 논문을 발표하고 344편의 특허를 등록하는 등 활발한 연구개발 활동을 수행하고 있다. 논문 인용횟수는 4,000여회에 이른다.
  이달의 과학기술자상은 우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 사람에게 수여되는 상이다. 과학기술인의 사기 진작, 국민들의 과학기술 마인드 확산 등을 위해 지난 1997년 4월부터 매월 1명씩 선정해 장관상과 상금을 수여하고 있다.

<관련 기사> 서울경제 13-12-20, 사이언스타임즈 14-02-13

▣ 오상호 교수 '머리카락 굵기 300분의1' 금 나노선 변형복원력 밝혀




오상호 포스텍 교수, 금 나노선의 고무줄 특성 규명

 

  머리카락보다 300배가는 금 나노선이 고무줄처럼 늘어날 수 있다는 연구결과가 나왔다.
이 같은 금 나노선 변형복원력은 초미세 에너지 저장장치, 형상기업 소자, 센서 등 다양한 분야에 응용이 가능할 것으로 예상된다.
  오상호 포스텍(POSTECH) 신소재공학과 교수는 실시간 투과전자현미경(in-situ TEM)을 이용해 금 나노선이 고무줄처럼 늘어났다가 줄어드는 변형복원력(가역적 소성변형이 반복적으로 일어나는 현상)이 있다는 사실을 밝혔다.
  이 번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업의 지원을 받아 KAIST, 독일 에를랑겐대학교, 막스플랑크연구소, 오스트리아 레오벤대학교 등과 공동으로 수행됐다. 연구결과는 최근 `네이처 커뮤니케이션스지(Nature Communications)`에 게재됐다.
금 나노선은 이론적으로 최대의 기계적 강도를 나타낼 수 있는 구조로 주목받고 있지만, 실험적 제약으로 컴퓨터 시뮬레이션에 의존해 변형특성에 대한 연구가 이뤄져 왔다.
  이 때문에 나노선이 가늘어질수록 강해지는 반면에 원하는 형태로의 가공이 어려워지는 원인을 밝히기 위해 나노선의 변형과정을 실시간으로 관찰하는 게 관건이었다.
  연구팀은 금 나노선을 3~4회 잡아당기고 압축시키기를 반복한 결과 금 나노선이 원래 길이보다 40% 길어졌다가 다시 원래 길이로 줄어드는 복원성을 갖는다는 것을 실시간 확인했다.
  시뮬f레이션만으로만 예측되던 금 나노선의 가역적 변형이 실험적으로 확인됨에 따라 초미세 센서나 형상기억 소자, 에너지 저장장치와 같은 나노소자로의 응용이 가능할 전망이다.
  오상호 교수는 “나노크기의 금속물질이 최대 40% 정도 큰 변형량을 반복적으로 수용할 수 있다는 연구결과를 토대로 나노재료의 성능과 특성을 실시간 분석하는 연구를 계속할 것”이라고 말했다.

<관련 기사> 전자신문 14-01-22
==============================

Reversible cyclic deformation mechanism of gold nanowires by twinning–detwinning transition evidenced from in situ TEM

Nature Comm, 5, 4033 (2014) (IF: 10.015)

==============================

▣ 한세광 교수, 빛 이용 암 치료기술 개발



포스텍 연구진, 빛을 이용한 암 치료기술 개발

 

  포스텍(포항공과대)과 미국 하버드의과대학 공동연구팀이 나노그래핀-히알루론산 접합체를 이용한 새로운 개념의 암 조직 광열 치료기술을 개발했다.
포 스텍 신소재공학과 한세광(45세) 교수와 박사과정 정호상 씨는 하버드 의과대학 웰만광의약센터(Wellman Center for Photomedicines)와 공동으로 나노미터 크기의 그래핀을 히알루론산과 접합해 암이 유발된 동물모델의 피부를 통해 투입한 다음 근적외선을 쪼이는 광열(光熱)효과를 통해 암 조직을 괴사시키는 신기술을 개발하는데 성공했다고 3일 밝혔다.
  이 기술을 적용하면 암 조직만 선택적으로 치료할 수 있기 때문에 전신 약물투여 등으로 인한 항암치료 과정의 부작용을 획기적으로 개선할 수 있을 것으로 기대된다.
  이 연구결과는 나노 분야 세계적 권위지 ACS Nano 1월3일자 온라인판에 게재됐다.
  한 세광 교수 연구팀은 최근 3년간 나노의약(nanomedicine)용 생체재료 개발과 관련 총 30여 편의 논문을 Nature Photonics, Advanced Materials 등 세계 최고 수준의 국제 저널에 게재해 왔으며 국내외 30여 건의 특허 출원 및 등록도 완료했다.
  이 연구는 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다.
  한 교수는 “빛을 이용해 지난 2013년 당뇨병 치료기술을 개발한데 이어 이번에 암 치료기술도 개발하는데 성공했다”며 “하버드의대와의 지속적인 공동연구를 통해 빛을 이용한 다양한 난치성 질환 치료기술을 개발하는데 전력을 다 하겠다.”고 말했다.


<관련 기사> 중앙일보 14-01-03, YTN 14-01-03, 경북일보 14-01-06

==============================

Nanographene Oxide-Hyaluronic  Acid Conjugate for Photothermal Ablation Therapy of Skin Cancer

ACS Nano, 8, 1, 260–268 (2014) (IF: 12.062)

==============================