산소 결핍 조절로 마이크로웨이브 흡수율을 높인 페로브스카이트 개발

기존 색상 구현 기술은 높은 제조 비용과 시간, 또는 안정적인 소재 확보의 어려움이 있었습니다. 특히 화장품 분야에서는 인체에 무해하고 안정적인 발색 산란제가 부족한 문제가 있었습니다. 본 기술은 매질에 분산된 다양한 크기의 이산화티타늄(TiO2) 입자 조합을 활용하여 이러한 한계를 극복합니다. 입자 크기 분포의 다분산성 및 입자/매질의 유전상수를 정교하게 조절함으로써 원하는 색상을 비용 효율적으로 구현할 수 있습니다. 수열 공정을 통해 제조된 TiO2 입자의 집합적 미에 산란을 이용해 가시광 색상을 발현하며, 입자 크기에 따라 황색, 청색, 자홍색, 청록색 등 다양한 색상을 나타냅니다. 이 발색 조성물은 인체에 무해하여 화장용 조성물에 자연스러운 색상과 자외선 차단 기능을 제공하며, 굴절률 변화에 대한 높은 민감도를 이용해 고감도 굴절률 센서로도 적용 가능합니다. 항균성 창문, 촉매, 광전지 등 광범위한 산업 분야에 활용될 수 있는 실용적이고 확장성 높은 기술입니다.

기존 강유전체 마이크로웨이브 흡수제의 성능 한계를 극복하기 위해, 축방향 산소 결핍을 포함하는 페로브스카이트 강유전체 입자를 활용한 새로운 흡수제 기술이 개발되었습니다. 이 기술은 페로브스카이트 입자 내 산소 결핍량을 정밀하게 조절함으로써 유전 손실 탄젠트(tanδε) 값을 크게 증가시킵니다. 특히 산소 결핍이 강유전성 도메인 벽의 움직임을 둔화시켜 마이크로웨이브 유전 손실을 향상시키는 원리입니다. 제조는 용융염 방법으로 페로브스카이트 입자를 만든 후, 불활성 기체 하에서 1차 및 2차 어닐링 공정을 통해 산소 결핍의 양을 효율적으로 제어합니다. 이렇게 만들어진 페로브스카이트 입자는 폴리우레탄과 같은 고분자 매트릭스에 분산되어 마이크로웨이브 흡수 복합체를 형성합니다. 이 기술은 1 GHz에서 18 GHz 주파수 범위에서 유전 손실을 최대 35% 증가시키고, 최대 반사 손실 값을 -16.9 dB에서 -43.2 dB로 -26 dB까지 향상시키는 우수한 성능을 보였습니다.

기존 반사형 컬러 픽셀은 Ag, Al 등 손실이 적은 금속을 주로 사용하여 CMOS 호환성, 다기능성, 안정성에서 한계가 있었습니다. 본 기술은 광학적 손실이 큰 Pt, W와 같은 손실 금속 기재 위에 유전체 그레이팅을 형성하고, 크로스-편광 입/출력 스킴을 적용하여 색상 선명도를 획기적으로 높였습니다. p-편광 응답은 최소화하고 s-편광 응답만 유지하는 방식으로 스펙트럼 순도를 향상시킵니다. 이로 인해 기존 은 기반 픽셀 대비 sRGB 색상 영역 커버리지를 55%에서 Pt 90%, W 69%까지 확장하며, 높은 콘트라스트를 제공합니다. 또한 다기능성, CMOS 호환성, 열 안정성이 우수하여 차세대 디스플레이 및 광전자 분야에 광범위하게 적용 가능합니다.

구조색 스마트 디스플레이, 이미지 암호화 등에 필수적인 색, 채도, 밝기 조절의 어려움을 해결합니다. 본 기술은 그레이팅 구조의 금속-유전체 하이브리드 구조체를 활용하여 반사, 산란, 회절 현상에 따라 다양한 색을 발현합니다. 손실층 도입으로 채도를 손쉽게 조절할 수 있으며, 빛의 편광 방향 및 각도 조절을 통해 하나의 픽셀에서 6가지 이상의 다중 모드 색상을 구현할 수 있습니다. 이를 통해 이미지 암호화, 스마트 디스플레이, 홀로그램, 정보 저장 등 폭넓은 분야에 적용 가능하며, 고채도 색상 구현과 함께 다양한 기능성을 제공합니다.

기존 전자파 흡수체는 두껍고 입사각에 민감하며, 유연성 및 공명 주파수 제어에 한계가 있었습니다. 본 기술은 메타물질 기반의 3층 구조(금속 층, 유전체 층, 역구조 십자가 구조체)에 금속 접지 평면을 결합하여 이 문제를 해결합니다. 역구조 십자가 구조체를 도입해 유도 전류 경로를 재구성하고, 총 인덕턴스를 10배 이상 높여 공명 주파수를 최대 10배 감소시켰습니다. 스택과 반사기 사이의 임계 결합 조건을 만족시켜 파장 간섭을 통해 반사파를 상쇄함으로써 99% 이상의 완전 흡수를 실현합니다. 이 초박막 전자파 흡수체는 작동 파장의 1/1250에 달하는 극한 서브파장 두께를 구현하며, 70도까지의 넓은 입사각에서도 안정적인 흡수 성능을 유지합니다. 초소형, 유연성, 경량화가 가능하여 전자 기기, 스텔스, 센서, 통신 및 자율주행 시스템 등 다양한 분야에서 전자파 오작동 방지 및 성능 향상에 기여할 것으로 기대됩니다.

무선 자율 주행 차량 등에서 전자기파(EM파) 오작동 방지를 위한 얇고 정밀한 흡수 필름이 필요하지만, 기존 기술은 두께가 두껍고 투자율 및 유전율 동시 향상에 어려움이 있었습니다. 본 기술은 연자성 플레이크(FeSiAl)와 유전체 입자(BaTiO3)를 활용하여 이 문제를 해결합니다. 유전체 입자를 연자성 플레이크 사이에 삽입하여 와전류 손실을 억제하고, 열 프레스 시 플레이크에 물리적 스트레스를 가해 포화자속밀도를 높여 투자율과 유전율을 동시에 향상시킵니다. 건식 공정으로 제조된 이 복합체는 재료의 고유 특성을 유지하면서 성능을 극대화합니다. 결과적으로 기존 필름 대비 최대 2배 얇은 두께로 1GHz 미만에서 최대 60dB의 뛰어난 마이크로웨이브 흡수 성능을 제공합니다. 군사, 통신, 전자제품 등 다양한 전자기파 간섭 차폐 디바이스의 고성능 및 소형화에 기여할 수 있습니다.

기존 암리논 합성법은 복잡한 다단계 공정, 고온 반응 조건, 위험한 수소 가스 사용 등으로 인해 심각한 합병증을 유발할 수 있는 한계가 있었습니다. 본 기술은 위치선택적 스즈키 커플링 반응을 활용하여 암리논 유도체를 안전하고 효율적으로 제조하는 방법을 제안합니다. 화학식 1 화합물과 피리디닐 보론산의 스즈키 커플링 반응 후, 중간 생성물을 화학식 2 화합물과 반응시키는 방식으로, 종래 대비 축소된 합성 단계와 온화한 산처리 조건으로 탈보호기 반응을 수행합니다. 이를 통해 위험한 수소 가스 없이 고수율(60% 이상)로 암리논 유도체를 얻을 수 있으며, 급성 심부전 치료제 개발 및 생산의 안전성과 효율성을 크게 향상할 수 있습니다.

유방암은 조기 진단이 환자 생존율에 결정적인 영향을 미치지만, 기존 진단법은 초기 병변 검출에 한계가 있었습니다. 본 기술은 혈액 내 알파-1 산성 당단백질(AGP)의 N-당화 변화가 초기 유방암의 핵심 바이오마커임을 규명하였습니다. 렉틴을 활용하여 AGP의 푸코실화, 만노실화, 시알릴화 등 N-당화 수준을 정밀하게 검출하며, 특히 유방암 1기 환자의 혈청에서 이 당화 수준이 현저히 감소함을 확인했습니다. 이를 통해 양성 유방종이나 다른 병기의 유방암과 명확히 구별하여 초기 유방암을 높은 민감도와 특이도로 진단할 수 있습니다. 이 기술은 유방암 조기 진단의 정확도를 획기적으로 높여, 환자의 치료 성공률 향상과 사망률 감소에 크게 기여할 것입니다. 진단 키트 및 정보 제공 방법으로 개발되어 상용화가 기대됩니다.

반도체 공정 폐수에는 질소, 인, 불소 등 유해 물질이 고농도로 포함되어 기존 처리 방식들은 경제성이나 효율성 측면에서 한계가 있었습니다. 본 기술은 바덴포 공정과 그래핀 산화물 기반 세라믹 나노 멤브레인 여과를 통합하여 이러한 문제를 해결합니다. 그래핀 산화물 코팅 나노 멤브레인은 미세 기공과 강한 음전하로 암모늄, 불소 이온 등 1가 이온성 물질을 효과적으로 제거합니다. 이를 통해 별도의 약품이나 탄소원 주입 없이 경제적이면서도 효율적인 질소 및 불소 제거가 가능하며, 폐수 처리 시스템의 성능과 비용 효율성을 크게 향상시킬 수 있습니다.

기존 웨어러블 기기 데이터는 헬스케어 등 단순 활용에 그쳐 사용자 맞춤형 웹 서비스 제공에 한계가 있었습니다. 본 기술은 웨어러블 기기에서 수집된 심박수, 체온, 스트레스 등 사용자 생체 정보와 디스플레이 기기의 웹 페이지 스크롤, 클릭 등 조작 정보를 동시간 기준으로 결합하고 분석합니다. 데이터 마이닝 및 기계학습을 활용하여 사용자의 상태와 의도를 파악하며, 이를 통해 동영상 추천, 학습 콘텐츠 개인화, 맞춤형 광고 등 사용자에게 최적화된 웹 페이지와 서비스를 제공합니다. 사용자의 컨디션과 행동에 기반한 정교한 개인화로 웹 서비스의 만족도와 활용도를 크게 높일 수 있습니다.

염료감응 태양전지는 낮은 제조 단가에도 불구하고 광전환 효율 부족으로 상용화에 한계가 있었습니다. 이를 해결하기 위해 본 기술은 자기조립 이중블록 공중합체를 활용, 정렬된 금속산화물 나노입자를 포함하는 금속산화물-탄소질 하이브리드 박막을 경제적으로 제조합니다. 역마이셀 용액, 금속산화물 전구체, 산 용액을 이용한 코팅 후 자외선 조사로 안정화하고 열처리하여 탄소화하는 공정을 거칩니다. 이 과정에서 고온에도 나노구조를 유지하며, 높은 전기 전도성을 가진 탄소와 금속산화물의 하이브리드화를 통해 전자의 전달 효율을 극대화합니다. 결과적으로 이 박막을 염료감응 태양전지 광전극에 적용하면 광전환 효율을 현저히 향상시켜, 제조 단가 부담 없이 태양전지의 상용화를 가속할 수 있습니다.

기존 언어 학습 도구들은 주로 발음 교정에 집중하여 작업 기억 능력 평가에 한계가 있었습니다. 특히 언어 발달 장애 아동의 경우, 음운 처리 결함과 상위 언어적 문장 이해 문제가 작업 기억 능력과 밀접한 관련이 있습니다. 본 기술은 음성으로 제시된 문장을 따라 말하는 학습자의 음성을 녹음하고 평가하여 작업 기억 능력을 측정합니다. 사용자의 첫 번째 문장 따라 말하기 점수를 기반으로 난이도와 변별도를 조절한 맞춤형 과제를 제공하며, 이를 통해 얻은 점수로 작업 기억 능력을 더욱 정확하게 진단합니다. 이로써 아동의 연령과 언어 체계에 맞는 신뢰도 높은 작업 기억 능력 측정 결과를 제공하여, 언어 발달 장애 여부를 조기에 판단하고 적절한 후속 조치를 가능하게 합니다.