[EEWS 대학원] 세계 최초로 계층적 다공성을 띠는 촉매를 합성해 인공 광합성 효율 높여

우리 학교 EEWS 대학원 박정영 교수와 KIST 김상훈 박사 공동 연구팀이 이산화티타늄의 나노 구조화 및 질소 도핑을 통해 인공 광합성의 효율을 증대하는 원리를 발견했다. 이번 연구는 <어드밴스드 머터리얼즈 인터페이스 (Advanced Materials Interfaces)> 창간호의 메인 표지 논문으로 선정되었다.

대체 에너지에 대한 연구가 활발하게 이뤄지고 있는 오늘날, 인공 광합성 연구는 태양 에너지를 이용해 물 분해 과정에서 수소를 얻어낼 수 있다는 점에서 큰 주목을 받고 있다. 이번 연구는 물 분해 반응에 쓰이는 촉매를 개선해 수소의 수득률을 높였다.

물 분해 과정에서 반도체 촉매가 빛을 받으면 물을 수소와 산소로 분해하게 되는데, 이때 촉매의 전자가 광자를 흡수해 높은 에너지 상태로 전이되며 수소를 생성한다. 촉매로는 빛에서 비교적 안정하면서도 환경친화적이고, 가격도 비싸지 않아 대표적인 광촉매 물질로 연구되고 있는 이산화티타늄이 쓰였다.

연구팀은 이산화티타늄을 층이 정렬된 구조로 제작했다. 또, 스스로 모양을 만드는 자기형성 방법을 이용해 매크로 기공, 메조 기공, 마이크로 기공을 모두 갖고 있는 이산화티타늄을 합성했다. 이렇게 층이 정렬되고 다른 크기의 기공이 있는 물질을 계층적 다공성을 띤다고 한다.

반도체에 소량의 다른 물질을 첨가해 특성을 바꾸는 것을 도핑이라고 하는데, 연구팀은 이산화티타늄에 질소를 도핑했다. 질소 도핑으로 이산화티타늄의 전기적 특성을 바꾸면 이산화티타늄의 밴드 갭 에너지가 감소하게 되는데, 이는 이산화티타늄의 전자가 높은 에너지 상태로 전이하기 쉬워졌다는 것을 뜻한다. 즉, 이산화티타늄 촉매의 인공 광합성 효율을 개선했다고 할 수 있다. 개선된 이산화티타늄은 계층성을 지니지 않은 것에 비해 2배, 질소를 첨가하지 않은 것에 비해 30% 정도 효율이 향상했다.

지식서비스공학과에서는 사용자가 소셜 네트워킹 사이트에 남긴 기록을 분석해 레스토랑, 공연시설 등에 대한 전문가를 찾아내는 위치기반 소셜검색엔진을 개발했다. 최근 빅데이터 연구와 함께 활발히 연구되고 있는 사회적 검색(Social search)은 검색에 사회망을 도입해 속도와 정확성을 높인 방법이다. 무작위로 질문하는 것보다 답변의 수준이 높고, 불필요한 정보나 과정을 거치지 않아 사용자의 만족도도 높다.

이재길 교수 연구팀이 개발한 글라우코스(Glaucus)는 사회적 검색을 장소 기반으로 확장한 시스템이다. 글라우코스는 사용자가 올린 자신의 방문 정보를 분석해 어떤 사용자가 어느 장소를 잘 아는지 판별한다. 그 다음 다른 사용자가 어떤 장소에 관한 질문을 글라우코스를 통해 전송하면, 글라우코스는 전문가로 등록된 사람에게 질문을 전달해 질문자가 만족스러운 답변을 얻도록 도와준다.

이번 연구는 AAAI ICWSM 2014에 발표되었고 IEEE TKDE에 게재될 예정이다.

[산업디자인학과] 양쪽 화면이 다른 디스플레이 '야누스' 개발해

산업디자인학과에서는 색다른 방식으로 투명 디스플레이를 구현했다. 기존의 투명 디스플레이는 한 쪽에서 바라본 그림이 다른 쪽에서는 좌우로 뒤집혀 보이고, 정보가 노출된다는 단점이 있었다. 이우훈 교수팀은 양쪽에 표시하는 이미지가 독립적인 야누스(Janus)를 개발해 올 8월 SIGGRAPH 이머징 테크놀로지 세션에서 전시했다.

야누스는 고속으로 회전하는 LED가 잔상을 남기며 이미지를 표시한다. 투명한 터치 센서 프레임 두 장 사이에 PCB(인쇄 회로 기판)가 있고, 이 PCB 양면에는 3색 LED 픽셀이 배열되어 있다. LED가 배열된 회로가 빠르게 회전하며 사용자에게 컬러 이미지를 보여준다. 또, 회로의 양면에 설치된 LED가 전달하는 이미지가 달라 양쪽 사용자에게 서로 다른 이미지를 전달할 수 있다. 고속으로 회전하는 LED 회로를 직접 터치할 수는 없으므로 양쪽에 투명한 터치 센서 프레임을 두어 사용자의 입력을 인식할 수 있게 했다.

이번 연구는 반전된 이미지를 양쪽에서 표시해 준다는 고정관념을 깨고 두 개의 투명 그래픽 레이어를 갖는 장치를 개발했다는 점에서 주목받았다. 또, 기존의 잔상 디스플레이의 원리를 활용해 투명도가 높은 양면 투명 디스플레이를 개발했다는 점에서 학계에서 평이 높다. 

 

[기술경영학과] 3D 프린터 성능 개선한 사회기술혁신연구소

우리 학교 산하 사회기술혁신연구소에서 진행한 프로젝트의 결과물인 3D 프린터가 최근 언론의 높은 관심을 받았다. 사회기술혁신연구소는 기술경영학과 교수들이 주축이 되어 기술 개발을 통해 사회 약자를 배려하고 사회를 혁신하는 것을 목표로 하는 연구소다. 이번 프로젝트는 최초로 안정성이 높은 델타 방식의 3D 프린터를 매우 저렴한 가격으로 양산해 업계의 주목을 받고 있다.

기존 3D 프린터는 멘델 방식으로 작동했다. 멘델 방식으로 작동하는 3D 프린터는 크고 무거우며 받침대가 움직이기 때문에 안정성이 떨어지고 속도도 느리다. 반면 델타 방식은 받침대는 고정되어있고 프린터 헤드만이 이동하는 방식으로, 받침대가 움직일 필요가 없어 안정성과 속도가 멘델 방식보다 높다.

이 프로젝트의 결과물인 3D 프린터 ‘뉴런’은 자체개발한 부품을 사용해 단가를 낮추고 기능이 향상되었다. 3D 프린터의 핵심 부품인 익스트루더는 고온의 액체 원료를 목표 위치에 분사하는 역할을 하는데, 매우 정교한 작업을 오랫동안 수행해야 해 부품 가격이 비싸다. 연구팀은 익스트루더를 자체 생산해 매우 저렴한 가격으로 익스트루더를 생산했다.

그 외에도 캐드 등 전문적인 프로그램을 사용할 줄 아는 사람만 이용할 수 있어 접근성이 떨어졌던 3D 프린터의 접근성을 높이기 위해 ‘뉴런’을 제어하는 스마트폰 앱도 함께 개발했다. 또한, ‘뉴런’에서는 자동 평형기능을 도입해 노즐과 받침대의 평형을 유지할 수 있어 이용하기 편리하다.

기술경영학과의 박세호 교수가 지도한 프로젝트의 결과물 ‘뉴런’은 100대가 넘는 물량이 주문되고 여러 국가에서 대리점 개설을 요청받는 등 시장에서 큰 호응을 받았다.