연구소개

과제구성 및 연구내용

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1-1 초저전력 초소형 나노소자 및 집적 시스템

연구참여자
TOPIC 1 : 고성능/고효율 나노 전극재료 개발 및 에너지효율 개선
연구 참여자(책임자)
  • 박원철 교수, 서울대학교 나노융합학과
연구목표
  • 리튬 이온 배터리 & 슈퍼커패시터를 위한 나노 전극 물질의 대용량 합성 방법 개발
  • 효율적인 에너지 저장 장치를 위한 나노물질 개발
  • 초기 용량 : 650 mAhr/g, 전류 밀도 : 100 mA/g, 50 cycle (charge-discharge) 동안 degradation rate : >66%
연구내용
  • 1단계
    - 높은 효율 및 성능을 지닌 나노 전극 물질의 합성법 개발
  • 2단계
    - 나노 물질을 사용한 높은 효율의 에너지 저장 장치 개발
    - 에너지 저장 커패시터를 위한 나노 전극 물질 성능 증가
    - 에너지 저장 물질 특성 분석 : 다양한 배터리 장비, 슈퍼커패시터
    - 나노 전극 물질을 사용한 미량의 중금속이 분석 가능한 센서 개발
  • 3단계
    - 지속 가능한 차세대 에너지 저장 및 전환 장치
    - 고효율을 위한 향상된 내구성과 안전성
    - 나노 전극 물질을 이용한 미량의 중금속 검출 장치의 높은 정확성과 재생산성
    - 원천적인 기술 확보 및 상업화
기대효과
  • 나노물질의 합성법 및 응용분야에서 혁신적인 접근법은 리튬 이온 배터리의 우수한 전극물질 개발로 이어질 수 있으며, 나노물질은 슈퍼커패시터에서의 성능 향상 및 전극물질 분야에서 원천 기술 발전에 기여할 것임
  • 이러한 창의적 연구는 세계 수준의 학술적 업적 달성에 기여할 수 있으며, 다른 연구를 위한 새로운 플랫폼을 제공할 것으로 기대됨

TOPIC 2 : 초저전력/초소형 나노소자 및 재구성 가능 3차원 집적시스템
연구 참여자(책임자)
  • 박병국 교수, 서울대학교 전기 및 컴퓨터공학부
연구목표
  • 소자 차원과 시스템 차원에서 동시에 초저전력화를 가능하게 하는 뉴런 모방 회로 개발
  • 단위 시냅스 장비, 재구성 가능한 시냅스 어레이 및 뉴런 회로의 개발
  • 2, 3차원 어레이 형성에 필요한 인터커넥트에 대한 핵심기술 개발
  • 시스템을 구성하는 각 요소들의 고신뢰성 및 초저전력 특성을 위한 전기적 모델 및 축소화 기술 확보
연구내용
  • 시냅스 모방 소자 및 어레이 제작과 전기적 모델링
  • 뉴런 모방 회로 설계 및 제작과 시스템 구성
  • 3차원 인터커넥트 핵심요소기술 개발
기대효과
  • 3차원 재구성 가능 시스템에 관련된 원천특허 확보 및 이를 통한 국제 경쟁력 재고
  • 초저전력, 초소형, 초고집적에 관련된 재료, 소자, 공정, 시스템에 관련된 원천기술 확보, 고급 인력양성 및 기술 선도
  • 현재 기술의 한계 극복 및 기술 융합화를 통한 새로운 기술 개발
  • 기업 경쟁력 확보 및 일자리 창출

TOPIC 3 : 초소형, 고감도 광센서 시스템의 개발 및 응용
연구 참여자(책임자)
  • 최성욱 박사, 서울대학교 전기공학부
연구목표
  • 자외선 ~ 적외선 영역의 복수 Light Emitting Diode (LED)와 Photodiode (PD)로 구성된 array를 사용하여 실시간 수질 측정 시스템 기술 개발
  • 최고수준의 민감도를 가지는 초소형 시스템을 구축하고 이를 사업화함
연구내용
  • 광 피드백 기술이 적용된 LED-PD 시스템을 이용한 고감도 수질 측정 달성
  • 복수의 수질 오염원을 분리할 수 있는 방법 개발
  • 칩 설계 및 IoT와의 결합을 통한 스마트 수질 센서 시제품 개발
  • 계측용/모니터링용/휴대용 시제품 개발 및 사업화
기대효과
  • 정교한 광학 센싱을 요구하는 바이오 실험에 기여할 것으로 기대
  • 수질오염의 확인
  • 사물인터넷기술과 결합하여 스마트 워터 그리드의 구축에 응용될 수 있는 기반 제공

TOPIC 4 : 모바일 실시간 환경모니터링용 2차원 나노물질 기반 고감도/고신뢰성/저소비전력 화학 센서 어레이 개발
연구 참여자(책임자)
  • 장호원 교수, 서울대학교 재료공학부
연구목표
  • 모바일 실시간 환경모니터링용 2차원 나노물질 기반 고감도·고신뢰성·저소비전력 화학 센서 어레이 개발
연구내용
  • 2차원 나노물질 기반으로 NO2,H2,습도, NH3등 감지 가스 4종 이상에 대해 선택적으로 감지할 수 있는 센서 어레이 기술을 개발
  • 2차원 나노물질 형상 제어 기술 및 표면장식 기술을 통한 센서 어레이 개발
  • 센서 어레이 제작기술 개발 및 신호분석 기술 확보
기대효과
  • 일본·독일 등에 의존하고 있는 센서 소재의 수입 대체효과(2018년 연간 500억 이상) 발생 및 센서의 성능과 가격 경쟁력 향상
  • 2차원 나노물질 기반 화학센서 어레이 개발을 통해 핵심원천특허 확보 용이
  • 환경 모니터링 시스템을 구축하여 대기 환경의 위기에 대처하는 기술적 토대를 마련
  • 2020년 160억 달러에 도달 예측되는 세계 환경 센싱 및 모니터링 시장 선점

TOPIC 5 : 나노전기수력학을 이용한 방사형 농축기 기술 개발
연구 참여자(책임자)
  • 김성재 교수, 서울대학교 전기정보공학부
연구목표
  • 고농도의 소금물을 nanoelectrokinetic phenomena를 이용하여 담수화 하며 source waste로부터 oil-contaminant를 효율적으로 제거하기 위한 기술 개발을 목표로 함
연구내용
  • 저비용으로 만들 수 있는 나노구조체 제조 방법과 desalting system의 디자인 방법 개발
  • 탈염장치의 성능 최적화
기대효과
  • 이 연구는 shale gas의 추출과정에서 필연적으로 동반되는 고농도의 소금물 문제를 해결할 수 있을 것임
  • 이온 조절 메커니즘은 또한 물 정화 시스템 또는 ion/protein preconcentration system을 위한
    high energy efficient membrane에 적용될 수 있음
TOPIC 6 : 인간 후각 수용체를 이용한 초감도 생체진단용 바이오센서 및 수질 측정 시스템의 개발
연구 참여자(책임자)
  • 고휘진 교수, 서울대학교 생명공학공동연구원
연구목표
  • 초감도 생체진단용 바이오센서 및 수질 측정 시스템 개발
연구내용
  • 인간 후각 수용체 라이브러리 제작
  • 인공 후각 세포 제작 및 인간 후각 수용체 선별
  • 결핵 바이오마커 및 수질 오염인자에 대한 고감도 바이오센서 시스템 구축
  • 다채널 센서 시스템 구축

기대효과
  • 간 후각 수용체가 높은 선택도를 가지므로 여러 물질이 혼합되어 있는 샘플에서도 바이오마커 및 수질 오염인자만을 선택적으로 인지할 수 있음
  • 나노소자 기반의 전계 효과 트랜지스터가 높은 민감도를 가지므로 결핵 질병 진단 및 수질관리 규정에 해당하는 검지한계농도를 감지할 수 있음
  • 결핵환자의 소변으로부터 비침습적이며 빠르고 간편한 질병진단이 가능함
  • 물 샘플의 복잡한 전처리 과정 없이 실시간 수질 오염 측정이 가능함
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