도쿄일렉트론코리아 회장님 초청 강연(The special lecture by the chairman of Tokyo Electron Korea Ltd.)

Mr. Tony Tsutsumi, the chairman of Tokyo Electron Korea Ltd. delivered the speical lecture on November 28th, 2022. The title was "My journey with TEL, and the future vision of semiconductor industry and innovation"

지난 11월 28일, 도쿄일렉트론 코리아 회장님이 박막공학 수강생들에게 "TEL에서의 여정과 반도체 산업의 미래 비전"의 연사 제목으로 특별 강연을 진행했다. 

2022년도 동계 한국자기학회(2022 winter Conference of the Korean Magnetics Society)

Graduate students, Mr. T. M. Koo, Mr. S. I. Yoon, Ms. E. Jeong and J. S. Lee attended the 2022 Korean Magnetics Society winter conference held in Busan, Korea on November 23rd to 25th, 2022.

대학원생 구명석, 윤석인, 정은진, 이진서가 2022년 11월 23일부터 25일 부산에서 개최된 한국자기학회 동계학술대회에 참석했다. 

발표내용

  • 구명석: 표면 리간드 유도에 따른 산화철 메조크리스탈 어셈블리의 결정학적 규칙-비규칙 천이
  • 윤석인: Si를 함유한 β-W 층으로 구성된 수직자화 이종접합의 향상된 스핀궤도토크 효율
  • 정은진: Fe-Au 바코드 나노선의 선간 및 선내 정자기 상호 작용
  • 이진서: 스핀-궤도 토크 소자 개수와 배선 폭에 따른 홀 저항의 변화

 

제3회 한·스웨덴차세대한림원 공동심포지엄 개최

한국차세대과학기술한림원(이하 Y-KAST)과 스웨덴차세대한림원(Young Academy of Sweden, 이하 YAS)은 11월 10일 오후, 주한스웨덴대사관저에서 '제3회 한·스웨덴차세대한림원 공동심포지엄'을 개최했다.

이번 공동심포지엄은 '사회를 위한 과학기술(Science and Technology for our Society)'을 주제로 개최됐다. 한국에서는 김영근 고려대 교수(차세대부장, 공학부 정회원)과 박주영 서울대 교수, 배명진 KAIST 교수, 선정윤 서울대 교수, 이현정 KIST 책임연구원, 이대희 생명연 책임연구원, 김혜성 가톨릭대 교수 등 7인이 참여했으며, 스웨덴에서는 Sverker Lundin 박사(CEO of YAS), Adel Daoud 린셰핑대학교(Linköping Univ.) 교수, Alison Gerber 룬드대학교(Lund Univ.) 교수, Ellen Bushell 우메오대학교(Umeå Univ) 교수, Johan Rockberg 스웨덴왕립공과대학교(KTH) 교수, Philippe Tassin 샬머스공과대학교(Chalmers Univ. of Tech) 교수 등 6인이 참석했다.

이번 심포지엄은 3개의 세션으로 나뉘어 진행됐다. 세션1에서는 양 기관의 현황과 활동에 대한 소개의 시간이 마련되었으며, 세션2에서는 '과학, 기술, 사회의 학제 간 역량 강화 (Interdisciplinary Capacity Building in Science, Technology and Society)',세션3에서는 '과학과 기술의 사회적 결합(Social Engagement in Science and Technology)'을 주제로 자유로운 토론이 펼쳐졌다.

2011년 설립된 YAS는 박사학위 취득 10년 이내의 우수한 젊은 과학자 38인(2022년 11월 기준)을 회원으로 두고 있다. 정책연구, 봉사활동, 융합연구 등을 세 개의 기둥으로 삼고 각 분야별로 세부위원회를 운영 중이며 모든 회원은 한 개 이상의 위원회에 소속된다. YAS는 설립 직후부터 '젊은 과학기술인들을 위한 연구정책 플랫폼'을 표방하며 적극적인 목소리를 내어 주목을 받았다. 유럽위원회(ERC)의 연구 혁신 기본계획인 호라이즌(Horizon)에 의견을 제시하고, 스웨덴전략연구재단(SSF)에 장기적 연구지원 보장을 포함하여 젊은 과학자들이 연구에 전념할 수 있는 환경 개선을 요구하는 등 정치적 영역에서도 활발한 활동을 벌이고 있다. 다학제포럼 개최, 스웨덴 의회와의 협력, 고교생 대상 여름캠프 개최 등을 개최 중이며, 국제교류 활동을 중요하게 여겨 매년 가을에 국제세미나와 워크숍 등을 유치하고 있다.

Y-KAST는 2017년 2월 창립 후 같은 해 7월, YAS와 스웨덴에서 첫 번째 공동심포지엄을 개최하며 협력의 물꼬를 텄고, COVID-19 전까지 양국을 오가며 적극적으로 교류했다.

제3회 한·스웨덴차세대한림원 공동심포지엄 참석자 단체사진
(좌)  Sverker Lundin 박사와 (우) 김영근 고려대 교수

출처: 한국과학기술한림원 NEWS

https://kast.or.kr/kr/notice/news.php?bgu=view&bbs_data=aWR4PTIwMTEwJnN0YXJ0UGFnZT0mbGlzdE5vPSZ0YWJsZT0mY29kZT1uZXdzMiZzZWFyY2hfaXRlbT0mc2VhcmNoX29yZGVyPQ== 

 

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2022년도 ENGE(The 7th International Conference on Electronic Materials and Nanotechnology for Green Environment, 2022)

Graduate student Mr. S. I. Yoon, Mr. H. S. Ko, Mr. H. E. Fu and Ms. E. Jeong attended ENGE(The 7th International Conference on Electronic Materials and Nanotechnology for Green Environment) held in Jeju, Korea on November 6 to 9, 2022. Prof. Kim served as the conference co-chair.

대학원생 윤석인, 고한석, 부홍은, 정은진은 2022년 11월 6일부터 9일 제주도에서 개최된 ENGE(The International Conference on Electronic Materials and Nanotechnology for Green Environment)에 참석했다. 김영근 교수는 이번 ENGE의 공동 의장을 맡았다.

발표내용

  • 윤석인: SOT properties of W-Si/CoFeB heterostructure
  • 고한석: Gradient- induced symmetry breaking in Pt/Co multilayer structures
  • 부홍은: Magnetic-optical nanoclusters for high sensitivity virus detection
  • 정은진: Observation of Faraday's law of induction in the chiral magnetic nanocoils

2022년도 MMM(Magnetism and Magnetic Materials, 2022)

Graduate student Mr. S. I. Yoon attended MMM(Magnetism and Magnetic Materials) held in Minnesota, th US on October 31 to November 4, 2022.

대학원생 윤석인은 2022년 10월 31일부터 11월 4일 미국 미네소타에서 개최된 MMM(Magnetism and Magnetic Materials)에 참석했다.

발표내용

  • 윤석인: Power-efficient SOT properties of W-Si/CoFeB heterostructures

2022년도 추계 대한금속재료학회(The Korean Institute of Metals and Materials, Fall 2022)

Graduate students, Mr. D. B Lee and Mr. T. Y. Lee attended The Korean Institute of Metals and Materials held in Jeju, Korea on October 26 ~ 28, 2022.  Mr. D. B. Lee received 'the Best Student Oral Presentation Award'.

대학원생 이대범과 이태윤이 2022년 10월 26일부터 28일 제주도에서 개최된 추계 대한금속재료학회에 참석했다. 대학원생 이대범은 금속-재료학회 추계학술대회 학생 구두 발표 우수상을 수상했다.

발표내용

  • 이대범: New phase of ferricrust nanoparticle having layered structure
  • 이태윤: 나노 섬유/금속산화물 기반 고효율 복사 냉각 소재 개발

고려대-KBSI, 차세대 나트륨 전지 실용화 앞당길 전극소재 기술 개발(Prof. Kim's group and KBSI has developed the next-generation of electrode material technology)

▲ 왼쪽부터 고려대 박범철 박사(공동제1저자), 고려대 강용묵 교수(공동교신저자), 고려대 김영근 교수(공동교신저자), KBSI 조지웅 박사(공동제1저자)

국내 연구진이 차세대 나트륨 전지의 성능을 대폭 향상시킬 수 있는 음극재 기술을 개발했다. 이론용량·가격 등의 한계가 존재하는 리튬이온전지를 대체할 새로운 이차전지 개발의 필요성이 요구되는 가운데, 고용량·저비용 나트륨 이온 전지의 상용화에 가속도가 붙을 것으로 전망된다.

고려대 신소재공학과 김영근·강용묵 교수 연구팀은 한국기초과학지원연구원(원장 신형식, 이하 KBSI) 서울서부센터 조지웅 박사 연구팀과 공동으로 수산화철(FeOOH)에 기능성 유기물인 아세테이트 분자가 결합된 유·무기 하이브리드 전극 소재를 이용해 충·방전 용량 2배 이상, 효율 30% 이상 개선시키는 기술을 개발했다.

연구결과는 재료과학분야 세계적 권위 학술지 Journal of Materials Chemistry A에 9월 12일 게재됐다.

차세대 나트륨 전지에서 나트륨 이온을 고용량으로 저장·방출할 수 있는 전극 소재로, 경제성이 높은 수산화철이 각광받고 있다. 그러나, 수산화철은 원자 반경이 큰 나트륨 이온의 특성상 화학반응 및 전환반응 과정에서 수반되는 철이온의 급격한 산화수 변화와 결정구조의 불안정이 존재한다. 이로 인해, 전기화학 반응의 비가역성이 커지게 되고 이론용량보다 실제용량이 떨어지는 기술적 한계가 있었다.

이러한 불완전한 반응의 한계를 극복하고자, 수산화철-아세테이트 혼합 하이브리드 전극 구조를 개발하고 자연 상태에서의 생물학적인 철(Fe)의 산화-환원 반응을 모사했다. 이를 통해 전환반응 과정에서 발생하는 철 이온의 급격한 산화수 변화를 제어하고 안정적인 화학 반응을 유도해, 나트륨 이온과의 전기화학 반응을 가역적으로 만드는 데 성공했다.

공동연구팀은 수산화철과 아세테이트 성분을 층상구조 방식으로 결합했다. 층층이 쌓인 격자상수가 확장된 형태의 결정구조는 층간 간격을 더 크게 확보할 수 있게 돼, 리튬보다 원자 반경이 큰 나트륨 원자의 탈리·삽입을 쉽게 한다. 결과적으로, 후속 방전-충전 주기 동안 아세테이트와 수산화철의 산화-환원 결합으로 인해 생성된 탄산염은 나트륨 이온의 저장을 위한 안정적·가역적인 중심 창구 역할을 하게 된다.

이와 같이, 수산화철의 환원과 아세테이트의 산화가 결합된 반응은 자연 상태에서 보여지는 생물학적인 철의 산화-환원 반응 기작과 유사하다. 하이브리드 구조에서 무기물과 유기물이 상호 작용하는 산화-환원 반응을 통해 가역적인 전환 반응을 가능하게 함은 물론, 순수한 수산화철을 전극 소재로 사용했을 때에 비해 충방전 효율을 30% 이상, 용량은 100% 이상 증가시키는 등 나트륨 전지의 성능을 최고 수준으로 끌어올린 의미가 있다.

이러한 전극 구조의 폭넓은 활용을 통해 상용화가 가능한 수준의 고용량, 저비용 차세대 나트륨 전지 개발은 물론, 현재 상용화 중인 리튬이온전지의 성능을 획기적으로 높일 수 있는 고용량, 고안정성 전극소재 개발도 가능할 것으로 기대된다.

고려대 김영근 교수 연구팀과 박범철 박사는 본 연구의 초기 아이디어를 확보해 각 실험에 필요한 시료준비 및 연구총괄을 맡았다. 고려대 강용묵 교수 연구팀은 유·무기 하이브리드 전극의 전기화학적 특성을 분석했다. KBSI 조지웅 박사 연구팀은 유·무기 하이브리드 전극의 충·방전 과정에서 발생하는 결정구조의 변화를 실시간 분석할 수 있는 in-situ XRD 분석법과 투과전자현미경을 활용해 결정구조의 변화를 정밀하게 분석했다.

고려대 강용묵 교수는 “전기화학적 반응을 통해 더 높은 에너지 밀도를 달성할 수 있는 전극 소재에 대한 관심이 커지고 있는 상황”이라며, “유기물의 반응을 결합시켜 전환 반응을 가역적으로 만드는 시도는 향후 고에너지 밀도의 전극 소재를 개발하는 데 있어, 새로운 접근방법을 제시해줄 수 있을 것 같다”고 이번 연구 의의를 설명했다.

KBSI 조지웅 박사는 “이번 연구는 자연에 존재하는 화학 반응을 모사해, 이차전지 전극소재 개발에 적용한 매우 의미있는 연구결과”라며, “앞으로도 전극 물질의 결정구조 변화를 실시간 관찰할 수 있는 분석기술의 다양한 활용을 통해 상용화 단계의 에너지 전환 및 저장에 필요한 신소재 개발에 기여할 수 있도록 힘쓸 것”이라고 말했다.
 
이번 연구결과는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 기본연구사업과 과학기술정보통신부 과학기술일자리진흥원 연구장비 핵심기술개발사업의 지원으로 진행됐다.

[그림 1] In-situ XRD 분석법 및 투과전자현미경을 통한 충․방전 과정의 변환 메카니즘 분석결과n-situ XRD 분석법을 활용한 나트륨 삽입 과정에서의 수산화철-아세테이트 하이브리드 전극의 (a). 실시간 결정구조 변화 분석결과, (b). 충․방전 용량(시간)에 따른 결정구조 단계별 전압곡선 변화, (c, d). 비동시 투과전자 현미경(ex-situ TEM)을 통한 나트륨 이온 탈리 및 삽입 과정에서의 결정구조 변화 분석결과임. 초기 비정질구조의 수산화철이 나트륨이온의 삽입과정에서 산화철로 변화하고, 나트륨이 탈리 과정에서 다시 비정질 수산화철로 변화하는 것이 확인되었음.

 

[그림 2] 수산화철-아세테이트 하이브리드 전극의 층상구조 및 반응메커니즘 모식도

 

출처: 고대뉴스, 2022.10.12, 
https://www.korea.ac.kr/user/boardList.do?boardId=474633&siteId=university&page=1&id=university_060108000000&boardSeq=493686&command=albumView 

 

Bioinspired redox-coupled conversion reaction in FeOOH-acetate hybrid nanoplatelets for Na ion battery
J. Mater. Chem. A 10, 17740
[DOI: https://doi.org/10.1039/D2TA04990B]

The considerable interest in rechargeable batteries is causing a rapid increase in demand and a surge in the price of raw materials. Earth-abundant iron oxyhydroxide (FeOOH) is a promising candidate as an anode material for sodium-ion rechargeable batteries (SIBs). However, the application of FeOOH is hindered by numerous technical limitations arising mainly from the irreversibility of the conversion reaction. Here, we manipulate biotic Fe redox from FeOOH-acetate hybrid nanoplatelets (FAHPs) to make the resulting conversion reaction with Na ions highly reversible. The extended lepidocrocite-type FAHP, in which FeOOH and acetate components are stacked in a layer-by-layer assembly, undergoes facile initial intercalation owing to its large interlayer spacing. Consequently, the redox reaction coupled with FeOOH reduction and acetate oxidation occurs in a similar way to the biotic Fe redox reaction. During the subsequent discharge–charge cycles, carbonate produced by the redox coupling of acetate and FeOOH serves as a stable and reversible host for Na ion storage. This study establishes a novel method for enabling highly reversible conversion reactions and enhancing the electrochemical capacity using not only Na ions but Li ions through the exploitation of the interplaying redox of inorganic and organic materials in hybrid structures.