우리얘기

  주요경력
  ○ 1982년 ~ 1983년 미국 원자력규제위원회(US NRC) 실무연구원
  ○ 1988년 ~ 2005년 한국원자력연구원 원자력로봇연구실 실장 
  ○ 1995년 ~ 1996년, 2003년 ~ 2004년 제어자동화시스템공학회 이사
  ○ 2007년 ~ 2008년 뉴욕주립대학 교환 과학자
  ○ 2011년 ~ 현재 한국원자력연구원 원자력융합기술개발부장

  주요연구업적
<연구 주제>
    - 원자력 산업용 첨단로봇 기술개발
    - 원자력 산업용 내방사선 로봇 기술개발
    - 화재진압 및 화점탐사 로봇 기술개발
<연구 성과>
    - 연구논문 건수 : 60건
    - 특허출원 : 30건
    - 특허등록 : 50건

리튬이차전지는 휴대폰, 노트북컴퓨터 등과 같은 소형전지에 널리 사용되어 왔으며, 최근에는 하이브리드 전기자동차, 에너지 저장장치 등으로 쓰이는 중대형 전지로 사용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
이러한 중대형 전지에서 요구되는 중요한 특성은 높은 열적안전성과 장 수명특성, 높은 에너지밀도이다.
높은 열안전성과 장 수명특성을 만족시키기 위한 많은 양극 소재 중 올리빈(olivine)구조를 갖는 양극 소재가 저가격, 친환경성, 고안전성으로 각광받고 있다.
이러한 올리빈 구조의 양극 소재도 낮은 전기전도도를 갖는 단점이 있는데, 입자의 나노화, 균일한 카본코팅, 전이금속 치환의 방법으로 이를 극복하였다.
그 중 가장 많이 연구되고 발전된 소재가 LiFePO4와 LiMnPO4 조성의 소재이다.
먼저, LiFePO4의 경우 열적안전성이 우수하고 수명 특성이 뛰어난 장점이지만 평균전압대가 3.4 V로 상용화되고 있는 LiCoO2 계열의 층상계 소재 (3.7 V)에 비해 낮은 에너지 밀도를 가진다.
이에 반해, LiMnPO4의 경우 평균전압대가 4.1 V로 LiFePO4에 비해 높은 에너지 밀도를 지닌다.
하지만 이 물질은 부도체에 가까운 낮은 전기전도도와 (<10-10 S/cm) 전지 구동에 따른 Mn 금속 용해에 의해 낮은 용량과 열악한 수명특성 등이 상업화의 걸림돌이 되어왔다.
중대형 전지에서는 높은 에너지밀도를 요구하는데 그 이유는 한정적인 공간에서 더 높은 에너지를 얻을 수 있기 때문이다.
이러한 요구조건으로 인해 나노사이즈의 소재가 아닌 높은 밀도를 지닌 마이크론 사이즈의 소재의 연구가 진행되어 왔다.
하지만 높은 밀도를 갖는 마이크론 사이즈 물질은 내부에 카본코팅이 어려워 전도도가 낮아지며, 리튬이온의 확산거리 (diffusion length)가 증가하여 성능이 현저히 낮아지게 된다.
앞에서 설명한 특성을 지니며, 단점을 극복하는 소재를 개발하기 위해 이번 연구에서는 고에너지밀도를 지닌 마이크론 사이즈의 LiMn0.85Fe0.15PO4 코어에 고안전성을 지닌 LiFePO4 층을 형성하여 각각의 소재의 장점인 고에너지밀도, 고안전성을 동시에 지니게 하였다.
또한, 마이크론 사이즈 소재의 단점을 극복하기 위해 내부에 나노사이즈의 공극(pore)을 가지며, 각각의 공극 안에 균일하게 카본이 코팅된 마이크론 사이즈의 소재를 개발하였다. (그림 1. 개념도)

그림 1. 마이크론 사이즈의 LiMn0.85Fe0.15PO4 ? LiFePO4 이중구조 소재 개념도

이러한 이중구조를 지닌 올리빈 소재의 성능을 확인해 보기 위해 LiFePO4 외부층이 없는 물질과 전기화학 테스트를 비교 진행해 보았다.

그림 2.에 나타낸 것처럼 외부층이 존재함에 따라 방전용량이 증가하며, 외부층의 두께가 증가함에 따라 고온에서의 수명특성도 훨씬 향상되는 것을 볼 수 있다.
이는 LiFePO4 외부층이 전체적인 소재의 전도도도 향상시킬 뿐만 아니라 고온에서의 Mn 금속의 용해도 방지하여 수명특성을 향상시킨다는 것을 알 수 있다.

4. 주요연구업적
1. Y.-K. Sun, S.-M. Oh, H.-K. Park, B. Scrosati, "Micro-sized, nanoporous, high volumetric capacity LiMn0.85Fe0.15PO4cathodematerialforrechargeable lithium batteries", Advance Materials, 23(43), 5050-5054, 2011.
2. J. Hassoun, K.-S. Lee, Y.-K. Sun, B. Scrosati, "An Advanced Lithium Ion Battery Based on High Performance Electrode Materials", J. of Amer. Chem. Soc., 133(9), 3139-3143. 2011.
3. H.-G. Jung, S.-T. Myung, C.-S. Yoon, S. M. Son, K. H. Oh, K. Amine, B. Scrosati, Y.-K. Sun, "Microscale spherical carbon-coated Li4Ti5O12 as ultra high power anode material for lithium batteries", Energy and Environmental Science, 4(4), 1345-1351, 2011
4. S.-W. Oh, S.-T. Myung, S.-M. Oh, K. H. Oh, K. Amine, B. Scrosati, Y.-K. Sun, "Double carbon coating of LiFePO4 as high rate electrode for rechargeable lithium batteries", Advanced Materials, 22(43), 4842-4845, 2010.
5. S.-W. Oh, S.-T. Myung, S.-M. Oh, K. H. Oh, K. Amine, B. Scrosati, Y.-K. Sun, "Double carbon coating of LiFePO4 as high rate electrode for rechargeable lithium batteries", Advanced Materials, 22(43), 4842-4845, 2010.
6. Y.-K. Sun, D.-H. Kim, C.-S. Yoon, S.-T. Myung, J. Prakash, K. Amine, "A Novel Cathode Material with Concentration-Gradient for High Energy and Safe Lithium-Ion Batteries", Advanced Functional Materials, 20(3), 485-491, 2010.
7. 6. Y.-K. Sun, S.-T. Myung, B.-C. Park, J. Prakash, I. Belharouak, K. Amine, "High-energy cathode material for lng-life and safe lithium batteries", Nature Materials, 8(4), 320-324, 2009.
8. K.-S. Lee, S.-T. Myung, K. Amine, H. Yashiro, Y.-K. Sun, "Dual functioned BiOF-coated Li[Li0.1Al0.05Mn1.85]O4 fr lithium batteries", Journal of Materials Chemistry, 19(14), 1995-2005, 2009.
9. K. S. Lee, S.-T. Myung, K. Amine, Y.-K.Sun, "Structural and Electrochemical Properties of Layered Li[Ni1-2xCoxMnx]O2(x=0.1-0.3)PositiveElectrodeMaterialsforLi-IonBatteries", J. of Electrochem. Soc., 154(10), A971-A977, 2007.
10. Y.-K. Sun, S.-T. Myung, M.-H. Kim, J. Prakash, K. Amine, "Synthesis and characterization of Li[(Ni0.8Co0.1Mn0.1)0.8(Ni0.5Mn0.5)0.2]O2 with the microscale core-shell structure as the positive electrode material for lithium batteries", Journal of the American Chemical Society, 127(38), 13411-13418, 2005.
외 272편

▣ 플레시 메모리의 회로 선폭에 대한 로드맵

2013년도에 10nm급 패턴 (16nm) 개발예정으로 되어 있고, 2011년 이후 현재 양산은 22nm 회로선폭으로 제작되고 있음을 나타냄

▣ DNA사슬 형성과정

DNA 오리가미가 형성되는 과정을 모식도로 표현한 것이며 실제로 형성된 DNA 오리가미를 AFM 장비를 이용하여 그래핀 산화물 위에 잘 흡착되어 있는 것을 측정한 것임.

▣ DNA 사슬접기가 그래핀에 흡착된 상태를 측정

DNA 사슬접기가 화학적으로 개질된 여러 종류의 그래핀에 따라 흡착된 상태를 AFM 장비를 이용하여 측정한 것이며 그것을 증명하기 위해서 XPS 장비를 사용하여 마그네슘 이온이 존재함을 확인한 자료 

A) 그래핀 산화물에 DNA 오리가미가 선택적으로 흡착됨을 AFM 분석과 흡착된 영역에 마그네슘 이온이 존재함을 XPS 분석으로 확인

B) 질소도핑/환원 그래핀 산화물에 DNA 오리가미가 선택적으로 흡착됨을 AFM 분석과 흡착된 영역에 마그네슘 이온이 존재함을 XPS 분석으로 확인

C) 환원 그래핀 산화물에 DNA 오리가미가 흡착되지 않음을 AFM 분석과 마그네슘 이온이 적게 분포함을 XPS 분석으로 확인

D) 그래핀에 DNA 오리가미가 흡착되지 않음을 AFM 분석과 마그네슘 이온이 적게 분포함을 XPS 분석으로 확인

화학적으로 개질된 그래핀 위에 DNA 사슬접기를 흡착시킨 후에 DNA 사슬접기 내에 특정 위치의 DNA 사슬 단일 가닥과 CNT와 결합된 다른 DNA사슬 단일 가닥과 결합하면서 CNT의 흡착 위치를 제어하는 것을 표현

DNA 사슬접기는 긴 원형의 단일 DNA 사슬에 수백개의 짧은 DNA 단일 사슬들과 이중나선 구조를 형성하면서 긴 원형의 단일 DNA사슬이 포개지면서 형성하는 것으로 짧은 DNA 단일 사슬들 중에 CNT에 결합되어 있는 DNA사슬과 결합할 수 있는 특정 단일 DNA 사슬을 사용하므로써 CNT의 위치를 제어 할 수 있습니다.

본 연구는 딱정벌레 날개 잠금장치를 분석하여 결합체의 구조물의 멀티스케일 (마이크로 및 나노) 분석을 통한 초강도 전단 접착력(Shear adhesion force)의 방향성을 가지며, 탈착 방법(Peeling-off)에 따라 비교적 손쉬운 탈착성을 지닌 가역적 잠금장치 개발에 관한 연구이다.
그림 1은 자연계에 존재하는 딱정벌레 잠금장치에 관한 분석 및 모식도를 나타낸다.

그림 1. 딱정벌레 날개 잠금장치. (a-c) 딱정벌레 날개 잠금장치 미세 섬모(d) 가역적 딱정벌레 날개 잠금장치 모식도

일반적으로 단추, 기존의 벨크로(Velcro)와 지퍼 같은 커넥터는 서로 결합되기 위해서 기계적 상호작용이나 짝끼리의 접합을 이용한다.
하지만, 신개념의 나노구조 잠금장치는 나노크기 치수를 최소화함에 따라 분자 간 반데르발스 상호작용(van der Waals interaction)이 급격하게 증폭되는 현상을 이용한다.
또한, 모세관력 리소그래피(Capillary force lithography)를 응용한 간단한 제조 공정으로 동일한 짝으로 간단한 접착이 가능하다.
(그림 2) 이것은 기존의 커넥터 기술과 대조적이고 다양한 곳에 더 쉽게 활용이 가능하며, 재료가 갖는 적정한 탄성계수(Young's modulus) 때문에 나노 구조들은 쉽게 붕괴되지 않는다.
 

그림 2. 가역적 신개념 나노구조 잠금장치의 제조와 탈부착

그림 3. 미세 섬모의 체결 메커니즘 및 결합 기준

그림 4. 멀티스케일 미세 섬모의 결합 기준

4. 주요연구업적
1. M. K. Kwak, H.-E. Jeong, K.-Y. Suh, "Dry Adhesive Medical Skin Patch: Rational Design and Enhanced Biocompatibility," Adv. Mater. vol. 23, no 34, pp. 3949, 2011.
2. H. Yoon, S.-G. Oh, D. S. Kang, J. M. Park, S. J. Choi, K. Y. Suh, K. Char, H. H. Lee, "Arrays of Lucius microprisms for directional allocation of light and autostereoscopic three-dimensional displays," Nat. Commun. vol. 2, pp. 455, 2011.
3. P. Kim, S. J. Kim, J. Han, and K. Y. Suh, "Stabilization of Ion Concentration Polarization Using a Heterogeneous Nanoporous Junction," Nano Lett. vol. 10, pp. 16, 2010.
4. K.-J. Jang and K. Y. Suh, "A multi-layer microfluidic device for efficient culture and analysis of renal tubular cells," Lab Chip. vol. 10, pp. 36, 2010.
5. K. Y. Suh, M. C. Park, and P. Kim, "Capillary force lithography: a versatile tool for structured biomaterials interface towards cell and tissue engineering," Adv. Funct. Mater. vol. 19, pp. 2699, 2009.
6. T. I. Kim, H. E. Jeong, K. Y. Suh, and H. H. Lee, "Stooped nanohairs: geometry-controllable, unidirectional, reversible, and robust gecko-like dry adhesive," Adv. Mater. vol. 21, pp. 2276, 2009.
7. H. E. Jeong, J. K. Lee, H. N. Kim, S. H. Moon, and K. Y. Suh, "A nontransferring dry adhesive with hierarchical polymer nanohairs," Proc. Natl. Acad. Sci. vol. 106, pp. 5639, 2009.

FXR Protects Hepatocytes form Injury by Repressing miR-199a-3p, which Increases Levels of LKB1
(핵수용체인 FXR의 활성화는 miR-199a-3p을 억제하여 LKB1의 생성을 올리고 간경변증에서 세포 손상을 막는다.)

간 섬유화 또는 경화는 바이러스 감염, 술, 약물 등 다양한 원인에 의해 간손상과 재생이 반복되면서 생기는 반흔조직 (상처가 아물 때 생기는 흉터)이 간에 축적되는 현상이다.
간세포의 손상과 사멸은 간섬유화를 촉진하는 세포인 간성상세포를 활성화시키고 섬유소를 비정상적으로 축적시킨다.
최근 간성상세포를 표적으로 하는 약물개발이 진행되고 있으나, 간성상세포는 전체 간의 일부분만을 차지하며 간 실질세포에서 예측하지 못한 부작용이 발생하여 개발에 난항을 겪고 있다.
반복되는 세포 사멸은 염증인자 및 성장인자를 유리하여 간섬유화를 촉진한다.
따라서 간세포의 손상 억제는 섬유화증을 예방하고 치료하는 전략이 될 수 있다.

Farnesoid X Receptor (FXR)은 소화기계와 신장에서 주로 발현되며 담즙산, 지질 및 당대사를 조절하여 우리 몸의 항상성 유지에 관여하는 핵수용체다.
1차 담즙산인 chenodeoxycholic acid 또는 리간드를 처치할 때 FXR이 활성화되며, 그 효과로는 염증 억제, 간세포 재생 촉진을 들 수 있다.
마이크로RNA는 mRNA의 3'-비번역부위 (untranslated region)에 결합하여 전사 후 유전자 조절에 관여한다.
최근 여러 질병에서 마이크로RNA의 발현이 바뀌는 것이 보고되고 있으며, 대사성 간질환 및 간암에서도 마이크로RNA의 연구가 진행되고 있다.

본 연구에서는 간염 환자의 간에서 섬유화가 진행되면서 특정 마이크로RNA가 올라가는 현상을 관찰하였으며 FXR 핵수용체의 발현감소와 연관되는 것을 찾아냈다.
발현이 바뀌는 마이크로RNA 중 특히 miR-199a-3p에 주목하여 이 마이크로RNA가 간세포의 항산화와 항암 활성에 관여하는 단백질인 LKB1을 억제한다는 것을 밝혔다.

특정 마이크로RNA가 LKB1 단백질 생성을 조절하며, 그 마이크로RNA가 비정상적으로 높아질수록 환자의 LKB1 양이 현저히 줄어듦을 볼 수 있다.

다양한 세포 및 동물을 활용한 간손상 모델에서 FXR 활성이 낮아지고, 이때 특정 마이크로RNA가 증가하고 LKB1이 억제되며 간세포가 손상된다. 이 핵수용체를 약물로 자극하면 이러한 현상이 개선된다.

세포와 동물을 이용하여 FXR이 miR-199a-3p의 발현을 억제한다는 것을 알아냈으며, 약물에 의한 FXR 활성화가 마이크로RNA를 억제하여 LKB1을 올릴 수 있음을 다양한 연구 모델에서 검증하였다.
본 연구 결과는 간섬유화와 함께 생기는 간세포 손상에서 마이크로RNA을 조절함으로써 간세포의 기능과 항산화능을 개선하고, 이러한 것이 FXR 핵수용체를 자극함으로써 가능하다는 것을 보여준다.
간손상 시 비정상적으로 증가하는 마이크로RNA의 발현이 세포 항산화능에 핵심적 역할을 하며, FXR은 해당 마이크로RNA를 억제하여 항산화능을 올리는 핵수용체임을 보여준다.
이와 같은 일련의 신호전달 기작의 발견은 다양한 원인에 의해 발생하는 간손상을 효과적으로 치료할 수 있는 기술의 구축과 신약 후보물질 도출에 활용될 것으로 평가한다.

1. 인적사항

 ○ 소 속 : 서울대학교 약학대학                 

 ○ 전 화 : 02-880-7840

 ○ e-mail : sgk@snu.ac.kr

2. 학력

3. 경력사항 

4. 전문 분야 정보

5. 수상 경력

Synergistic toughening of composite fibres by self-alignment of reduced graphene oxide and carbon nanotubes M. K. Shin et al. (Nature Communications - 2012. 2. 1. 출판)

 강하고 가벼운 고분자 섬유는 자동차 복합소재뿐만 아니라 방탄조끼에 응용될 수 있기 때문에 섬유 개발 관련 연구가 지속적으로 수행되고 있다.
고분자 섬유에 탄소나노튜브를 첨가하여 고강도 나노복합소재를 만드는 것은 최근 주요 연구의 흐름이다.
또한, 탄소나노튜브 기반 복합소재는 일반적으로 전기적 특성이 향상되기 때문에 에너지 저장 소재, 센서, 구동기 등에 다양하게 응용될 수 있다.
따라서 복합소재의 응용 범위와 가치를 높이기 위해서는 재료가 외부 힘에 의해 파단할 때까지 흡수할 수 있는 최대 에너지, 즉 재료의 인성(toughness, 질긴 특성)을 향상시키는 것이 주요 해결 과제이다.
일반적으로 재료의 인성과 기계적 강도는 섬유 내부의 마이크로구조에 의해 영향을 크게 받는다.
따라서, 열처리 또는 기계적 후처리 등을 통해 마이크로구조를 적절히 디자인 하는 것은 재료 연구에 있어 매우 중요하다. 이러한 관점에서 매우 강하면서 질긴 탄소나노튜브/고분자 복합섬유 제조가 시도되었다.
특히, 복합섬유의 인성 및 기계적 강도 향상을 위해 탄소나노튜브와 고분자를 섬유의 축 방향으로 배열시키는 다양한 방법이 고안되었으나 탄소나노튜브가 서로 엉켜 풀기 힘든 성질 및 복잡한 섬유 제조 과정과 경제성 문제 때문에 최적의 복합섬유를 얻는데 많은 어려움이 있다.

본 연구팀은 기존 탄소나노튜브 기반의 복합섬유 제조 방법의 문제점을 해결하기 위해서 그래핀 기반의 복합섬유를 개발하였다.
구체적으로 그래핀과 단일벽탄소나노튜브를 물에 분산시켜 만든 용액을 고분자 용액 내에서 섬유 형태를 갖도록 방사하여 그래핀/탄소나노튜브/고분자로 구성된 나노복합섬유를 제조하였다.
제조 과정에서 그래핀과 탄소나노튜브의 강한 상호작용에 의해 결합된 그래핀/탄소나노튜브 나노구조가 스스로 배열하는 현상은 섬유 제조 후 별도의 후처리를 하지 않아도 섬유의 기계적 강도를 크게 증가시킬 수 있다.
특히, 그래핀과 탄소나노튜브가 1:1의 비율로 결합되었을 때 시너지 효과가 극대화 되어 가장 물성이 좋은 탄소 기반 복합섬유가 제조될 수 있음을 증명하였다.
그래핀/탄소나노튜브 복합체 섬유는 후처리를 하지 않고 단일벽탄소나노튜브 또는 그래핀만 사용하여 제조한 섬유에 비해 기계적 특성이 10배 이상 증가되었고, 자연계에 존재하는 강하고 유연한 거미줄 보다 인성이 6배 이상 증가하였다.
이번 그래핀/탄소나노튜브 복합소재는 기존 탄소 기반 섬유와 달리 강하면서 유연성이 매우 뛰어나 고무 밴드 및 옷감 등에서 바느질이 가능하기 때문에 휴대용 전자, 복합소재 산업에 크게 기여할 수 있다.
또한, 간단한 열처리를 통해 스프링 형태로 만들 수 있으며 이는 기존 탄소나노튜브 스프링에 비해 전단 계수(shear modulus)가 60배 이상 높아 마이크로크기의 직경을 갖는 고강도 스프링으로 사용될 수 있다.
나노복합체 신소재는 그래핀과 탄소나노튜브에 의한 우수한 전기전도성과 표면적 효과로 인해 에너지 저장 및 인공근육 소재로서 응용될 수 있다.

<김선정 교수>

1. 인적사항
 ○ 소 속 : 한양대학교 생체공학과      
  
2. 학력
   1994, 한양대학교 공업화학과 박사
 
3. 경력사항
   2006-현재, 생체인공근육 창의연구단장
   2005-현재, 한양대학교 공과대학 교수

4. 전문 분야 정보
- 교육과학기술부?한국연구재단 창의리더연구사업 연구책임자 (2006 - 현재)
- 생체인공근육 분야, 국제학술지(SCI) 141, 특허등록 12

5. 수상 경력
- 2010, 기초우수성과(교육과학기술부)
  - 2009, 최우수 교수상(한양대학교)
  - 2007, 국가연구개발 우수성과 100선(교육과학기술부)
  - 2007, 대표적 우수성과 50선(한국연구재단)
  - 2006, 대표적 우수성과 50선(한국연구재단)

Near room-temperature synthesis of transfer-free graphene films
J. Kwak et al. (Nature Communications - 2012. 1.24. 출판)

그래핀은 탄소원자가 육각형 형태의 벌집 모양으로 연결된 한 층으로 구성된 인공 나노 물질로서 강철보다 200배 이상 강하고 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하는 등 우수한 물리적, 전기적 특성을 가져 디스플레이와 차세대 반도체 소재로 주목받는 꿈의 신소재이다.
최초의 그래핀은 기계적 박리법을 통해 얻어낸 마이크로미터 수준의 그래핀 조각들로서 상기 언급한 바와 유사한 우수한 물성을 지니나, 매번 불균일한 모양과 특성을 갖고 크기가 매우 작아 실생활에의 응용이 불가하다.
이를 해결하기 위해 화학기상증착법을 이용한 대면적 그래핀 합성법이 개발되었다. 하지만 탄소원인 탄화가스의 효율적인 분해를 위해서는 1,000℃ 이상의 고온 공정이 필요하고, 금속기판 위에 그래핀을 성장한 후 소자에의 적용을 위하여 반도체 및 부도체 기판으로의 그래핀의 전사 공정이 필요하게 된다.
이러한 전사 공정시 그래핀의 구겨짐, 찢어짐 등의 결함이 발생하는 등의 어려움은 물론 양산시 대면적화에 있어 극복해야할 난제가 산적해 있는 상태이다.  
  
본 연구팀은 이러한 단점을 극복하기 위하여 DAS(Diffusion-Assisted Synthesis)법을 개발하였다.
DAS법에서는 반도체 및 부도체 기판에 미리 형성한 다결정 금속박막의 결정립계를 통한 탄소원자의 농도구배 차이에 의한 자발확산 현상을 이용한다.
'탄소재료-금속박막/기판'으로 이루어진 확산 쌍을 특수재질로 제작된 지그에 고정시키고 ~1 MPa 정도의 압력을 가하여 전기로에서 다양한 분위기하에서 가열함으로써, 금속박막의 결정립계를 통해 자발확산된 탄소원자는 금속박막/대상기판 계면에서 탄소원자의 확산현상에 의해 그래핀을 형성하게 된다.
본 연구팀의 전산모사 결과에 의하면 상온에서도 그래핀 위의 탄소원자들이 대략 200 ㎟/sec 이상 확산 과정을 겪게 되어 상온에 가까운 저온에서도 안정상인 그래핀을 형성할 수 있음을 확인할 수 있었다.
대상기판으로는 단단한 산화 실리콘 기판 (SiO2/Si) 및 유리뿐 아니라 가요성을 갖는 플라스틱 기판 (PMMA, PDMS) 등이 사용되었고 이들 대상기판에서 기판 종류에 따른 그래핀 성장 메커니즘에 관한 연구를 통해, 200 ℃ 이하의 저온에서 성장온도, 성장시간, 중간 금속박막층의 형성조건 등에 따른 센티미터 수준의 그래핀을 얻을 수 있었다. 
이와 더불어 DAS 기술을 이용하면 대상기판에 형성한 금속박막의 결정립계 크기를 미리 조절함으로써 추후 형성되는 그래핀의 결정립 크기를 조절할 수 있음을 확인하였다.
인공 합성된 대면적 그래핀의 경우 내부에 존재하는 다수의 결정립계로 인해 물리적, 전기적 특성이 이론치에 비해 현저히 떨어지게 되어 현시점에서 이의 활용분야가 제한되나, DAS법을 활용하게 되면 추후 그래핀 내부에 존재하는 주요 결함원인 결정립계를 줄일 수 있게 되어 차세대 그래핀 산업의 핵심기술이 될 것으로 기대된다.

4. 주요성과 
1. J. Kwak, J.H. Chu, J.-K. Choi, S.-D. Park, H. Go, S.Y. Kim, K. Park, S.-D. Kim, Y.-W. Kim, E. Yoon, S. Kodambaka, S.-Y. Kwon*, "Near room-temperature synthesis of transfer-free graphene films", Nature Communications, 3, 645 (2012).
2. S.-Y. Kwon, C. V. Ciobanu, V. Petrova, V. B. Shenoy, J. Bareno, V. Gambin, I. Petrov, S. Kodambaka*, "Growth of semiconducting graphene on palladium", Nano Letters 9(12) 3985-3990 (2009)
3. S.-Y. Kwon*, S.Y. Kim, K. Park. J. Kwak, J.H. Chu, J.-K. Choi, "Graphene sheet, transparent electrode, active layer including the same, display, electronic device, optoelectronic device, battery, solar cell and dye-sensitized solar cell including the electrode or active layer", PCT/KR2011/005438
4. S.-Y. Kwon*, K. Park, E. Yoon, J. Kwak,"Method for manufacturing graphene, transparent electrode and active layer comprising the same, and display, electronic device, optoelectronic device, battery, solar cell and dye-sensitized solar cell including the electrode and the active layer", PCT/KR2011/001092

미래의 대체 에너지원으로 각광을 받고 있는 실리콘 태양전지는 재료비 대비 고효율 소자 제작이 현재의 가장 큰 관심사이다.
이를 위한 주요 과제들로 고품위의 물질 구현을 통한 전기적 특성 향상 및 광 수집 효율 증대 방안 등을 들 수 있다.
  Bottom-up 방식의 실리콘 나노선 태양전지는 일반적인 식각 과정이 불필요하므로 재료를 근본적으로 절감할 수 있으며, 합성 과정 중에 물질의 치환이 용이해 다양한 기능의 소자를 구현할 수 있다.
하지만 지금까지의 실리콘 나노선 연구는 고품위 실리콘 재현의 어려움으로 인해 고효율 태양전지 소자 실현이 사실상 불가능하였다.
  본 연구에서는 화학적 증기 증착(CVD) 방식을 통해 육각기둥 형태의 고품위 단결정 실리콘 나노선을 성장하고, 성장 과정 중에 내부 코어, 중간 껍질, 외곽 껍질 층에 각기 다른 dopant를 적용한 p-i-n형의 단일 나노선 태양전지 구현에 성공하였다.

본 연구에서 개발된 실리콘 나노선의 물질 특성을 조사하기 위해 투과전자현미경을 이용한 나노선 단면 촬영 및 격자 구조 분석을 실시하였으며, 이를 통해 성장된 나노선이 고품위의 단결정 실리콘 재질로 구성되어 있음을 확인하였다.
또한, 성분 분석 장치를 통해 나노선 내부의 코어 및 각 껍질 층이 성장 과정 중에 의도했던 dopant로 채워져 있음을 증명하였다.
  실리콘 나노선은 외곽 껍질의 일부분을 식각하여 코어 부분을 드러내고, 코어가 드러나지 않은 외곽 껍질과 내부 코어 각각에 n형 및 p형 전극을 올리게 되면 태양전지 소자로서 작동하게 된다.
제작된 단결정 실리콘 나노선 태양전지 소자의 I-V 특성 측정 결과 0.5 V의 개방전압 및 1 fA 이하의 누설 전류 특성을 기록하였다. 이는 현재까지 보고된 나노선 태양전지 소자 중에서 최고의 값이며, 범위를 산업에서 개발하고 있는 박막형 실리콘 태양전지로 확장하더라도 동등한 수준에 근접한 것이다.
  단결정 실리콘은 낮은 물질 흡수로 인해 본질적으로 전류 밀도가 작다는 단점이 있다. 하지만 본 연구의 실리콘 나노선은 크기가 약 300 nm에 불과함에도 그 자체로 미세 공진기로서 작동할 수 있으며, 공진기 내에 존재하는 공진 모드와 입사하는 태양광 사이의 강한 상호 작용을 통해 높은 광 수집 효율을 기대할 수 있다.
본 연구에서는 스펙트럼 분석 및 전자기 계산을 통해 나노선 내부에 존재하는 공진 모드의 존재를 입증하였으며, 실제로 실리콘 나노선은 같은 두께의 박막형 구조에 비해 약 2배 이상 증가한 전류 밀도를 기록하였다.     
  본 연구에서는 실리콘 나노선 소자의 추가적인 전류 밀도 향상을 위해 나노선을 수직 방향으로 두 층까지 쌓는 것에 성공하였으며, 이를 통해 약 25 mA/cm2의 전류 밀도를 기록할 수 있었다.
전자기 계산에 의하면 동일 방식을 통해 1 μm 두께까지 나노선을 적재하였을 때 약 13%의 효율이 예상되며, 이는 현재 개발되고 있는 박막형 태양 전지 소자의 수준을 훨씬 뛰어넘는 것이다.
  실리콘 나노선을 이용한 태양전지 개발은 CVD 방식을 통해 개별 나노선을 이루는 물질을 자유롭게 조작할 수 있다는 장점과 더불어 빛의 파장보다 작은 크기의 공진기가 가지고 있는 고유한 공진 모드 특성으로 인해 향후에도 활발한 연구가 이어질 전망이다.

▶소속 : 고려대학교 정보통신대학 뇌공학과

● 학    력

▶1980 ∼ 1984    서울대학교 계산통계학과 학사
▶1984 ∼ 1986    KAIST 전산학과 석사
▶1986 ∼ 1989    KAIST 전산학과 박사

● 경    력

▶1995 ∼ 현재
▶1997 ∼ 2008
▶2008 ∼ 현재
▶2009 ∼ 현재
▶2009 ∼ 현재
고려대학교 정보통신대학 뇌공학과 정교수
고려대학교 인공시각연구센터장
고려대학교 WCU 뇌공학융합연구사업단장
고려대학교 현대·기아차 석좌교수
한국과학기술한림원 정회원, IEEE Fellow

● 주요업적 : 컴퓨터 비전 기반의 휴먼 동작 자동 분석 및 인식 기술 개발
□ 기계학습 기법을 바탕으로 컴퓨터가 동영상에서 의미있는 휴먼 동작을 자동으로 검출함과 동시에 인식할 수 있는 독창적인 기술을 개발함
□ 특히, 가장 복잡한 휴먼 동작인 수화 동영상에서 의미 있는 수화 동작들을 자동으로 검출함과 동시에 인식 가능한 독창적인 알고리즘을 개발함으로써, 컴퓨터 비전 및 패턴 인식 분야에서 오랜 난제로 여겨졌던 동영상에서의 휴먼 동작 자동 검출 및 인식에 대한 문제 해결의 돌파구를 제시하였다는 점에서 학계의 커다란 주목을 받고 있음