보유기술

기존 할라이드 페로브스카이트 박막의 불안정성과 유리 기판을 이용한 단결정 제작의 긴 공정 시간 및 유연 소자 적용 한계가 문제점으로 지적되어 왔습니다. 본 기술은 유연기판 위에 페로브스카이트 전구체 용액을 도포하고 폴리머 커버로 덮은 뒤, 진공 오븐에서 열처리하여 단결정을 성장시키는 방법을 제안합니다. 이 공정을 통해 단결정 성장 시간을 1~10시간으로 단축하고, 폴리머 커버를 사용하여 유연기판과의 접착력을 향상시킵니다. 제작된 0.5~20μm 두께의 페로브스카이트 단결정은 구부러지거나 균열이 발생해도 높은 광반응성과 소자 안정성을 유지하며, 유연 전자 소자 및 고집적 소자 응용에 크게 기여할 수 있습니다.

단일벽 탄소나노튜브(SWNT)는 금속성과 반도체성이 혼합되어 있어, 고순도 반도체성 SWNT를 대량으로 분리하는 것이 상용화에 중요한 과제입니다. 기존 팁 소니케이션 방식은 용매 손실, 오염, 높은 비용 및 대량 처리에 한계가 있었습니다. 본 기술은 이러한 문제를 해결하기 위해 배쓰 소니케이션을 활용한 반도체성 탄소나노튜브의 선택적 분리 방법을 제안합니다. 티오펜 고리 및 탄화수소 측쇄를 포함하는 폴리티오펜 유도체(P3DDT)를 분산제로 사용하여 SWNT와 결합시킵니다. 이때 금속성 SWNT는 응집 및 침전되고, 반도체성 SWNT는 용매에 분산된 상태를 유지하게 됩니다. 배쓰 소니케이션은 기존 방식 대비 분산액의 안정도를 높이고, 용매 손실 및 오염을 줄이며, 온도 조절이 용이하고, 저비용으로 대량 분리가 가능합니다. 이를 통해 반도체성 탄소나노튜브의 순도를 75% 이상으로 높여 트랜지스터, 센서, 태양전지 등 다양한 고성능 전자 소자의 상용화를 앞당길 수 있습니다.

기존 태양전지는 높은 제조 비용과 낮은 효율 문제가 있으며, 특히 페로브스카이트 태양전지의 전자 수송층은 낮은 결정성으로 전자-정공 재결합이 빈번하여 고효율 달성에 어려움이 있었습니다. 본 기술은 단결정 기판 위에 에피택시 성장된 음극층과 전자 수송층을 포함하는 광전 디바이스를 제안합니다. 펄스 레이저 증착법을 활용하여 음극층과 전자 수송층의 불순물 함량을 정밀하게 조절함으로써, 단결정 기판과의 격자 정합을 이루고 전자-정공 재결합 현상을 최소화합니다. 이를 통해 태양전지 등 광전 디바이스의 효율을 크게 향상시킬 수 있으며, 특히 페로브스카이트 태양전지의 성능을 극대화할 수 있습니다. 본 기술은 고효율, 저비용 차세대 태양전지 개발에 기여할 것입니다.

매립지, 음식물 쓰레기 처리시설 등에서 발생하는 메탄, 악취 가스 등 오염가스는 지구온난화 및 환경 문제를 유발합니다. 본 기술은 오염가스 제거용 미생물을 섬유소재에 효과적으로 고정시켜, 적은 양의 미생물로도 오염가스를 효율적으로 제거하는 생물복합섬유를 제안합니다. 원예용 부직포나 토목섬유에 미생물 배양액과 고정화 담체(펄라이트, 토버모라이트 등)를 결합하는 방식으로 제조되며, 이를 바이오필터나 바이오커버 형태로 활용하여 오염가스 발생원에 직접 적용할 수 있습니다. 기존 방식 대비 적은 미생물량으로도 메탄, 황화수소 등 다양한 오염가스를 높은 효율로 제거하며, 섬유 소재의 유연성으로 장치 제작 비용과 시간을 절감하여 경제성과 상용화 가능성을 높일 수 있습니다.

기존 가스 전자 증폭 검출기는 특정 방사선에 대한 감도가 낮아 종류별로 별도의 검출기를 사용해야 하는 문제가 있었습니다. 본 기술은 복수 개의 GEM 챔버를 통합한 다채널 시스템을 제안합니다. 이 시스템은 각 챔버의 독출 신호를 분석하여 베타선, 감마선, 중성자선 등 다양한 방사선의 세기와 에너지 스펙트럼을 동시에 정밀하게 검출합니다. 특히, 감마선 검출을 위해 신틸레이터와 광민감성 물질을, 중성자선 검출을 위해 중성자 변환 물질을 활용하여 검출 성능을 향상시켰습니다. 이로써 단 한 번의 측정으로 여러 종류의 방사선을 통합적으로 검출하여 효율성과 정확도를 높일 수 있습니다.

공액 고분자 디바이스는 패킹 구조와 나노스케일 형태에 크게 의존하지만, 기존 스핀코팅 방식은 결정립계 문제와 낮은 전하 이동도를 가집니다. 또한, 블록 공중합체는 합성과 정제가 복잡했습니다. 본 기술은 비양쪽성 고분자의 액체-공기 계면 자기조립 방식을 활용합니다. 비양쪽성 고분자(예: P3HT) 용액을 서브페이즈 액체 표면에 적가하고, 용매를 느리게 증발시켜 나노와이어 어레이를 포함하는 초박막을 형성합니다. 고분자 농도와 분자량, 서브페이즈 종류를 최적화하여 조밀하고 정렬된 구조를 만듭니다. 이 기술은 절연 블록이 없어 기존 스핀캐스팅 막 대비 높은 정공 이동도와 전도도를 가지며, 합성 및 정제가 용이합니다. 대면적 초박막 제조가 가능하여 전계 효과 트랜지스터, 유기 발광 다이오드, 태양 전지 등 광전자 디바이스 성능 향상에 기여할 수 있습니다.

아산화질소(N2O)는 이산화탄소보다 300배 강력한 온실가스이자 오존층 파괴 물질로, 농업 및 폐수처리 시설에서 배출량이 증가하고 있어 효과적인 저감 방법이 시급합니다. 본 기술은 신규 아조스피라 속 HJ23 균주(KCTC13866BP)를 활용하여 아산화질소를 효율적으로 저감합니다. 이 균주는 기존 환원 세균 대비 최대 60배 높은 아산화질소 환원 능력을 지니고 있으며, 탈질 관련 유전자를 발현하여 질산염 및 아질산염 환원에도 탁월합니다. 최적 C/N 비율(62), pH(5-7), 온도(37-40℃), N2O 농도(500ppm 이상) 조건에서 고농도 아산화질소를 빠르게 처리할 수 있습니다. 특히, 탈질 활성 없는 다른 균주와 혼합 시 N2O 환원 속도가 더욱 향상되는 시너지 효과를 보입니다. 이 생물학적 저감 기술은 2차 환경오염 없이 농업 및 폐수처리 시설의 온실가스를 효과적으로 줄여 환경 규제 대응과 지속 가능한 발전에 크게 기여할 것입니다.

콘크리트 구조물에 매설되는 이중 배관은 PCM(상변화물질)이 유동할 때 마개 말단에서 누수 문제가 발생할 수 있습니다. 본 기술은 이러한 외측 배관의 누수 문제를 해결하기 위해 고안되었습니다. 주름관 마개와 부싱캡을 결합하여 누수를 1차적으로 방지하고, 배관 튜브와 하우징 사이의 패킹 공간을 밀봉하여 2차적으로 누수를 차단합니다. 특히, 주름관과 주름관 마개의 나사 결합 부위에 O-링 또는 접착제를 활용하며, 부싱캡이 패킹 부재를 가압하여 배관 주위의 밀봉을 강화합니다. 이로써 외부 배관의 누수를 효과적으로 막고, 시공이 편리하며 경제적인 이중 배관 마개 구조체와 시공 방법을 제공하여 건물 내 이중 배관 시스템의 신뢰성과 효율성을 크게 향상시킬 수 있습니다.

기존 귀금속 촉매는 고비용과 특정 pH 환경에서의 성능 한계로 인해 효율적인 수소 및 산소 발생 반응 촉매 개발이 필요합니다. 이 기술은 이방성 이차원 실리콘 나노시트에 전이금속 산화물 나노결정을 내포시킨 복합체입니다. 원소 상태 실리콘과 전이금속 산화물 전구체를 형태 유도제와 함께 2단계 열처리하여 계면 화학적 상호작용을 극대화한 나노시트 구조를 형성합니다. 이 복합체는 산성 및 염기성 매질 모두에서 우수한 수소 및 산소 발생 반응 활성과 낮은 과전압, 뛰어난 장기 내구성을 제공합니다. 물 분해 촉매 및 리튬이온 전지 전극 등 다양한 친환경 에너지 시스템에 고성능, 안정적, 경제적인 이기능성 전기 촉매로 활용될 수 있습니다.

기존 열전 소자는 곡률 구조 적용 시 전극과 열전 재료 계면에서 크랙 및 박리 현상으로 효율 저하와 신뢰성 문제가 발생했습니다. 본 기술은 중공(中孔)을 가지는 기둥 형태 기판에 n형 및 p형 열전 재료를 배치하고 내부 및 외부 배선으로 전기적으로 연결하는 방식을 제안합니다. 이를 통해 구조적 제약을 해소하고 계면 크랙 및 박리 현상 없이 높은 동작 신뢰성을 확보합니다. 중공 내부를 냉각 또는 가열하거나, 폐열로부터 전기를 생산하는 등 열 에너지와 전기 에너지의 상호 변환 효율을 극대화하여 다양한 산업 분야에 안정적으로 적용 가능한 열전 변환 장치입니다.

기존 태양전지는 희소 원소 사용으로 인한 높은 비용과 효율 한계에 직면해 있습니다. 본 기술은 이를 극복하고자 희소 원소를 대체하는 CZTSe 기반 복합 박막을 개발했습니다. Ge 및/또는 Si을 활용한 전면 밴드갭 그레이딩과 S를 활용한 후면 밴드갭 그레이딩을 적용하여 태양전지 광흡수층의 밴드갭을 최적화합니다. Cu2ZnSnSe4 박막 위에 Ge 및/또는 Si 함유층을 증착 후 열처리하여 Cu2Zn(Sn1-x,Mx)Se4 박막을 형성하며, 필요시 하부에 S 함유 박막을 추가하여 이중/삼중 밴드갭 기울기를 구현합니다. 이 복합 박막은 태양전지의 개방전압을 높이고 전자-정공 재결합을 줄이며, 전자 이동도를 향상시켜 기존 대비 33% 이상의 효율 향상을 이끌어냅니다. 최종적으로 15% 이상의 고효율 태양전지 상용화에 기여합니다.

기존 탐침 증강 라만 분광법(TERS)은 나노 구조 분석 시 공간 분해능과 라만 산란 대칭성 분석에 한계가 있었습니다. 본 기술은 이러한 문제를 해결하기 위해 금속 나노 입자 또는 보조 탐침을 활용하여 탐침 주변의 전자기장을 고도로 집중시키는 라만 분광 시스템을 제안합니다. 피측정물 근처에 금, 은, 팔라듐 등의 귀금속 나노 입자를 분산시키거나 금속 첨단을 구비한 보조 탐침을 배치하여 탐침과 입자/보조 탐침 사이에 전자기장을 강화합니다. 특히 소멸파를 이용해 공간 분해능을 향상시킵니다. 이 시스템은 라만 분광 신호를 최대 100배까지 증강시켜 10nm 이하의 나노미터급 공간 분해능을 달성합니다. 또한 전자기장 방향을 제어하여 라만 선택률 분석을 가능하게 함으로써 그래핀 나노 리본 등 다양한 나노 구조체의 전기적 특성과 불균일성을 효과적으로 연구할 수 있습니다.