• 공업화학전망
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• 제24권3호
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• pp.14-27
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• 2021

수소 에너지는 환경 문제를 최소화하고 고갈되는 화석연료를 대체할 수 있는 에너지원으로 각광을 받고 있다. 수소연료전지는 이러한 수소를 에너지원으로 사용하고 수소를 전기에너지로 전환하여 그 부산물로 물을 만드는 대표적인 친환경 전기화학 장치이다. 고분자 전해질막 연료전지는 수소이온교환 특성을 갖는 고분자막을 전해질로 사용하는 연료전지로 막전극집합체의 전극층은 촉매가 포함된 고분자 전해질막 연료전지의 주요 요소 중의 하나이다. 소재개발 측면에서 고분자 전해질막 연료전지 전극층 핵심 소재의 물성 발현 원리 등을 이해하고 최적화된 소재 설계를 위해서는 원자레벨에서의 소재 설계 접근법이 필요하다. 따라서 실험적인 연구가 어려운 부분과 원자단위에서의 물질 현상에 대한 이해 그리고 연구 개발의 효율성 증진을 위해 전산재료과학(computational materials science) 기술이 광범위하게 활용될 수 있다. 본 기고문에서는 고분자 전해질막 연료전지에서의 전극층 소재에 대한 분자동역학 기반의 전산모사 활용과 연구동향에 대하여 소개하고자 한다.

• 자원리싸이클링
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• 제8권1호
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• pp.29-36
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• 1999

비소성 펠릿법은 종래의 소성 펠릿법의 대체 공정으로, 함철더스트류를 고로에서 재활용하기 위한 괴상화공정이다. 비소성 펠릿의 결합제로 사용되는 시멘트를 저가의 소재로 대체함으로서 펠릿의 제조원가절감을 목적으로 하였다. 본 논문에서는 결합제로서 고로 슬래그를이 용한 비소성 펠릿의 강도변화를 고찰하였다. 비소성 펠릿의 결합제인 고로 슬래그를사용함에 따라 종래의 시멘트 첨가량의 약 절반으로서 강도는 150kgf에 도달하는 것을 확인하였으며, 그에 따른 결합제들의 물리화학적인 특성에 대하여도 조사하였다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2011년도 춘계학술발표대회
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• pp.42.1-42.1
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• 2011

높은 광흡수 계수를 갖는Cu(In,Ga) $Se_2$ (CIGS) 화합물 박막 소재는 고효율 태양전지 양산을 위해 가장 전도유망한 재료이나 상대적으로 매장량이 적은 In 및 Ga을 사용한다는 소재적 한계가 있다. $Cu_2ZnSnSe_4$ (CZTSe) 혹은 $Cu_2ZnSnS_4$(CZTS)와 같은 Cu-Zn-Sn-Se계 화합물 반도체는 CIGS 내 희소원소인 In과 Ga이 범용원소인 Zn 및 Sn으로 대체된 소재로써 미래형 저가 태양전지 개발을 위해 활발히 연구되고 있는데, 그 화합물 조합에 따라 0.8 eV부터 1.5 eV까지의 에너지 밴드갭을 갖는 것으로 알려져 있다. 스퍼터링법에 기반한 2단계 공정에 의해 3.2%의 CZTSe 및 6.7%의 CZTS 태양전지 효율 달성이 보고된 바 있으며, 최근 비진공 방식을 이용하여 제조된 $Cu_2ZnSn(S,Se)_4$ (CZTSSe) 태양전지가 9.6%의 변환효율을 생산하여 세계 최고기록을 갱신한 바 있다. 반면, 동시진공증발법에 의한 Cu-Zn-Sn-Se계 연구는 박막 조성 조절이 상대적으로 용이하다는 장점에도 불구하고, 상대적으로 공개된 연구결과의 양이 적으며 그 효율에 대한 보고는 특히 미미하다. 본 연구에서는 동시진공증발법에 의한 CZTSe 박막 연구 결과를 바탕으로 Sn 손실을 최소화하기 위한 진공증발 공정을 최적화하였으며, 이를 통해 CZTSe 박막 태양전지를 제조하고 그 특성분석을 통해 5% 이상의 변환효율을 달성하였다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2011년도 춘계학술발표대회
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• pp.23.1-23.1
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• 2011

최근 화석연료를 대체하기 위한 지속가능한 신에너지에 대한 요구가 증대됨에 따라 태양광 발전에 대한 연구도 폭발적으로 늘어가고 있는 추세이다. 태양광이 화석연료 대체에너지로 실효성을 가지기 위해서는 태양광 발전 시스템의 발전효율을 높이고 생산 비용을 저감하는 문제가 선결되어야 한다. 기존 실리콘 태양전지 시스템 설비 비용의 60% 이상을 차지하는 모듈의 제조과정에서 소재 손실을 최소화함으로써 저가격화를 실현하고자 박막형 태양전기 기술이 태동되었다. 현재 박막 태양전지와 관련하여 활발한 기술 개발이 진행되고 있으며 상당한 시장 점유율을 보이고 있는 실정이다. 박막 태양전지 분야에서 CIGS와 같은 화합물 반도체 박막 태양전지 시장이 확대되고 있는 실정을 고려한다면 실리콘 박막 태양전지의 경우 고효율화 저가격화 달성은 더욱 절실한 문제이다. 실리콘 박막의 경우 독성이 없으며 고갈 우려가 없는 소재이면서 기존의 직접회로 산업의 인프라 구조를 활용할 수 있어 많은 기대와 관심을 끌고 있는 박막 태양전지 후보이다. 박막 태양전지 제조에 있어서 핵심기술은 도핑된 실리콘층과 광흡수를 위한 진성 실리콘층을 합성하는 공정 기술이다. 현재 박막 태양전지 산업에서 실리콘 박막 소재의 합성은 주로 PECVD법에 의해 이루어지고 있다. 그러나 스퍼터 공정을 이용한 실리콘 박막 합성 연구 또한 20년 이상의 오랜 기간 동안 연구되어 오고 있다. 스퍼터 공정을 이용한 실리콘 박막합성는 독성 가스를 사용하지 않으며, 디스플레이와 같은 기존의 소자 공정 기술을 채용할 수 있다는 장점을 가지고 있어 주목 받고 있다. 실제로 반응성 마그네트론 스퍼터링에 의해 제조된 실리콘 박막은 PECVD공정에 의한 실리콘 박막에 상응하는 우수한 광전자적 특성을 보인다. 스퍼터 공정에서는 박막 성장을 위한 수송 물질들이 열적 평형 상태에 근접한 라디칼들이라기 보다 대부분 고에너지 원자종과 이온들이 주류를 이루고 있어 합성된 실리콘 박막의 결함 제어가 어렵다는 문제가 있다. 박막 합성 기구의 규명을 통하여 이러한 문제를 해결하기 위한 시도들이 이루어 지고 있으며, 본 발표를 통하여 스퍼터 공정을 이용한 태양전지용 실리콘 박막 합성기술에 대한 현황을 소개하고자 한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.330-330
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• 2016

투명전극은 디스플레이, 터치스크린, 태양전지 등 폭넓은 분야에서 응용되고 있어 현재 각광 받는 연구 주제 중 하나이다. 특히, ITO(인듐산화물)을 이용한 투명전극은 뛰어난 효율성 때문에 가장 주목 받고 있는 전극 형태 중 하나이다. 그러나 ITO투명전극은 인듐 소재의 희소성으로 인한 자원고갈문제 및 복원력, 투명도 등에서 취약점을 지니고 있는 것으로 보고되어 있다. 이러한 ITO 투명전극의 취약점을 보완하고, 동시에 플렉서블 디스플레이(Flexible Display) 소자에 적용 가능한 대체 투명전극에 관한 연구는 현재 가장 주목할 만한 가치가 있는 연구분야로 부각되고 있다. 본 연구에서는 대체 투명전극 중 하나로 그래핀 투명전극(Graphene Transparent Electrode)을 주목했다. PEN(Polyethylene Naphthalate) 투명기판 상에 Wet-Transfer형식으로 그래핀을 전사하여 그래핀 투명전극을 구현했으며, 복원력 확인을 위해 그래핀에 2가지 (Compressive/Tensile) 압력을 가하며 구부러짐 실험(Bending Test)을 진행하며 그래핀 투명전극의 저항값을 측정했다. 일반 금속전극의 경우, 일정한 수준 이상의 압력 또는 구부러짐이 반복되는 실험의 횟수가 증가되면 원래의 복원력을 상실하며, 저항값이 상승하는 것으로 보고된바 있다. 그러나 이번 연구에서는 그래핀 투명전극을 사용해 PEN 기판 위에 투명전극을 제작한 경우, 일정한 수준의 구부러짐 반복횟수(~1,000회) 및 구부러짐 정도(~10%) 하에서 저항값이 일정하게 유지됨을 확인할 수 있었다. 별도로, 기존에 알려져 있던 순수 그래핀(Pristine Graphene)의 취약점 중 하나인 높은 저항값을 우려하여 본 연구에서는 그래핀에 도핑을 하고, 그 영향을 분석해 보았다. 그 동안 그래핀 도핑법에 대한 적지않은 연구들이 진행되었으며, 본 연구에서는 TFSA(Bis(trifluoromethanesulfonyl)amide)라는 물질을 이용한 그래핀 도핑법을 채택했다. 실험 결과, 도핑된 그래핀 투명전극은 위와 같은 수준의 그래핀 본연의 복원력을 유지하면서 저항값은 순수 그래핀 대비 약 70% 정도 낮아짐을 확인할 수 있었다. 본 연구를 통해 그래핀 투명전극이 그래핀 고유의 특성인 높은 투명도와 복원력, 도핑으로 인한 저항값 감소가능성을 확인함으로써, 그래핀 투명전극이 ITO 투명전극의 좋은 대체자가 될 수 있는 가능성을 확인할 수 있었다.

• 한국건설순환자원학회논문집
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• 제1권3호
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• pp.219-224
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• 2013

본 연구에서는 규석, 시멘트, 생석회 및 소량의 무수석고를 사용하여 미네랄 하이드레이트 단열소재를 제조하였다. 슬러리의 특성 분석을 선행한 후, $CaO/SiO_2$ 몰비 변화에 따른 배합설계를 통해 최적 배합비를 도출하였다. 도출된 배합 설계비를 기준으로 혼합수 함량 및 수열합성 조건에 따른 소재의 특성을 측정, 평가하였다. 초적 조건으로 제조된 미네랄 하이드레이트 소재의 특성은 각각 밀도 $0.26g/cm^3$, 압축강도 0.4MPa, 열전도율 0.064W/mK로 나타났다. 이는 기존의 ALC(Autoclaved Lightweight Concrete) 소재의 성능을 한층 개선한 결과로서, 향후 지속적인 열적특성 개선 연구를 수행하여 유기 및 무기 단열재를 대체하여 새로운 개념의 무기계 단열재로 사용 가능할 것이라 판단된다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2011년도 춘계학술발표대회
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• pp.47.1-47.1
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• 2011

최근 친환경의 재생 가능한 에너지에 대한 관심이 급증하면서 태양전지에 대한 연구가 국내외에서 활발히 진행중이다. 특히 기존 태양전지 시장을 장악하던 실리콘 태양전지를 대체하고 새로운 기능을 부여하기 위해 박막형 태양전지의 필요성과 새로운 태양전지용 소재 개발에 관심이 집중되고 있다. CIGS는 이러한 요구에 부합하는 소재로써 진공증착법을 통한 CIGS 박막 태양전지에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 이와 함께, 경제성과 대면적화의 용이성을 목표로 CIGS의 비진공증착법에 대한 연구도 병행되고 있다. 본 연구에서는 비진공증착법중 전기화학적 전착방법을 이용하여 CIGS박막을 형성하는 기초연구를 진행하였다. CIGS 박막의 표면 및 결정립 제어를 위하여 젤라틴을 첨가제로 이용하여 CIGS 박막을 제조하였으며 첨가제의 농도, 전착 인가전압 등을 변수로 박막을 형성시켜 특성을 분석하였다. 첨가제가 박막의 특성에 미치는 영향을 알아보기 위하여 첨가제의 양에 따른 박막의 결정성과 표면 구조를 각각 XRD 및 FE-SEM (EDS)을 이용하여 분석하였다. 첨가제의 농도와 전착 인가전압에 따라 상대적으로 매우 우수한 표면 특성을 가지는 박막을 얻을 수 있었고 특히 특정농도의 젤라틴은 기존의 CIGS 박막의 결정성을 유지시켜 주는 것을 확인하였다. 또한 일정한 첨가제 농도 조건에서 인가전압을 변화시키며 증착한 필름의 CIGS 원소비를 분석함으로서 첨가제를 이용한 전기화학적 전착법에서 인가전압이 박막의 조성비에 미치는 영향을 분석하였다. 첨가제를 이용한 낮은 전압에서의 전착을 통해 우수한 표면 특성을 유지하면서 동시에 희귀원소인 In과 Ga의 증착을 더욱 용이하게 하는 새로운 방법에 대해 고찰하였다.

• 한국응용과학기술학회지
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• 제34권4호
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• pp.727-736
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• 2017

본 연구에서는 임상시험의 대체시험법으로 시편을 이용한 화장품의 보습능 평가기법을 연구하였다. 4종의 시편(일본떡, 가래떡, 밀가루, 한천)에 대한 립 메이크업 제품의 발림성, 표면의 건조 특성, 수분손실율 등을 비교 평가하였다. 또한, 10종의 립 메이크업 제품(립스틱 5종, 립밤 3종, 립글로스 2종)을 대상으로 시편을 사용한 수분손실율과 임상평가를 통한 경피수분손실량을 분석하고 이들의 상관 관계를 조사하였다. 시편의 수분손실율은 한천 > 가래떡 > 일본떡 > 밀가루 순으로 한천시편의 수분 손실율(수분증발 민감도)이 가장 우수하였다. 또한, 시편소재 중 한천시편이 발림성, 표면 균열, 원료 수급 등의 측면에서 가장 적합하였다. 한천시편은 볼록하고 매끄러운 표면의 시편 제조가 가능한 열 전달이 낮은 플라스틱재질의 용기가 적합하였다. 한천시편을 이용한 립메이크업 제품군에 대한 수분손실율(보습능)과 임상시험법(경피수분손실)과 강한 상관관계를 보였다. 이러한 결과들은 본 연구에서 제안한 한천 시편을 이용한 보습능 평가 기법이 유용한 대체시험법 중 하나로 활용 가능함을 의미한다.

• Composites Research
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• 제36권2호
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• pp.126-131
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• 2023

기존의 상용 플라스틱으로 인한 환경 오염에 대한 우려가 높아지면서 대체 재료로서 생분해성 고분자에 대한 연구가 주목을 받고 있다. 본 연구는 생분해성 열가소성 수지인 폴리 젖산에 유기 핵제의 도입으로 물성 강화 및 100% 생분해 가능한 나노복합재 개발을 목표로 한다. 그에 따라 무기 핵제의 대체재로 친환경 소재인 셀룰로오스 나노섬유를 채택하였다. 폴리 젖산 내 셀룰로오스 나노섬유의 균일한 분산을 위해 동결 건조 방식으로 나노화된 섬유 형상을 유지시켰으며, 이축압출기로 1차 교반을 진행하고, 사출 성형을 통해 이중 교반된 물성 시험용 시편을 제작하였다. 보강된 결정성을 확인하기 위해 시차주사 열량분석법을 사용하였고 1 wt%의 셀룰로오스 나노섬유가 보강재 및 핵제로서 작용하여 냉결정화온도가 약 14℃ 가량 감소하며, 결정화되는 정도 또한 증가한 것을 확인하였다. 본 연구는 기존 생분해성 고분자의 무기 핵제를 유기 나노소재로 대체함으로써 100% 생분해 가능한 친환경 나노복합재 개발하여 강화된 물성의 플라스틱 소재 개발을 위한 친환경적 대안을 제시한다.

• 한국식품영양과학회지
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• 제29권4호
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• pp.663-668
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• 2000

새로운 수산가공용 조미소재 및 인스탄트 수프소재의 개 발, 연안에서 생산되는 저활용 수산자원의 유효이용이라는 관점에서, 소형 창오징어를 원료 로 2단효소분해기법을 적용한 풍미계 중간소재의 가공을 시도하였고, 이의 최적 가공조건 및 품질 등을 검토하였다. 열수추축법 (95$^{\circ}C$, 3시간), 자가소화법 (55$^{\circ}C$, 6시간) 및 2단효소분 해법으로 엑스분을 조제하고, 각 엑스분의 특성을 서로 비교 검토한 결과, 열수추출엑스분에 서는 대체로 감칠맛과 맛의 강도가 약하였고, 자가소화엑스분의 경우는 감칠맛이외에 약간 의 쓴맛과 부패취가 생성되었다. 2단효소분해엑스분은 감칠맛과 단맛, 맛의 조화력이 원등히 강하였고, 엑스분의 투명도 등도 우수하였다. 2단효소분해엑스분의 최적 가공공정은 다음과 같다. 시료를 초펴로써 세절한 후 약 3배량의 물을 가하고, 98$^{\circ}C$에서 5분간 자숙하여 자ㄱ소 화효소를 불활성화시킨 후, 묽은 NaOH 용액으로 시료액의 pH를 8.0으로 조정하고 여기에 알칼리성 단백분해효소를 시료량에 대해 0.2% 가하여 교반하면서 55$^{\circ}C$에서 3시간 동안 가 수분해시킨다. 이어 자숙처리하여 효소를 불활성화시킨 후 다시 묽은 HCl 용액으로 pH를 6.0으로 조정하고, 여기에 시료량에 대해 0.2%의 exo-type 중성 단백분해효소를 가한 다음 45$^{\circ}C$에서 교반하면서 2~3시간 동안 가수분해시키고, 효소를 불활성화시킨 후 원심분리하여 상등액을 취함으로서 2단효소분해엑스분을 얻을 수 있었다. 이화학적 실험 및 관능평가 결 과, 창오징어를 이용한 2단효소분해엑스분은 종래의 효소분해엑스분의 품질을 개선시킬 수 있었으며, 농축과 적절한 처리를 할 경우 인스탄트 수프소재 및 각종 수산가공식품의 핵심 정미발현소재로서 이용할 수 있다는 결론을 얻었다.