백금 저감형 고활성 나노 촉매 및 전극 개발

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 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.

주사 투여로 인한 환자 고통과 인슐린의 낮은 점막 투과 문제는 당뇨 치료의 큰 과제였습니다. 본 기술은 변이체 TCTP-PTD를 인슐린과 혼합하여 비침습적 점막 전달을 가능하게 합니다. 특정 TCTP-PTD 펩타이드 서열(서열번호 3, 8, 13)이 인슐린의 점막 투과율을 크게 높이며, 이는 비강 투여 시에도 피하주사와 유사한 혈당 강하 효과를 보였습니다. 점막 손상 없이 안전하게 인슐린 생체이용률을 향상시켜 환자의 치료 편의성과 삶의 질을 높일 수 있습니다.

기존 하나의 웨어러블 기기가 가진 운동 자세 교정의 한계를 극복하기 위해, 복수의 웨어러블 기기를 신체 여러 부위에 부착하여 움직임 정보를 통합적으로 수집하는 기술입니다. BLE 통신을 통해 실시간으로 가속도와 각도 데이터를 수신하고, 이를 사전에 저장된 올바른 자세 정보와 비교 분석하여 사용자의 운동 자세를 정밀하게 판단합니다. 이 시스템은 줄넘기, 스쿼트, 런지 등 다양한 운동에 대한 정확한 자세 교정 피드백을 제공하여, 운동 효과를 극대화하고 부상 위험을 줄이는 데 기여합니다. 또한 다중 사용자의 동시 모니터링도 가능하여 스마트 피트니스 경험을 향상시킵니다.

기존 리튬 이차전지의 흑연 음극재는 용량 한계와 실리콘 음극재의 큰 충방전 부피 변화 문제를 가지고 있습니다. 본 기술은 실리카 함유 콜로이드에 산화그래핀을 첨가하여 분말화한 뒤, 마그네시오써믹 반응으로 실리카를 실리콘으로, 산화그래핀을 그래핀으로 동시에 환원시켜 실리콘-그래핀 복합 나노물질을 제조합니다. 이 방법은 자연에 풍부한 실리카를 원료로 사용하여 경제적이며, 제조된 나노물질은 부피 변화를 최소화하고 높은 전기 전도도, 용량, 안정성을 갖는 전극을 형성할 수 있습니다. 리튬 이온 전지 및 다양한 차세대 전지의 고성능 음극재로 활용되어 배터리 성능 향상에 크게 기여할 것으로 기대됩니다.

기존 페로브스카이트의 낮은 LED 발광 효율과 안정성 문제를 해결하고자 합니다. 스페이서 첨가제를 도입한 저차원 페로브스카이트를 활용하여 결정 구조를 제어하고, 특히 유기암모늄 양이온 리간드의 도핑량을 조절합니다. 이를 통해 480nm에서 500nm까지의 청색 발광 파장을 정밀하게 조절하며, (110) 배향성을 가진 균일한 박막을 용액 공정으로 저비용 고효율로 제작할 수 있습니다. 이 기술은 최대 93%의 높은 광 발광 양자 효율(PLQY)과 우수한 색순도를 제공하여, 차세대 전자, 의료, 통신 기기 등의 청색 발광 다이오드(LED) 소자 개발에 크게 기여할 것입니다.

정보의 장기간 저장을 위한 차세대 메모리 기술 개발이 중요하며, 기존 ReRAM은 성능 및 제조 공정의 한계가 있었습니다. 본 기술은 금속 코어와 그래핀 옥사이드(GO) 쉘로 이루어진 복합 나노구조체를 활용하여 전하 트랩 및 유전체층 역할을 동시에 수행합니다. 이 복합 나노구조체 층은 단일 스텝 용액 공정으로 제조되어 생산 시간 및 비용 절감과 환경 친화적인 장점을 가집니다. 개발된 비휘발성 저항 변화 메모리(ReRAM) 소자는 뛰어난 이중 안정성 전기적 스위칭 거동, 1000배 이상의 높은 ON/OFF 비율, -2.5V의 낮은 작동 전압을 나타냅니다. 안정적인 내구성과 기억 특성을 갖춘 간단한 구조의 고성능 비휘발성 메모리 구현이 가능합니다.

차세대 비휘발성 메모리(ReRAM)는 고성능, 유연성, 투명성을 갖춘 활성 절연층이 필수적이지만 기존 재료는 한계가 있었습니다. 본 기술은 산화 그래핀(GO)과 질소, 황 등 비금속 원소로 도핑된 산화 그래핀 층을 교대로 적층하는 자기 조립 방식을 활용합니다. 이 그래핀 다층막을 활성 절연층으로 사용하여 고밀도, 저전력, 빠른 스위칭 속도를 가진 ReRAM 디바이스를 구현합니다. 이 디바이스는 10^5 이상의 높은 ON/OFF 비율과 10^4초 이상의 우수한 데이터 기억 유지 특성, 뛰어난 안정성 및 내구성을 자랑합니다. 특히 금속 산화물 없이도 우수한 성능을 보여, 투명하고 유연한 웨어러블 전자 기기 및 차세대 메모리 소자 시장에 새로운 가능성을 제시합니다.

기존 유연 센서의 SERS 구조체 제조 어려움과 신호 정의의 한계를 극복하기 위해 유연 플라즈모닉 구조체 및 센서 기술이 개발되었습니다. 이 기술은 유연 기재에 패턴화된 금속 층을 형성하고, 유연 기재의 신장 및 수축 변형을 활용하여 패턴 주기와 이방성을 정밀하게 조절합니다. 이를 통해 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR)을 극대화하고 표면-증강 라만 산란(SERS)의 신호 강도 및 재현성을 획기적으로 향상시킵니다. 고분자 입자 층 형성 후 금속을 코팅하고 제거하는 간단한 공정으로 금, 은, 백금 등 다양한 금속을 활용하여 제조하며, 특히 은-금 이중층 나노프리즘은 탁월한 SERS 성능을 보입니다. 이 센서는 고감도 바이오 및 광학 센싱 등 광범위한 분야에 적용 가능하며, 비용 효율적인 제조로 상용화 가능성이 매우 높습니다.

연료전지 및 배터리의 높은 제작 단가는 고가의 백금 촉매 사용에서 기인합니다. 본 기술은 금 나노입자 코어에 전도성 고분자 쉘을 형성하고, 여기에 백금과 함께 저렴한 전이금속(예: Fe, Co)을 도입하여 고활성 코어-쉘 복합 나노입자를 제조하는 방법을 제시합니다. 이 복합 나노입자는 백금 사용량을 획기적으로 줄이면서도 기존 백금 촉매와 유사하거나 더 높은 활성도와 우수한 안정성을 나타냅니다. 연료전지의 양극 및 음극 촉매, 그리고 금속-공기 전지의 음극 촉매 등으로 활용 가능하여 친환경 에너지 디바이스의 상용화를 촉진하고 제조 비용을 절감하는 데 크게 기여할 수 있습니다.

기존 층상 자기조립 기법의 한계를 극복하기 위해, 본 기술은 금속 또는 금속 산화물 나노입자 전구체를 함유한 블록공중합체 역마이셀을 기판에 도포하고 진공 분위기에서 자외선을 조사하여 3차원 다층막 구조체를 제조합니다. 이 방법은 양전하와 음전하의 정전기적 인력 대신 진공 자외선 안정화를 통해 다양한 구조와 성분을 가진 다층막을 간단하게 만들 수 있습니다. 이를 통해 높이, 두께, 배열 및 조성의 주기성을 정밀하게 제어할 수 있으며, 광촉매, 광센서, 광학소자 분야에서 향상된 특성을 기대할 수 있습니다.