신소재공학과

연구 2026년 06월 23일 화요일

‘꿈의 태양전지’ 대량 생산 문턱 낮췄다!

페로브스카이트 태양전지 연구를 선도해온 UNIST 석상일 특훈교수 공동연구팀이 고효율 탠덤 태양전지의 대량생산에 필요한 계면 코팅 물질을 개발했다. 이 물질을 적용하면 수분과 산소에 노출되는 일반 공정을 통해서도 효율 30%가 넘어가는 페로브스카이트·실리콘 탠덤 태양전지를 만들 수 있게 됐다. 고효율 탠덤 전지 대량생산의 문턱을 낮춘 성과라는 평가가 나온다. 이번 연구는 광학·광자공학 분야의 세계적 학술지 네이처 포토닉스(Nature Photonics)에 6월 1일 공개됐다. UNIST 에너지화학공학과 석상일 특훈교수, 신소재공학과 최경진 교수팀은 사우디아라비아 KAUST 연구팀과 함께 3성분 물질을 이용한 전지 계면 코팅 물질을 개발했다고 11일 밝혔다. 페로브스카이트·실리콘 탠덤 태양전지는 페로브스카이트 전지와 실리콘 전지를 위아래로 쌓은 초고효율 전지다. 위쪽 페로브스카이트가 짧은 파장의 태양빛을 먼저 흡수하고, 아래쪽 실리콘이 남은 빛을 흡수해 기존 실리콘 태양전지보다 더 높은 효율을 낼 수 있다. 꿈의 태양전지로 불리며 중국을 비롯한 주요국이 주도권 확보 경쟁에 나선 이유다. 연구팀이 개발한 물질은 페로브스카이트층을 올리기 전, 전극 표면에 먼저 깔리는 얇은 접촉층이다. 이 층이 고르게 붙어 있어야 그 위에 바르는 페로브스카이트 용액도 균일하게 퍼지고, 전기 입자, 즉 전하가 사라지는 결함도 줄어든다. 기존에 쓰던 SAM 코팅층은 공기 중에 수분이 있으면 전극 위에 고르게 붙지 못하고, 페로브스카이트 용액을 바르는 과정에서도 쉽게 흐트러졌다. 고효율 전지는 수분과 산소를 차단한 특수 설비 안에서 만들어야 했고, 이는 대면적 생산 비용을 높이는 요인이 됐다. 연구팀의 3성분 물질은 기존 SAM 물질인 Me-4PACz 외에도 GDMA와 AG가 더 들어 있다. GDMA는 코팅층이 전극 위에 고르게 퍼지고 열처리 뒤 단단히 붙도록 돕고, AG는 페로브스카이트와 맞닿는 부분의 결함을 줄이는 역할을 한다. 결함이 줄어들면 빛을 받아 생긴 전하가 중간에 소실되지 않고, 그만큼 전하가 전극으로 더 잘 이동해 태양전지의 효율과 전압이 높아진다. 이 물질을 적용한 탠덤 전지는 일반 대기 중에서 만들었는데도 31.72%의 효율을 냈다. 이는 대기 중 제조 탠덤 전지 중 세계 최고 효율이다. 공인 인증 효율도 31.36%로 확인됐다. 내구성도 향상됐다. 겉을 감싸는 보호 포장 없이 85도의 뜨거운 공기 중에 600시간을 방치한 뒤에도 처음 성능의 92% 이상을 그대로 유지했으며, 실제 태양광을 모방한 강한 빛을 1,000시간 연속으로 쬔 후에도 90% 이상의 높은 효율을 지켜냈다. 이 물질은 페로브스카이트 전지 단독 제작 시에도 수율을 높일 수 있다. 7×7㎠ 대면적 기판에서도 페로브스카이트 박막이 고르게 만들어졌고, 불량률이 낮아졌다. 이번 연구는 UNIST의 김귀수 연구원, KAUST의 아디 프라세티오(Adi Prasetio) 연구원, UNIST의 노영임 연구원이 공동 제1저자로 참여했으며, UNIST 석상일 특훈교수, 최경진 교수, KAUST 스테판 드 울프(Stefaan De Wolf) 교수가 공동 교신저자로 참여했다. 홍콩중문대 선전캠퍼스, 독일 율리히 연구소 연구진도 함께 참여했다. 최경진 교수는 “정부의 ‘K-문샷 프로젝트’ 목표인 ‘초격차 초고효율 다중접합 태양전지’ 개발과 궤를 같이하는 연구”라며 “차세대 태양광 상용화에 크게 기여할 것으로 기대한다”고 말했다. 석상일 교수는 “고효율 탠덤 태양전지를 상용화하려면 성능뿐 아니라 실제 공정에서의 재현성과 생산 비용까지 함께 해결해야 한다”며 “이번 연구는 수분이 있는 일반 대기 중에서도 균일한 계면 박막과 높은 재현성을 확보할 수 있음을 보인 만큼, 대면적 제조 공정으로 확장하는 데 필요한 기술적 기반이 될 것”이라고 말했다. 이번 연구는 현대자동차, 과학기술정보통신부 한국연구재단(NRF), 기후에너지환경부 한국에너지기술평가원(KETEP) 등의 지원을 받아 이뤄졌다. (끝)

연구 2026년 06월 17일 수요일

수소 생산 촉매 전극, 국수 가락처럼 뽑아낸다!

물에서 수소를 생산하는 촉매 전극을 국수 가락 뽑듯 제조하는 기술이 새롭게 개발됐다. 내구성과 반응성이 뛰어난 섬유형 수소 생산 전극을 대량으로 생산할 수 있는 길이 열렸다. UNIST 신소재공학과 채한기 교수팀과 에너지화학공학과 백종범 교수팀은 킹압둘라과학기술대학교(KAUST) 자페르 야부즈(Cafer T. Yavuz) 교수팀과 공동으로 루테늄 촉매를 탄소섬유 안에 균일하게 넣은 섬유형 수소 생산 전극 제조 기술을 개발했다고 7일 밝혔다. 물을 분해해 수소를 얻는 수전해 장치의 전극은 보통 전기가 잘 통하는 기판 위에 촉매를 발라 만든다. 촉매를 바를 때 접착제를 섞게 되는데, 접착제가 촉매 표면을 가려 반응을 방해할 수 있다. 반면 탄소섬유를 얽어서 전극을 만들면 섬유 자체가 전도체 역할을 할 수 있고, 섬유 사이로 물과 전해질도 잘 드나들고, 생성물인 수소도 빠르게 빠져나갈 수 있다. 개발된 기술은 이러한 섬유에 촉매를 쉽게 넣어 전극을 대량 생산할 수 있는 기술이다. 섬유를 먼저 만든 뒤 촉매를 따로 입히는 방식이 아니라 촉매를 섬유 원료에 넣어 함께 뽑아내는 방식이다. 탄소섬유 원료인 고분자 용액과 루테늄 촉매 원료를 섞은 되직한 액체를 노즐로 밀어내 실처럼 뽑고, 이를 열처리해 만든다. 루테늄 성분이 이 과정에서 탄소 섬유 안팎에 작은 촉매 입자로 자리 잡게 된다. 관건은 루테늄 성분이 들어간 고분자 용액을 끊기지 않고 섬유로 뽑아내는 일이었다. 탄소섬유 원료 고분자에 금속 성분을 섞으면 쉽게 뭉치거나 용액이 굳어져, 작은 노즐로 길고 균일하게 뽑아내기 어렵다. 연구팀은 탄소섬유 원료 고분자와 루테늄 성분이 서로 적당히 붙도록 조절해, 촉매가 고르게 섞인 상태로 섬유를 뽑을 수 있는 조건을 찾아낼 수 있었다. 연구팀은 섬유 안에 있는 촉매가 표면에 더 드러날 수 있도록 산소 플라즈마 처리를 거쳐 전극을 완성했다. 완성된 전극을 수전해 장치에 적용한 실험 결과, 고전류 환경에서도 내구성이 뛰어났다. 전극은 500 mA cm⁻²의 높은 전류 조건에서 170시간 동안 계속 작동했으며, 수소 기체가 계속 발생하는 동안에도 전극 형태를 유지했다. 또 전극에 입혀진 촉매 자체의 성능을 평가하는 실험에서는 상용 백금 촉매보다 우수한 성능을 보였다. 이번 연구는 UNIST 이가현 박사, KAUST 김석진 연구교수가 제1저자로, UNIST 백인경 연구원이 공동 저자로 참여했다. 연구팀은 “이번 연구는 루테늄 촉매가 들어간 고분자 용액을 섬유로 뽑아내는 조건을 찾고, 금속 성분이 열처리 과정에서 나노입자로 자리 잡는 과정을 함께 규명했다는 데 의미가 있다”며 “실험실 수준에 머물던 섬유형 촉매 전극 제조를 대규모 롤투롤 연속 공정으로 확장할 수 있는 기반을 마련했다”고 설명했다. 채한기 교수는 “이번 기술은 금속 촉매를 탄소섬유 안에 균일하게 넣어 전극의 구조적 안정성을 높인 것이 특징”이라며 “수전해 전극뿐 아니라 안정성과 균일한 반응성이 중요한 다양한 촉매 분야로도 확장될 수 있을 것”이라고 말했다. 이번 연구는 과학기술정보통신부와 교육부가 지원하고 한국연구재단이 주관하는 중견연구자 지원사업(개인기초연구), 리더연구자지원사업(창의연구)을 통해 수행되었으며, 연구 성과는 미국화학회(ACS)가 발행하는 나노·소재 분야 최상위 국제 학술지인 '에이씨에스 나노(ACS Nano; Impact Factor: 16.1, Cite Score: 24.2)'에 5월 19일 출판됐다.

연구 2026년 05월 30일 토요일

6G 통신과 배터리 잡을 ‘카멜레온 맥신’ 개발

* 본 보도자료는 한국연구재단 주관으로 작성되었습니다. (바로 가기) □ 국내 연구진이 탄소 조성 제어로 꿈의 신소재 ‘맥신(MXene)*’을 정밀 제어해 초고주파 EMI(Electromagnetic Interference Shielding) 차폐**와 고속 에너지 저장 성능을 세계적 수준으로 끌어올려 주목을 받고 있다. * 맥신(MXene) : 금속과 탄소층이 교대로 쌓인 2차원 나노소재로, 전기전도성이 뛰어나고 다양한 화합물 설계가 가능해 배터리·반도체·센서 분야의 꿈의 신소재로 불림. ** 초고주파 EMI(Electromagnetic Interference Shielding) 차폐 : 차세대 6G 통신, 고해상도 차량용 레이다, 위성 통신 등에서 발생하는 고주파 영역의 전자파 간섭을 막아내는 핵심 기술. □ 한국연구재단(이사장 홍원화)은 울산과학기술원 권순용·최은미 교수 연구팀이 MAX 전구체*의 탄소 조성을 정밀 제어해 맥신의 구조와 기능을 합성 단계에서 선택적으로 설계하는 데 성공했다고 밝혔다. * MAX 전구체 : 맥신을 만들기 위한 전 단계의 초기 원료 물질(화합물) □ 이번 연구성과는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 나노․소재기술개발사업의 지원으로 수행됐으며, 재료과학 분야 세계적 권위지인 ‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)’에 5월 18일 게재됐다. □ 6G 통신, 자율주행 레이더, 고집적 패키징 등 차세대 전자기기가 고주파 환경으로 빠르게 전환됨에 따라, 전자파 간섭으로 인한 오동작을 막아줄 초박막 차폐 기술의 필요성이 커지고 있다. ○ 그러나 기존 금속계 차폐재는 높은 차폐성에도 불구하고 무겁고 부식에 취약해, 유연·경량·초박막화를 동시에 요구하는 차세대 전자기기에는 제약이 있었다. 이러한 이유로 높은 전도도와 용액공정 적합성을 갖는 맥신 계열 소재가 대안으로 주목받고 있다. □ 최근 맥신의 전기적·구조적 특성을 근본적으로 제어하기 위한 전구체 수준의 조성·구조 설계가 핵심 기술로 주목받고 있다. 연구팀은 맥스 전구체의 탄소 조성을 정밀 제어하는 방법으로 맥신의 구조와 기능을 선택적으로 구현하는 데 성공했다. ○ 탄소가 풍부한 조건에서는 전기전도도가 우수한 평면 나노시트 구조가 형성되어, 100GHz 초고주파 대역에서 탁월한 전자파 차폐 성능과 뛰어난 굽힘 내구성을 나타냈다. ○ 반대로 탄소가 부족한 조건에서는 나노 스크롤 구조가 자발적으로 형성되어 이온 이동 통로가 확장되었으며, 이를 통해 고용량과 압도적인 수명 특성을 가진 고속 에너지 저장 성능을 확보했다. ○ 연구팀은 이번 연구 성과를 통해 전구체 조성 조절만으로 차폐용 평면 시트와 에너지 저장용 스크롤 구조를 하나의 플랫폼에서 맞춤형으로 설계할 수 있음을 입증했다. □ 박재은(제1저자) 연구원은 “평면 시트는 전자파 차폐에, 나노스크롤은 에너지 저장에 유리하다는 점을 실험적으로 입증해 하나의 소재 플랫폼에서 응용 방향을 나눠 설계할 수 있게 됐다”고 밝혔다. ○ 그리고 권순용 교수는 "지난해에는 질소 치환으로 맥신의 전도도와 광대역 차폐 성능을 끌어올렸다면, 이번에는 전구체 조성만으로 맥신 구조 자체를 설계하는 단계로 나아갔다”며, “초박막이면서도 100GHz 대역에서 높은 차폐 성능과 굽힘 내구성을 함께 보여, 차세대 6G·레이다 환경에 필요한 유연 차폐 소재 가능성을 확인했다”고 밝혔다.

연구 2026년 05월 16일 토요일

"피부에 붙여 체온·기침·맥박까지 읽는다"... 온도·압력 감지 맥신 센서 개발

피부에 붙이면 체온뿐만 아니라 기침, 침 삼킴 등 미세한 신체 변화를 모두 읽어낼 수 있는 센서 소재가 새롭게 개발됐다. UNIST 반도체소재부품대학원 김수현·권순용 교수팀은 온도와 압력 변화를 모두감지할 수 있는 티타늄 탄질화물 기반의 초고민감도 맥신(MXene) 소재를 개발했다고 11일 밝혔다. 맥신은 금속과 탄소 또는 질소로 이루어진 원자층이 켜켜이 쌓여 있는 형태의 나노 물질이다. 두께가 매우 얇고 유연하면서도 전기가 잘 통해, 입는 컴퓨터나 웨어러블 헬스케어 기기에 들어가는 센서용 소재로 크게 주목받는 소재다. 연구팀이 이번에 개발한 맥신(Ti₃CNTz)은 질소가 없는 기존(Ti3C2Tx) 소재보다 온도 변화와 압력 자극에 대한 민감도가 각각 3배와 4배 이상 개선됐다. 아주 미세한 자극에도 전기저항이 크게 변한다는 뜻으로, 기계가 사람의 상태 등을 훨씬 더 선명한 전기신호로 인식할 수 있음을 의미한다. 연구팀은 최적의 질소 농도를 찾아내 이 같은 소재를 개발했다. 질소가 특정 영역에서 전자 밀도를 높이고, 격자 진동 현상을 강화해 외부 자극에 대한 반응성을 극대화한 덕분이다. 맥신의 아코디언 같은 구조는 기계적 강도도 강화하는 것으로 나타났다. 이러한 원리는 밀도함수이론(DFT) 계산과 방사광 기반 엑스선 흡수 미세 구조(XAFS) 실험 분석을 통해 입증됐다. 실험에서 이 소재를 이용해 만든 센서는 미세 압력 변화를 감지해 말하기, 침 삼키기, 기침하기 등 성대의 미세한 떨림을 완벽하게 구분해 냈다. 또한 눈가에서는 눈 깜박임을, 손목에서는 맥박 파형을 실시간으로 포착했으며, 신발 뒤꿈치에 부착해 보행 패턴을 분석할 수 있었다. 1~2mm 떨어진 상태에서 비접촉 온도 감지도 가능하다. 스마트폰 카메라 플래시에서 발생하는 적외선 열을 감지하거나, 손가락이 닿지 않은 상태에서도 접근만으로 온도 변화를 인식할 수 있었다. 제1저자인 데바난다 모하파트라(Debananda Mohapatra) 연구부교수는 “이번 2D MXene 연구는 지능형 센싱 분야의 새로운 기준을 제시한 성과”라며, “차세대 센싱 기기가 높은 감도와 우수한 확장성을 기반으로 인간-기계 인터페이스 구현에 기여할 수 있을 것으로 기대된다”고 설명했다. 또한 “이번 연구는 광범위한 2D MXene 나노소재 계열의 발전을 위한 발판이 되어 의료, AI 로봇, 스마트 웨어러블 등 다양한 분야에서 응용을 가속화할 것”이라고 덧붙였다. 김수현 교수는 “온도와 압력을 동시에 극도로 섬세하게 감지하면서도 신호 간 간섭을 효과적으로 제어할 수 있다는 점에서 차세대 인간-기계 인터페이스 및 지능형 로봇 전자 피부 기술의 전환점”이라며, “헬스케어뿐만 아니라 에너지 저장, 촉매, 전자기파 차폐 등 다양한 첨단 나노소재 분야로의 응용이 가능하다”고 강조했다. 김 교수는 이어 “그간 탄화물에 국한됐던 맥신 연구를 질소를 포함하는 탄질화물로 확장해 소재의 다양성을 확보했다는 점에서 큰 의미가 있다”라고 설명했다. 이번 연구 성과는 재료 과학 분야의 세계적 권위지인 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)'에 4월 12일 온라인 공개됐다. 연구 수행은 과학기술정보통신부 한국연구재단(NRF)과 과학기술정보통신부의 이노코어(InnoCORE)사업의 지원으로 이뤄졌다.

연구 2026년 05월 14일 목요일

이산화탄소 제거하고 전기도 만드는 전기화학 전극 개발

지구온난화의 주범인 이산화탄소를 유용한 물질로 바꿔주고, 수소로 전기도 만들 수 있는 장치의 성능과 수명을 획기적으로 개선하는 전극 물질이 개발됐다. UNIST 신소재공학과 조승호 교수팀은 POSTECH 안지환 교수, 서울대 한정우 교수, 중국 난징정보과학기술대학교 부윈페이 교수팀과 함께 이중층수산화물을 이용해 고온에서도 성능이 떨어지지 않는 고체산화물전지(SOC) 전극을 개발했다고 3일 밝혔다. 고체산화물전지는 수소나 메탄 같은 연료를 이용해 전기를 생산하는 장치다. 수소차의 연료전지와 달리 전기를 넣으면 반대로 반응을 돌릴 수 있어, 심야에 남는 전기로 다시 수소를 만들거나 온실가스인 이산화탄소를 분해해 산업용 가스인 일산화탄소를 만들 수도 있다는 장점이 있다. 연구팀이 개발한 전극은 지지체와 촉매 모두 금속으로 이뤄져 있어서 내구성이 뛰어나다. 기존 전극은 세라믹 지지체에 금속 촉매가 얹혀 있는 형태라, 세라믹과 금속 간의 구조 차이로 인해 600℃ 이상의 고온에서 장기 가동 시 금속 촉매가 뭉치거나 떨어져 나가는 문제가 있었다. 개발한 새로운 전극을 적용한 결과, 800℃에서 수소를 연료로 사용했을 때 기존 전극보다 약 1.5배 향상된 최대 출력(1.57 W/cm²)을 기록했다. 또 전기를 주입해 이산화탄소를 분해함으로써 일산화탄소를 생산하는 실험에서도 200시간 동안 안정적으로 작동하며 내구성을 입증했다. 지지체와 촉매 모두 금속인 전극을 만들 수 있었던 이유는 원료인 이중층수산화물 덕분이다. 이중층수산화물은 서로 다른 금속 이온이 한 층 안에 고르게 섞여 있고, 이 층이 겹겹이 쌓인 구조의 물질이다. 코발트와 철 이온이 섞인 이중층수산화물을 먼저 공기 중에서 한 번 가열해 지지체 역할을 할 금속 합금 뼈대를 굳힌 뒤, 이를 다시 수소를 넣어 가열하면 촉매 역할의 합금 나노 입자가 지지체 표면으로 솟아오르게(용출) 되는 원리다. 연구팀은 온도와 가열 환경별 이중층수산화물의 내부 구조(상변화)를 체계적으로 분석해 이 같은 물질을 합성해 낼 수 있었다. 또 첨가제(GDC)를 전극에 넣어 반응에 필요한 산소가 빠르게 공급되도록 했다. 공동연구팀은 “전극 교체를 줄여 장치 운영 비용을 낮춤으로써 고체산화물전지의 대중화에 기여할 수 있을 것”이라며 “수소와 전기 생산, 이산화탄소 업사이클링까지 연결되는 기반 기술”이라고 설명했다. 연구팀은 이어 “이중층수산화물은 그동안 저온 촉매나 배터리 전극 등에 주로 쓰이던 물질인데, 이번 연구에서는 이 물질이 고온에서 어떻게 변하는지를 분석해 고체산화물전지 전극으로 처음 적용했다는 점에서도 의미 있는 연구”라고 덧붙였다. 이번 연구에는 UNIST 에너지화학공학과 졸업생 김현민 연구원(現스탠포드대학교), UNIST　신소재공학과 졸업생 김윤서 연구원(現한국과학기술연구원) 그리고 서울대학교 재료공학부 서화경 연구원이 제1저자로 참여했다. 연구 성과는 재료 분야 글로벌 권위지인 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)’에 4월 16일 출판됐으며, UNIST 이노코어 (InnoCORE) 프로그램과 한국연구재단의 지원을 받아 이뤄졌다.

연구 2026년 05월 07일 목요일

반도체 열·응력 해석 정확도 높이는 AI 기술 개발

손톱만 한 반도체 칩부터 수미터 발전소 배관에 이르기까지, 예측 대상의 크기가 변해도 열이 퍼지는 경로와 힘이 집중되는 부위를 AI가 잘 예측할 수 있도록 돕는 기술이 나왔다. UNIST 반도체소재·부품대학원 정창욱 교수팀은 새로운 입력 데이터를 기존에 학습한 데이터 기준에 맞게 재정렬하는 ‘π-불변 테스트 시점 보정(π-invariant test-time projection)’ 알고리즘을 개발했다고 26일 밝혔다. 이번 연구 결과는 인공지능 분야 3대 국제학회로 꼽히는 국제표현학습학회(ICLR) 2026에 채택됐다. 반도체 공정이나 패키징에서는 열이 퍼지는 경로와 힘이 집중되는 부위를 빠르게 예측하기 위해 인공지능 모델을 활용하고 있지만, 모델이 학습 과정에서 경험하지 못한 아주 크거나 작은 단위의 데이터가 입력되면 예측 정확도가 떨어진다. 연구팀이 개발한 알고리즘은 ‘학습 범위 밖의 입력’을 물리 법칙을 지키면서 학습 범위 안의 ‘익숙한 형태’로 바꿔주는 역할을 한다. 새로운 입력 데이터가 들어오면, 먼저 π 값을 기준으로 기존에 학습한 데이터 중 물리적으로 가장 유사한 데이터를 찾아, 그와 비슷한 조건으로 맞춘 뒤에야 인공지능 모델에 입력해 계산하도록 하는 것이다. π 값은 주어진 물리 방정식에서 길이, 온도, 힘처럼 단위를 가진 물리량을 조합해 만든 무차원 비율로, 이 값이 같으면 크기가 달라도 본질적으로 같은 물리 상태로 볼 수 있다는 ‘버킹엄 π 정리(Buckingham π theorem)’에 기반한 기술이다. 이 알고리즘은 별도의 재학습 없이도 기존 인공지능 모델에 그대로 붙여 사용할 수 있어 경제적이다. 입력 데이터를 로그 공간에서 변환해 물리적 비율(π 값)을 유지하도록 맞추는 방식이기 때문에, 모델 구조나 학습 과정은 건드릴 필요가 없기 때문이다. 또 학습 데이터를 전부 일일이 비교하는 대신 비슷한 데이터끼리 묶어 대표 값만 비교하는 방식을 적용해 계산 부담도 줄였다. 기존의 전수 비교보다 약 1/100 수준의 비용으로도 빠르게 입력을 보정할 수 있다. 이 기법을 2차원 열전도와 선형 탄성 문제에 적용한 결과, 기존 모델이 어려워하던 새로운 조건에서도 안정적인 예측이 가능해졌고, 평균절대오차는 최대 약 91%까지 감소했다. 유체 역학의 난제로 불리는 나비에-스토크스(Navier–Stokes) 방정식에도 적용했을 때도 비슷한 성능 개선 효과가 확인됐다. 나비에-스토크스 방정식은 물이나 공기 같은 유체의 움직임을 설명하는 수식으로, 항공기 설계 등에 필수적이지만 계산이 매우 어려운 것으로 알려져 있다. 개발된 알고리즘은 외력이 없는 이상적인 경우뿐 아니라 외력이 작용해 π 값이 완전히 유지되지 않는 경우에도 정확도 개선 효과를 유지했다. 연구팀은 “반도체 칩의 열 설계, 패키지 신뢰성 평가, 배터리 열관리, 구조물 안전 해석 등 크기와 조건이 계속 달라지는 다양한 공학 시뮬레이션에서 계산 시간과 비용을 줄이는 데 활용될 수 있을 것”이라고 기대했다. 이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단의 나노·소재기술개발사업, 정보통신기획평가원(IITP)의 AI대학원지원사업 등의 지원을 받아 수행됐다.

연구 2026년 04월 15일 수요일

“1g에 ‘국평’ 아파트 30채 면적”..방사성 요오드 포집하는 다공성 소재 개발

원전 사고나 사용후핵연료 처리 과정에서 유출될 수 있는 방사성 요오드 기체를 빠르게 흡착해 제거할 수 있는 다공성 소재가 개발됐다. 이 소재 1g 속에 숨은 ‘국평’ 아파트 약 30채 면적에 해당하는 공간에 요오드 기체가 가둬지는 원리다. UNIST 신소재공학과 채한기·이승걸 교수팀은 방사성 요오드 기체를 빠르고 효율적으로 제거할 수 있는 초다공성 탄소섬유를 개발했다고 2일 밝혔다. 이 초다공성 탄소섬유는 자기 무게의 최대 4.68배에 해당하는 많은 요오드 기체를 흡착할 수 있으며, 흡착 속도도 빨라 포화 상태에 도달하는 시간이 약 100분으로 짧다. 연구팀은 소재 내부에 다양한 크기의 기공을 많이 만들 수 있는 제조 기술과 산소 도핑(첨가) 처리를 통해 이 같은 소재를 개발했다. 이 소재 1g 안에 들어 있는 기공을 모두 펼쳐 붙이면 그 면적이 최대 2982m²에 달한다. 32평 아파트 약 30채의 바닥면적에 해당하는 공간이 숨어 있는 셈이다. 이처럼 넓은 내부 표면 덕분에 요오드 기체가 붙을 자리가 많다. 또 내부에 큰 기공들이 통로 역할을 해줘 요오드가 내부로 빠르게 이동하고 흡착 속도가 빨라진다. 여기에 산소가 들어가면서 성능이 더 강해졌다. 산소가 요오드와 상호작용을 일으켜 흡착을 더 강하게 만들기 때문이다. 산소가 없는 탄소섬유보다 요오드 흡착량은 약 1.5배, 흡착 속도는 약 1.7배 향상된 것으로 나타났다. 제조 자체도 간편하다. 분말 형태의 기존 흡착제와 달리 별도 성형 공정이 필요 없으며, 차세대 다공성 소재인 MOF와 비교해 제조 비용이 낮고 대량생산에 유리하다. 여러 번 반복 사용해도 초기 성능의 약 90% 이상을 유지해 재사용할 수 있는 것도 장점이다. 한편, 연구팀은 요오드가 탄소섬유 내부로 들어오면서 탄소층 사이 간격이 일시적으로 벌어지는 현상도 확인했다. 이는 요오드가 탄소층 가장자리와 층 사이 공간까지 파고들며 흡착된다는 것을 보여주는 결과다. 컴퓨터 시뮬레이션(DFT)을 통해서도 이를 확인했다. 이승걸 교수는 “이번 연구는 탄소 소재가 유해 물질을 흡착하는 과정에서 나타나는 동적 구조 변화 메커니즘을 규명했다는 점에서도 의미가 있다”고 설명했다. 채한기 교수는 “제조가 간편하고 대량생산이 가능하며, 재사용할 수 있어 경제성을 갖추고 있다”며 “사용후핵연료 재처리 시설의 배기 시스템이나 사고 대응용 필터뿐만 아니라 다양한 오염 물질 흡착에도 적용할 수 있을 것”이라고 설명했다. 연구는 산업통상자원부, 한국산업기술기획평가원 그리고 과학기술정보통신부의 기관 고유 과제의 지원을 받아 수행됐으며, 성과는 국제학술지 케미컬엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)에 4월 1일 게재됐다.

커뮤니티 2026년 03월 24일 화요일

UNIST, ‘한우물파기’ 2명 선정… “10년 연구로 양자·미래 소재 선점”

UNIST에서 장기 기초연구 지원사업인 ‘한우물파기 기초연구’ 선정자 2명이 나왔다. 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 주관하는 ‘2026년 한우물파기 기초연구’ 과제에 컴퓨터공학과 김정훈 교수와 신소재공학과 이현정 교수가 나란히 선정됐다. 올해 전국에서 30여 명만 이름을 올린 이 사업을 통해 두 교수는 앞으로 10년간 약 20억 원씩 장기적인 연구 지원을 받게 된다. 한우물파기 연구는 박사학위 취득 후 15년 이내의 우수 연구자가 한 분야를 오랫동안 파고들며 도전적인 질문에 답할 수 있도록 설계된 대표적 장기 사업이다. 단기 성과에 매이지 않고, 시간이 걸리더라도 근본적인 과학 문제를 꾸준히 추적할 수 있도록 뒷받침한다는 점에서 의미가 크다. 김정훈 교수는 ‘양자 친화적 그래프 구조화 및 하이브리드 분석 프레임워크’ 연구에 착수한다. 목표는 그래프 마이닝과 양자컴퓨팅을 잇는 원천 기술 확보에 있다. 대규모 그래프 데이터는 구조가 복잡해질수록 기존 계산 방식만으로는 처리와 분석에 한계가 뚜렷했다. 김 교수는 이런 병목을 넘기 위해 그래프를 양자컴퓨팅에 맞는 단위로 재구성하고, 이를 토대로 양자-고전 하이브리드 분석 체계를 구축할 계획이다. 핵심은 그래프를 단순히 줄이거나 쪼개는 데 있지 않다. 그래프 구조 자체를 계산 단위로 삼아 분석의 틀을 다시 짜겠다는 데 있다. 구조를 축소하거나 분할하는 기존 접근에서 벗어나, 구조 그 자체를 연산 자원으로 활용하는 새 분석 패러다임을 열겠다는 뜻이다. 김 교수는 구조 기반 그래프 분석과 융합 분야에서의 경쟁력을 인정받아 이번 과제에 선정됐다. 김정훈 교수는 싱가포르 난양공과대학교에서 박사학위를 취득한 뒤, 2022년 UNIST 컴퓨터공학과에 합류했다. 이후 대규모 그래프 데이터 분석과 구조 기반 네트워크 마이닝 분야에서 연구를 이어왔으며, 복잡한 그래프 구조를 효율적으로 분석하기 위한 모델과 알고리즘 개발에 집중해 왔다. 김 교수는 “이번 연구는 기존 데이터 마이닝 방법론을 넘어, 그래프 구조 자체를 재구성하고 이를 양자컴퓨팅과 결합하는 새로운 분석 패러다임을 제시하는 데 의미가 있다”며 “장기적인 관점에서 구조 기반 그래프 분석의 한계를 확장하고, 차세대 분석 기술의 기반을 구축하고자 한다”고 전했다. 이현정 교수는 동역학에 기반해 리튬 이온 이동을 촉진하는 새로운 개념의 고체전해질 소재 연구를 시작한다. 기존 고체전해질 연구는 결정 구조 설계와 결함 제어, 조성 조절 등을 통해 이온전도도를 높이는 방식이 중심이었다. 그러나 이런 접근만으로는 이온 이동의 근본 메커니즘을 바꾸기 어려워, 전도도 향상 폭을 일정 수준 이상 끌어올리는 데 한계가 있다는 지적이 꾸준히 제기돼 왔다. 이 교수가 주목한 것은 클러스터 음이온의 회전 운동 같은 동역학적 특성이다. 이런 움직임이 리튬 이온의 이동 장벽을 낮출 수 있다는 점에 착안해, 연구팀은 해당 현상의 작동 원리를 규명하고 이를 새로운 고체전해질 설계 전략으로 확장할 방침이다. 이번 연구는 고체전해질에서의 이온전도 메커니즘에 대한 근본적 이해를 넓히는 동시에, 차세대 소재 설계의 새로운 가능성을 제시할 것으로 전망된다. 이현정 교수는 영국 옥스퍼드대에서 박사후연구원을 지낸 뒤 2023년 UNIST 신소재공학과에 임용됐다. 이후 2024년부터 우수신진연구 과제를 수행하며 이차전지 소재와 고도 분석 분야 연구를 이어왔다. 이번 선정은 그동안 축적한 연구 성과와 학문적 잠재력을 공식적으로 인정받은 결과로 평가된다. 이 교수는 “이번 연구를 통해 새로운 이온전도 메커니즘에 기반한 초이온전도체를 개발하고, 차세대 고체전해질 소재 설계의 방향을 보여주고자 한다”며 “UNIST의 우수한 연구 환경을 바탕으로 장기 기초연구를 수행해 의미 있는 과학적 발견을 이끌어내고 싶다”고 말했다.

커뮤니티 2026년 02월 12일 목요일

UNIST 대학원생 4명, 제32회 삼성휴먼테크 금·은·동상 석권

UNIST 대학원생 4명이 ‘제32회 삼성휴먼테크논문대상’에서 금상 1명, 은상 1명, 동상 2명의 수상 결과를 거두며, 탁월한 연구 경쟁력을 입증했다. UNIST는 2015년 이후 매년 수상자를 배출해 기초과학부터 응용기술에 이르기까지 폭넓은 연구 업적을 이어가고 있다. 금상은 에너지화학공학과 홍진기 대학원생(지도교수 송현곤)이 차지했다. 홍 연구원은 차세대 전지의 핵심인 전해질에 관행적으로 사용돼 온 희석제가 오히려 계면 반응을 저해할 수 있음을 규명했다. 분자 수준에서 구조를 정밀 제어하는 방식으로 해결의 실마리를 찾은 것이다. 이 기술은 희석제를 표면에서 배제하는 계면 정화 메커니즘을 통해 전지의 고에너지 밀도와 수명 안정성을 높였다. 그는 “연구의 방향성을 믿어준 동료들과 지도교수님께 깊이 감사드리며, 이번 수상을 계기로 상용화에 기여하는 완성도 높은 기술 개발에 매진하겠다”고 전했다. 은상은 신소재공학과 신미라 대학원생(지도교수 차채녕)에게 돌아갔다. 신 연구원은 서로 다른 폐폴리에스터를 분해·정제 과정 없이도 하나의 공정으로 고부가가치 생분해성 TPEE(열가소성 폴리에스터 엘라스토머)로 전환하는 업사이클링 기술을 선보였다. 복잡한 전처리 없이 다양한 폐플라스틱을 한 번에 재활용할 수 있는 길을 연 셈이다. 신 연구원은 “이번 수상은 연구 과정에서의 고민과 노력을 인정받은 결과라고 생각한다”며 “이를 계기로 지속가능한 소재 개발에 대한 책임감을 가지고 앞으로도 성실히 연구에 임하겠다”고 말했다. 동상은 에너지화학공학과 장유진 대학원생(지도교수 고현협)과 인공지능대학원 한승오 대학원생(지도교수 주경돈)이 각각 수상했다. 장 연구원은 생분해성 소재 기반의 인공 시냅스를 개발했다. 키토산·구아검 기반의 이온이동층과 셀룰로오스 아세테이트 기반의 이온결합층을 적층해 이온–쌍극자 결합 기반 시냅스 동작을 구현했다. 이 기술로 일반 전자기기 소비전력의 수십억 분의 1 수준인 0.85 fJ의 초저전력 구동과 최대 5,944초의 장기기억 유지를 동시에 달성했다. 서로 다른 생분해성 재료를 이중 구조로 설계해 내구성과 안정성을 끌어올린 결과다. 장 연구원은 “이번 연구는 생분해성 소재의 고내구성 확보를 통해 적용 가능성을 확장했다”며 “본 연구의 초저전력·장기기억형 인공 시냅스가 차세대 뉴로모픽 소자 개발에 기여하길 기대한다”고 밝혔다. 한승오 연구원은 기존 3차원 실내 공간 복원 연구가 양질의 데이터에 의존해야 했던 한계를 짚었다. 이를 극복하기 위해 파노라마 형식의 영상만으로 정밀한 3D 공간 복원이 가능하도록 하는 새로운 접근법을 구현해냈다. 그는 “후회되지 않게 매순간 최선을 다해 준비했다”며 “좋은 연구를 수행할 수 있게 지도해 주신 교수님과 함께 동고동락하는 연구실 동료 덕분에 좋은 결실을 맺을 수 있었다”고 고마움을 표했다. 박종래 총장은 “이번 수상은 UNIST 학생 연구자들이 연구 현장에서 축적해 온 역량과 잠재력을 보여주는 성과”라며, “앞으로도 차세대 연구 인재 양성을 위한 연구 환경 조성과 지원을 지속적으로 강화해 나가겠다”고 전했다. 한편, 삼성휴먼테크논문대상은 국내 최대 규모의 학생 논문대회로, 해마다 높은 경쟁률을 기록하며 수상 이력은 연구자의 학문적 역량을 입증하는 지표로 평가된다.

연구 2026년 02월 06일 금요일

미생물이 이산화탄소 먹어 치우고 친환경 연료 뱉어낸다!

미생물에 이산화탄소를 먹여 친환경 연료인 부탄올을 생산하는 기술이 나왔다. UNIST 신소재공학과 김진현 교수는 미국 UC버클리 연구진과 함께 두 종류의 미생물을 단계적으로 사용해 이산화탄소를 부탄올로 바꾸는 연속 공정 시스템을 개발했다고 28일 밝혔다. 탄소 중립이 시급한 과제로 떠오르면서 온실가스인 이산화탄소를 유용한 자원으로 바꾸는 기술에 관한 관심이 뜨겁다. 그중 미생물을 이용한 기술은 미생물이 이산화탄소를 먹고 이를 소화해 유용한 물질로 다시 내뱉는 방식이라 친환경적이며, 에너지 소모가 적고 귀금속 촉매도 필요 없다는 강점이 있다. 연구팀이 개발한 미생물 전환 시스템은 두 미생물의 반응을 마치 공장의 연속 생산 라인처럼 연결해 이산화탄소로 부탄올을 생산한다. 기체 전환에 능한 아세토젠균이 이산화탄소(CO₂)를 먹고 단순한 구조의 아세트산(CH₃COOH)을 1차 생산하면, 복잡한 분자 합성에 특화된 대장균이 이를 이어받아 최종적으로 부탄올(C₄H₉OH)이 완성되는 구조다. 단일 미생물만으로는 가스 상태의 이산화탄소를 섭취하고 이를 다시 복잡한 형태의 연료 분자로 바꾸는 데 한계가 있었는데, 이를 ‘분업화’를 통해 해결한 것이다. 또 연구팀은 대장균의 유전자를 조작해 부탄올 생산 효율을 약 3.8배 높였다. 대장균이 아세트산을 ‘주식’으로 잘 먹을 수 있도록 하고, 소화해서 만든 에너지를 부탄올을 만드는 데 더 많이 쓰도록 했다. 보통의 대장균은 아세트산을 잘 먹지 않거나, 먹더라도 그 에너지를 자신이 생존하는 데에만 사용해 부탄올 생산 효율이 떨어진다. 개발된 연속 공정 시스템은 외부에서 별도의 유기 탄소 공급 없이 오직 이산화탄소와 수소만을 투입해 90시간 이상 안정적으로 부탄올을 생산해냈다. 수소는 아세토젠균이 이산화탄소로 아세트산을 합성할 때 함께 쓰인다. 김진현 교수는 “원료 공급과 제품 생산이 끊임없이 이루어지는 연속 배양 반응기 2대를 안정적으로 연동했다는 점에서 큰 의미가 있다”며 “미생물의 대사 효율을 더 높이고 공정을 최적화한다면, 화석 연료를 대체하고 탄소 중립 시대를 앞당기는 대안이 될 수 있을 것”이라고 말했다. 이번 연구는 UC 버클리 화공생명공학과 더글라스 클락(Douglas S. Clark) 교수, 화학과 페이동 양(Peidong Yang) 교수가 교신저자로, 김진현 교수가 제1저자로 참여했다. 연구 결과는 국제학술지 ‘생물자원기술(Bioresource Technology)’에 지난달 24일 온라인 공개됐다.

연구 2026년 01월 30일 금요일

전기차 ‘연비’ 늘리는 모터 전기강판 제조 공정 개발

전기차 배터리 용량을 키우지 않고도 주행거리를 늘릴 수 있는 길이 열렸다. 내연기관차의 연비에 해당하는 전기차 ‘전비’를 향상시킬 수 있는 철강 제조 공정이 개발됐기 때문이다. 신소재공학과 김주영·이석빈·이기석 교수팀은 전기차 모터에서 발생하는 에너지 손실을 줄일 수 있는 전기강판 열처리 공정을 개발했다. 전기차 모터에서 전기가 자동차를 움직이는 운동에너지로 바뀔 때 에너지 손실이 발생한다. 철손(Iron Loss)도 그중 하나다. 모터 안에 걸리는 자기장 방향은 1초에 수백 번 바뀌는데 이때 모터 철강판 내부의 ‘작은 자석’들이 그 속도를 미처 따라가지 못해 생기는 에너지 손실이 철손이다. 나침반에 외부 자기장인 자석을 천천히 갖다 대면 침이 잘 돌아가지만, 자석을 이리저리 빠르게 움직이면 침이 자석의 움직임을 재빨리 따라오지 못하는 것과 흡사하다. 이 철손은 모터 에너지 손실의 약 25%를 차지하는 것으로 추산되기 때문에, 철손만 잘 잡아도 같은 전기로 달릴 수 있는 주행거리인 ‘전비’를 늘릴 수 있게 된다. [연구그림] 열처리 대기 환경이 강판 시편 미세 구조 형성에 미치는 영향 분석 연구팀은 전기강판을 최종 열처리하는 공간에 질소 대신 수소를 채워 넣어 철손이 적은 전기강판을 만들어냈다. 질소 대신 수소를 채워 넣은 열처리 환경에서는 철 표면에 거칠고 두꺼운 질화물(AlN) 층이 생기지 않고, 얇고 균일한 산화막이 먼저 형성돼 자기장 변화에 대한 저항이 줄어드는 원리다. 실제 이 제조법으로 만들어진 전기강판의 히스테리시스는 기존보다 약 16% 더 낮은 것으로 나타났다. 히스테리시스는 자기장 방향이 바뀔 때 저항 같은 역할을 하는 값으로, 히스테리시스 값이 작을수록 철손이 줄어든다. 철손 자체를 약 8~10% 정도 줄일 수 있는 수준이다. 제1저자인 이소현 박사는 “최종 열처리 온도와 사용 가스를 바꿔가면서 전기강판의 피막, 거칠기, 표면부 미세 석출물과 불순물 등을 체계적으로 분석해 최적의 열처리 공정을 찾아낼 수 있었다”며 “전기차 모터에서 발생하는 철손이 생각보다 표면층에서 많이 좌우된다는 점을 실험적으로 보여준 사례”라고 설명했다. 김주영 교수는 “기존 설비를 크게 바꾸지 않고도 열처리 조건만 조정해 전기차 모터 철손을 줄일 수 있다”며 “우리나라 전기차 산업의 기술 경쟁력을 높여줄 소재 기술이 될 것”이라고 기대했다. 이번 연구는 금속공학분야 1위 학술지인 ‘재료 과학과 기술 학술지 (Journal of Materials Science & Technology)’에 온라인으로 지난달 31일 공개됐다. 연구 수행은 한국연구재단(NRF)의 중견연구사업 및 국가전략기술소재개발, InnoCORE AI-우주 태양광 사업단 등의 지원을 받아 진행됐다.

연구 2026년 01월 21일 수요일

겹겹이 쌓은 층상 소재 안에 42종 금속 입맛대로 끼워 넣는다!

겹겹이 쌓인 층상 소재 안에 원하는 금속을 쉽게 끼워 넣어 소재 성능을 전략적으로 조절할 수 있는 합성 기술이 개발됐다. 산업 현장에 꼭 필요한 맞춤형 촉매, 이차전지 소재 설계 등에 기여할 전망이다. UNIST 신소재공학과 조승호 교수팀은 에너지화학공학과 안광진 교수, 반도체소재·부품대학원 정후영 교수, 서울대학교 한정우 교수팀과 함께 층상 티타네이트(layered titanate)의 층간에 알칼리 금속부터 희토류에 이르는 총 42종의 금속 중 원하는 금속을 쉽게 삽입할 수 있는 합성 방법을 개발했다고 14일 밝혔다. 층상 티타네이트는 얇은 층이 겹겹이 쌓인 형태의 티타늄 산화물이다. 층과 층 사이의 공간에 금속 양이온을 수용할 수 있는 성질 덕분에 배터리 전극이나 촉매 지지체로 각광 받는 소재다. 하지만 기존에는 고온의 열처리와 강산을 이용한 세척 과정을 거쳐야 금속 이온을 넣을 수 있었고, 삽입 가능한 금속의 종류도 제한적이라는 한계가 있었다. [연구그림] 다양한 금속 이온을 삽입한 촉매 지지체 제조 과정과 그 성능 검증 연구팀은 수산화암모늄 용액을 이용한 새로운 합성법을 개발했다. 수산화암모늄 용액 속에 녹아 있는 티타늄 산화물의 원료 성분들이 화학반응을 통해 층상 구조로 조립되는 상향식 합성법이다. 층 안에는 수소 이온이 들어간 형태로 조립된다. 이렇게 합성된 층상 티타네이트를 삽입하고자 하는 금속 양이온이 녹아 있는 용액에 담그면, 층 사이에 미리 삽입되어 있던 수소 이온이 금속 양이온으로 쉽게 대체된다. 이 합성법은 알칼리 금속부터 희토류 금속에 이르는 총 5개 그룹 42가지 금속 원소를 삽입할 수 있을 정도로 범용성이 뛰어나며, 총 30종 이상의 금속 원소를 동시에 삽입할 수 있다. 연구팀은 개발된 합성법으로 로듐 촉매의 지지체를 만들어 상용화 가능성도 검증했다. 실험결과, 이 로듐 촉매를 플라스틱, 세제 등의 기초 원료를 합성하는 ‘프로필렌 하이드로폼일화’ 반응에 적용했을 때, 층상 티타네이트 내부에 칼륨 금속을 넣은 경우 상용화된 로듐 촉매보다 반응 효율(TOF)이 3배 이상 뛰어났다. 연구팀은 이 같은 고성능의 원인도 이론 계산을 통해 규명했다. 공동 연구팀은 “이번 연구는 단순히 새로운 소재 하나를 합성한 것이 아니라, 42종의 금속 원소를 자유자재로 활용할 수 있는 방대한 ‘라이브러리’를 구축한 기반 기술이라는 데 큰 의의가 있다”라고 설명했다. 연구팀은 이어 “실제 촉매 공정의 생산성 향상과 비용 절감에 기여할 뿐만 아니라, 이차전지나 커패시터 같은 차세대 에너지 저장 소재의 성능 개선에도 즉각적인 응용이 가능해 향후 파급효과가 매우 클 것으로 기대된다”라고 덧붙였다. 이번 연구는 UNIST 신소재공학과 김효석 연구원, 에너지화학공학과 오대원 연구원, 서울대학교 재료공학부 김미연 연구원이 제1저자로 참여하여 재료 분야의 저명 국제 학술지인 ‘어드밴스드 머터리얼즈 (Advanced Materials)’에 지난달 26일 온라인 게재됐다. 연구 수행은 UNIST와 과학기술정보통신부 한국연구재단, UNIST 이노코어 (InnoCORE) 프로그램, 산업통상자원부 한국산업기술기획평가원, 울산RISE센터, 한국기초과학지원연구원의 지원을 받아 이뤄졌다.

Research 2026년 07월 02일 목요일

New Semiconductor Device Brings Communication and AI Computing onto a Single Chip

Abstract Next-generation 6G communication systems necessitate hardware that simultaneously manages high-frequency signal routing and massive matrix-level computations under extreme constraints. However, conventional digital architectures suffer from high power dissipation and area overhead. Here, we report an oxidized molybdenum disulfide (MoS2)-based memristive platform that integrates nonvolatile radio-frequency (RF) switching and energy-efficient vector–matrix multiplication. By implementing a controlled thermal oxidation process, we achieve stable resistive switching with low switching energy and zero-static power consumption, while maintaining a high cutoff frequency of 33.2 THz, outperforming existing phase-change and microelectromechanical systems (MEMS) technologies. Using system-level simulations, we demonstrate the robustness of this hardware through successful 1024-quadrature amplitude modulation (1024-QAM) demodulation, spectral analysis, and multiple-input multiple-output (MIMO) signal reconstruction, even when accounting for intrinsic device non-idealities. This monolithic integration of high-frequency switching and analog computing provides a scalable solution for energy-efficient deployment of intelligent wireless systems. Future 6G networks and satellite communication systems will require hardware that can process growing amounts of data while operating under strict power and space constraints. Professor Myungsoo Kim and his research team from the Department of Electrical Engineering at UNIST introduced a new semiconductor device that combines high-frequency signal switching and computation on a single platform, offering a more compact and energy-efficient approach to next-generation wireless systems. At the heart of the platform is a multifunctional memristor based on oxidized molybdenum disulfide (MoS2), a two-dimensional semiconductor. The device functions as both a radio-frequency (RF) switch and hardware for in-memory matrix operations, bringing communication and computation onto a single chip. Conventional communication systems typically separate these functions, requiring signals to move between switching circuits and processors. This data movement increases power consumption, processing delays, and chip size. By integrating both functions into a single device, the new platform simplifies signal processing while improving energy efficiency. The memristor also operates without standby power. Once switched between its ON and OFF states, it retains that state even after power is removed, making it particularly well suited to energy-constrained applications such as satellite communications and future 6G infrastructure. The device demonstrated a switching energy of just 140 picojoules per operation and switching power below one milliwatt. It maintained stable operation for more than 40,000 seconds and over 1,000 switching cycles, while achieving a calculated cutoff frequency of 33.2 THz. Experimental measurements verified high-frequency switching up to 67 GHz. To evaluate its computing capability, the researchers performed system-level simulations of wireless communication tasks. The device successfully carried out 1024-quadrature amplitude modulation (1024-QAM) demodulation and multiple-input multiple-output (MIMO) signal reconstruction, demonstrating that a single hardware platform can efficiently support both communication and signal processing. "Commercial RF switches continuously consume standby power and often suffer signal loss at high frequencies," said Juhyo Son, the study's first author. "Our device addresses these limitations while remaining competitive with existing phase-change memory and MEMS technologies in energy efficiency, operating speed, and scalability." Professor Kim added, "Our study demonstrates that oxidized MoS₂ memristors can function not only as high-performance RF switches but also as hardware for the in-memory matrix operations required for next-generation wireless communications. By combining nonvolatile operation, low power consumption, and high-frequency performance, this platform could contribute to more compact and energy-efficient systems for satellite communications, radar, defense electronics, and future 6G RF front ends." The research was supported by the National Research Foundation of Korea (NRF) through the Ministry of Science and ICT (MSIT), the Institute for Information & Communications Technology Planning & Evaluation (IITP), the Space-K BIG Project, and a regional talent development program. The findings were published online in Advanced Functional Materials on June 6, 2026. Journal Reference Juho Son, Changwoo Pyo, Sungmoon Park, et al., “ Oxidized MoS2-Based Multifunctional Memristive Hardware for Energy-Efficient mmWave Signal Processing and In-Memory Matrix Multiplication ,” Adv. Funct. Mater., (2026).

Research 2026년 06월 18일 목요일

Game-Changing Interface Coating Enables Scalable, High-Efficiency Perovskite/Silicon Solar Cells

Abstract Self-assembled monolayers (SAMs) represent an effective strategy for the development of perovskite solar cells (PSCs). High-performance PSCs are typically fabricated in an inert atmosphere because ambient moisture disrupts phosphonic-acid SAMs on transparent conductive oxides, leading to surface inhomogeneity and direct exposure of the transparent conductive oxide. However, this dependence on glovebox fabrication constraints scalability and cost-effective manufacturing. Here we present a ternary self-assembled molecular contact comprising glycerol dimethacrylate and 1-acetylguanidine that serves as a process-tolerant hole-selective contact. Glycerol dimethacrylate acts as a cosolvent during SAM deposition to improve film uniformity and is subsequently transformed into a hydrophilic binary network upon mild thermal curing, firmly anchoring the SAM to the substrate, whereas 1-acetylguanidine is incorporated to further suppress interfacial defects. Wide-bandgap PSCs fabricated in ambient conditions achieve a power conversion efficiency of 21.20% (1.00 cm2), with an open-circuit voltage of 1.28 V. When implemented in monolithic perovskite/silicon tandems, cells achieve a power conversion efficiency of 31.72% (certified 31.36%) and 32.60% for fabrication in ambient and inert conditions, respectively. These findings demonstrate that our tailored hole-selective contact provides a robust and process-tolerant interfacial engineering approach for high-efficiency perovskite and tandem photovoltaics manufactured under ambient conditions. UNIST, in collaboration with King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), has developed a groundbreaking coating that unlocks large-scale, ambient-condition production of high-performance perovskite/silicon tandem solar cells. Led by Distinguished Professor Sang Il Seok of the School of Energy and Chemical Engineering and Professor Kyoung Jin Choi of the Department of Materials Science and Engineering, the team engineered a three-component interface layer that ensures uniform coverage and reduces defects during fabrication. This innovation allows the production of tandem cells outside of costly, sealed environments—an essential step toward commercialization. The resulting devices achieved a certified efficiency of 31.36%, with peak performance reaching 31.72%. Remarkably, they maintained over 92% of their initial efficiency after 600 hours in oxygen-rich, high-temperature conditions, and over 90% after 1,000 hours under continuous illumination—all without encapsulation. This technology not only delivers record efficiencies but also simplifies manufacturing, drastically reducing costs and enabling large-area production in standard environments. It paves the way for affordable, high-efficiency solar solutions that can be deployed at scale. The research team includes Gwisu Kim and Young Im Noh from UNIST, and Adi Prasetio from KAUST as first co-authors. The corresponding authors are Professors Sang Il Seok and Kyoung Jin Choi from UNIST, and Professor Stefaan De Wolf from KAUST. Contributions also came from researchers from the Chinese University of Hong Kong, Shenzhen (CUHKSZ) and Forschungszentrum Jülich GmbH (FZJ) in Germany. Professor Choi states, “Our findings align with the K-Moonshot Project, a national initiative focused on developing ultra-high-efficiency multi-junction solar cells, which brings us closer to realizing practical and affordable solar energy.” Professor Seok adds, “Demonstrating stability and high efficiency in open air indicates that the technology is ready for industrial-scale production.” Published in Nature Photonics on June 1, this breakthrough was supported by Hyundai Motor Company, the National Research Foundation of Korea (NRF), the Ministry of Science, and ICT (MSIT), the Korea Energy Technology Evaluation and Planning Agency (KETEP), and the Ministry of Trade, Industry and Energy (MOTIE). Journal Reference Gwisu Kim, Adi Prasetio, Young Im Noh, et al., “Ternary self-assembled molecular contact for ambient-processed perovskite/silicon tandem solar cells,” Nat. Photon. , (2026).

Research 2026년 06월 17일 수요일

Roll-to-Roll Manufacturing of Ruthenium-Loaded Carbon Fiber Electrodes for Efficient Hydrogen Production

Abstract Carbon fiber-based electrocatalysts offer significant advantages over conventional powder catalysts, including enhanced active site exposure, superior conductivity, faster reaction rates, lower costs, and improved stability under harsh conditions. In this study, we introduce a rapid and scalable method for spinning carbon-supported metal catalysts into their fibrous forms to achieve uniform catalyst structures that enable roll-to-roll manufacturing. We demonstrate uniform ruthenium (Ru) nanoparticle-loaded carbon fibers by spinning polyacrylonitrile (PAN)-Ru phenanthroline complexes and annealing at 1200 °C for the optimum Ru particle size distribution. We found that the interaction of the Ru complex with the nitrile (−C≡N) group of PAN enabled rheological control and ensured monodisperse Ru confinement. Our investigation of the mechanism details the microstructural evolution during carbonization and oxygen plasma treatment, showing exceptional enhancement in the performance of Ru-embedded carbon fabric electrocatalysts. Ultimately, our rheology-driven spinning protocol bridges the gap between laboratory-scale synthesis and industrial manufacturing of fabric electrocatalysts, providing a versatile platform for nanoconfinement that offers critical insights into the structural evolution of metal–polymer nanocomposites for next-generation energy applications. A research team affiliated with UNIST has introduced a scalable process to produce long-lasting, fiber-shaped electrodes for water electrolysis, paving the way for large-scale hydrogen production. Professor Han Gi Chae of the Department of Materials Science and Engineering and Professor Jong-Beom Baek of the School of Energy and Chemical Engineering collaborated with Professor Cafer T. Yavuz at King Abdullah University of Science and Technology (KAUST). Traditional electrodes rely on coating catalysts onto conductive substrates, often using binders that block active surfaces. In contrast, these new fibers act as both support and conductor, allowing water and electrolytes to flow freely and hydrogen to escape efficiently. Central to this method is the embedding of ruthenium particles within the polymer fibers, resulting in improved catalyst dispersion and durability. By mixing a viscous polymer-Ru precursor and extruding it through a nozzle, the team produced continuous fibers. When heat-treated at 1200°C, these fibers develop a uniform distribution of catalytic nanoparticles inside and on the surface, preventing clumping and ensuring consistent activity. Achieving this required precise control over the interaction between the Ru precursor and the polymer. The researchers optimized the conditions to maintain even dispersion during fiber formation. They further enhanced the surface exposure of catalytic sites through oxygen plasma treatment, significantly improving performance and stability. Testing showed that these fibers could operate continuously for more than 170 hours at a high current density of 500 mA/cm² without degradation. Their catalytic activity surpassed that of conventional platinum electrodes, highlighting their potential for practical applications. The study was primarily led by Dr. Ga-Hyeun Lee from UNIST and Professor Seok-Jin Kim from KAUST, who served as the first authors, with researcher Inkyung Baek contributing as a co-author. This research offers new insights into the microstructural evolution of metal-polymer nanocomposites and demonstrates a scalable approach to fabricating fiber electrodes for efficient hydrogen production. Professor Chae noted, “Embedding metal catalysts uniformly within carbon fibers enhances electrode stability. This technique could extend beyond water electrolysis to other catalytic systems where durability and uniform reactivity are crucial.” The research was published in ACS Nano (Impact Factor: 16.1, Cite Score: 24.2)Impact Factor: 16.1, Cite Score: 24.2) on May 7, and supported by the Ministry of Science and ICT (MSIT), the Ministry of Education (MOE), and the National Research Foundation of Korea (NRF). Journal Reference Ga-Hyeun Lee, Seok-Jin Kim, Jung-Eun Lee , et al., “Rheological Pathways to a Scalable Ruthenium Nuclei-Anchored Carbon Fiber Catalyst,” ACS Nano, (2026).

Research 2026년 06월 01일 월요일

Breakthrough Chameleon MXene Promises Advanced 6G Communication and Next-Gen Batteries

Abstract Device-level performance in MXenes is dictated by architecture—planar nanosheets are optimal for electromagnetic interference (EMI) shielding, while scrolled structures enhance ion transport for energy storage—particularly when morphology is programmed at synthesis. Whether such architectures can be deterministically encoded through precursor stoichiometry remains unresolved. Here, we demonstrate that precise carbon stoichiometry control in Ti3AlCxO2-x MAX phases tunes internal lattice strain and thereby directs the emergent MXene architecture. Carbon-rich precursors (x = 1.94) yield strain-relieved, high-crystalline nanosheets with metallic conductivity (∼23 300 S cm−1), enabling ultrathin films with record-high EMI shielding performances across 8 µm) and robust W-band retention after 5,000 bending cycles (r = 2.5 mm). In contrast, carbon-deficient precursors (x = 1.71) introduce lattice compression and oxygen substitution, triggering spontaneous scrolling upon delamination. The resulting nanoscrolls offer exceptional ion accessibility, achieving 657 F g−1 at 2 mV s−1 with 99.4% retention over 12 000 cycles. This stoichiometry-programmed approach establishes a synthesis-stage lever linking MAX chemistry to MXene architecture and function, enabling application-specific architecture design within established MAX/MXene synthesis and solution-processing workflows for next-generation electronics and energy storage. Researchers at UNIST have discovered a simple way to control MXene's structure by adjusting the carbon content in its precursor. This breakthrough enables the creation of tailored MXene materials optimized for high-frequency electromagnetic interference (EMI) shielding and rapid energy storage. MXene, a two-dimensional material composed of metal and carbon layers, is celebrated for its excellent electrical conductivity and adaptability. Its potential spans batteries, sensors, and flexible electronics. With the rise of 6G technology and advanced radar systems, shielding devices against high-frequency interference has become critical. At the same time, the demand for quick, reliable energy storage continues to grow. Led by Professor Soon-Yong Kwon from the Graduate School of Semiconductor Materials and Devices Engineering and Professor EunMi Choi from the Department of Electrical Engineering, the team showed that changing the carbon content in MAX precursors influences how MXene forms during synthesis. This control method results in two distinctly different structures. When using carbon-rich precursors, the process yields flat, highly crystalline nanosheets that exhibit excellent electrical conductivity, effective electromagnetic shielding at 100 GHz, and maintain flexibility and durability under repeated bending. Conversely, employing carbon-deficient precursors induces the spontaneous formation of nanoscrolls, which significantly enhance ion transport. These nanoscroll structures enable high-capacity energy storage, achieving a capacitance of 657 F/g and a cycle life exceeding 12,000 cycles. This work confirms that simple adjustments to precursor composition can produce MXene structures tailored for specific applications—flat sheets for shielding and scrolls for energy storage—within a streamlined process. First author Jaeeun Park explains, “We showed that flat MXene sheets are ideal for electromagnetic shielding, while scroll structures are better suited for energy storage. By controlling the precursor, we can design the material for different functions without changing the synthesis method.” Professor Kwon adds, "Last year, we enhanced MXene's conductivity and broadband shielding through nitrogen doping. Now, we've demonstrated how to design the material's shape from the start. The ultra-thin, flexible MXene performs well at 100 GHz and withstands bending, making it a promising lightweight, flexible shield for future 6G and radar systems." Supported by the Ministry of Science and ICT (MSIT) and the National Research Foundation of Korea (NRF), the study was published in Advanced Materials on May 18, 2026. Journal Reference Jaeeun Park, Ju-Hyoung Han, Yujin Chae, et al ., “Stoichiometry-Programmed MXenes via Precursor Engineering for High-Performance EMI Shielding and Energy Storage,” Adv. Mater ., (2026).

Research 2026년 05월 27일 수요일

New Research Reveals High-Performance Organic Solar Cells Surpassing AI Predictions

Abstract Descriptor-based artificial intelligence (AI) has emerged as a paradigm for molecular design in organic solar cells (OSCs); However, it inherently overlooks collective effects governed by bond hybridization, intermolecular coupling, and aggregation thermodynamics. Such effects are encoded at the solution stage, where pre-aggregation of photoactive materials dictates nucleation pathways, phase separation, and molecular ordering during film formation. Herein, we introduce a YBOV non-fullerene acceptor featuring sp2-hybridized branched side chains that exhibit an unprecedentedly strong solution-state pre-aggregation propensity. This behavior translates into highly ordered solid films with a densely packed crystalline microstructure, enabled by a thermodynamically stabilized core–terminal dimer. As a result, incorporation of YBOV into OSCs not only outperforms the benchmark L8-BO-based device, but also confers an effective nucleation seeding-agent function across diverse host OSC platforms, delivering efficiencies of up to 19.67% via green-solvent processing by alleviating the intrinsic current–voltage trade-off. Machine-learning predictions largely match experimental photovoltaic parameters with a slight upward bias, except for open-circuit voltage, which exhibits anomalous behavior driven by pre-aggregation–driven seeding effects beyond descriptor-based AI. This work establishes sp2-hybridized branched side chains as a new molecular design principle, introducing pre-aggregation-enabled seeding effects beyond AI prediction and providing a universal strategy for high-performance OSCs. Researchers from UNIST and Sungkyunkwan University have created a new type of organic solar cell (OSC) that outperforms existing predictions and highlights a hidden factor in device performance. The secret lies in how molecules clump together in solution—a phenomenon that traditional AI models overlook. Professor Changduk Yang from the School of Energy and Chemical Engineering, in collaboration with Professor Doo-Hyun Ko from Sungkyunkwan University, reported a new OSC with a power conversion efficiency (PEC) of 19.67% through a clean, environmentally friendly process. OSCs are lightweight, flexible, and capable of covering large surfaces. They can be integrated into building facades, windows, and wearable devices. The manufacturing process involves dissolving organic materials in solvents and coating them onto substrates—an approach that's simple and scalable. The researchers designed a new molecule, named YBOV, with branched side chains that promote strong pre-aggregation in solution. This aggregation acts like a seed during film formation, guiding molecules to pack more orderly. The result is a crystalline, densely packed active layer that improves charge flow and boosts efficiency. Notably, devices made with YBOV achieved high performance even when produced with eco-friendly ortho-xylene solvent, avoiding toxic chlorinated options. YBOV also proved versatile. When added to different donor materials or used as an acceptor in various blends, it consistently increased device efficiency. Its aggregation behavior enhances performance across a range of formulations. However, this clustering effect escapes prediction by standard AI models. When trained on 750 device measurements, the models underestimated the open-circuit voltage for YBOV-based cells. This shows that AI, which predicts based on molecular structure alone, cannot fully capture the collective behaviors that influence real-world performance. “Our work introduces a new design principle,” said the research team. “It considers how molecules behave in solution—something AI cannot currently predict. Combining this insight with eco-friendly processing opens new paths for commercializing high-performance, sustainable organic solar cells.” Supported by the National Research Foundation of Korea (NRF) and the InnoCore program of the Ministry of Science and ICT (MSIT), the study involved Seokhwan Jeong, Donghoo Won, and Zhe Sun from UNIST who contributed equally. The findings of this research were published in Advanced Energy Materials on April 20, 2026. Journal Reference Seokhwan Jeong, Donghoo Won, Zhe Sun, et al ., “Beyond Descriptor-Based AI Design: Sp2-Hybridized Branched Side Chains Enable Pre-Aggregation–Driven Seeding Effects in Green-Solvent-Processed Organic Solar Cells,” Adv. Energy Mater., (2026).

Research 2026년 05월 26일 화요일

New Study Unveils Water-Responsive Luminescent Material

Abstract Hydrogel-based photonic systems integrating luminescent emitters offer promise as soft, reconfigurable optical platforms, yet most designs lack internal optical engineering to control light propagation and confinement. Here, we present a lithographically programmable soft-photonic platform in which upconversion nanocrystals (UCNs) encapsulated within fluorocarbon nanoemulsion droplets are embedded in a poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) hydrogel microdome. Upon drying, strong refractive index contrast between the PEGDA matrix and fluorocarbon droplets creates a cooperative optical microenvironment that structures the near-infrared (NIR) excitation beam into a speckle-like field with localized hot spots while extending the photon dwell time within the microdome via internal reflection-based waveguiding. These effects yield a fully reversible, greater than sevenfold enhancement of upconversion luminescence—well beyond simple concentration or mechanical densification. This optical gain originates from multiple-scattering-assisted speckle excitation activated only in the contracted microdome state. Because UCNs are pumped by invisible NIR speckle illumination that rapidly varies in 3D across the microdome height, the incoherent sum of the photoluminescence manifests as a homogeneous filter-free visible brightness increase. The hydrogel microdomes, fabricated via a customized digital micromirror device (DMD)-based microlithography, enable high-resolution patterning of moisture-responsive displays, multicolor emission motifs, and reversible QR-code encryption, establishing a scalable route toward speckle-engineered soft photonic systems.' Researchers at UNIST have created a new material that dims when it absorbs moisture. This innovation could lead to water-sensitive security features, humidity sensors, and environmental-reactive displays. Led by Professor Jiseok Lee from the School of Energy and Chemical Engineering and Professor Jung-Hoon Park from the Department of Biomedical Engineering, the team developed a hydrogel with embedded upconversion nanocrystals (UCNs). When dry, the material glows more than seven times brighter than when wet. The core design involves oil droplets trapped inside a hydrogel dome. When near-infrared (NIR) light hits the nanocrystals, they emit visible light. In this structure, scattering within the oil droplets traps the light, boosting brightness. When the hydrogel absorbs water, its internal scattering drops, and the glow fades. The team demonstrated how this material can hide and reveal information. In one test, a hidden pattern beneath the hydrogel becomes visible only when water is applied, as the glow weakens. They also created QR codes that are scannable when dry but vanish when wet, making them useful for anti-counterfeiting. Durability stood out. The material retained consistent brightness over 100 wet-dry cycles, with less than 4% variation. It responds rapidly—within 0.1 seconds—fading visibly in seconds after contact with water. Lead author Chaeyeong Ryu said, “We improved brightness by designing the light pathways inside the hydrogel, without changing the nanocrystals. This makes the material ideal for moisture-triggered devices.” Professor Lee added, “The ability to program the color and pattern of the hydrogel microdome, combined with simple manufacturing, opens new paths for security, sensors, and displays across industries.” The findings of this research have been published in Advanced Functional Materials on April 20, 2026. This work was supported by the National Research Foundation of Korea (NRF) and the Ministry of Science and ICT (MSIT). Journal Reference Chaeyeong Ryu, Byungcheon Yoo, Seunghun Lee, et al ., “Speckle-Engineered Upconversion Amplification in Nanoemulsion-Templated Hydrogel Microdomes,” Adv. Funct. Mater. , (2026).

Research 2026년 05월 18일 월요일

Ultra-Sensitive Wearable MXene Sensor for Real-Time Human-Machine Interfaces

Abstract In the era of autonomous systems and multifunctional devices, sensors serve as vital sensory components in our Internet of Things and technologically advanced society. At the end of the synthetic 2D nanomaterials research, MXenes are not just chemicals but materials, depending on how they are synthesized for targeted applications, such as dual-functional temperature and pressure-sensitive wearable sensing. The current findings introduce the potential strategic role of nitrogen atoms to the Ti-Carbonitride (Ti3CNTz) structure in a controlled compositional stoichiometry of Ti3C1.8N0.2Tz, Ti3C1.5N0.5Tz, Ti3CNTz, Ti3C2Tx to deliver an ultrahigh sensitivity (300%–400% temperature & pressure sensitivity enhancement) and durability in real-time human-machine sensing interface applications. These recorded outstanding dual-sensing performance outplays many other MXene stoichiometries, graphene-related 2D nanomaterials, and their associated composites. Synchrotron radiation-based We provide valuable insights for developing advanced sensing materials, emphasizing the need to investigate the fundamental mechanisms that control the interactions among layered 2D MXene materials and the sensing device functions that bridge human and machine interfaces. A research team, affiliated with UNIST, has unveiled a groundbreaking wearable sensor material, capable of detecting body temperature, coughing, swallowing, and other subtle physiological signals when applied to the skin. Led by Professors Soo-Hyun Kim and Soon-Yong Kwon from the Graduate School of Semiconductor Materials and Devices Engineering, the team developed a novel titanium carbonitride-based MXene (Ti3CNTz) with unparalleled sensitivity to both temperature and pressure. This innovation achieves over three times the temperature sensitivity and more than four times the pressure sensitivity of conventional MXenes, enabling precise detection of minute biological cues. This advanced material, Ti3CNTz, benefits from carefully optimized nitrogen content, which enhances electrical conductivity and lattice vibrational responses. Its unique structure not only boosts sensitivity but also enhances mechanical durability, as validated through both theoretical and experimental analysis. In practical applications, sensors made from this MXene accurately distinguish subtle vocal cord vibrations, blinking, pulse waves, and gait patterns—all without direct contact. Remarkably, they can even detect temperature changes from a short distance, such as infrared heat emitted by a smartphone flash. Professor Kim highlights that this multifunctional sensor represents a transformative development in next-generation human-machine interfaces and electronic skin. Its versatility paves the way for numerous applications in healthcare, energy storage, catalysis, and electromagnetic shielding. Professor Debananda Mohapatra, the first author of the study, emphasized that this 2D MXene advancement sets a new benchmark in intelligent sensing, enabling next-generation sensing devices to bridge human–machine interfaces with exceptional sensitivity and scalability. Also said, this work serves as a stepping stone for the vast 2D MXene family of nanomaterials, accelerating applications across healthcare, AI robotics, and smart wearables. Published in Advanced Functional Materials , this research was supported by the National Research Foundation of Korea (NRF) and the InnoCORE program of the Ministry of Science and ICT. Journal Reference Debananda Mohapatra, Ju-Hyoung Han, Hyun Jin Kang, et al ., “Anomalous Pressure-Temperature Ultrahigh Sensitivities in Atomically Engineered Carbonitride MXenes for Multifunctional Wearable Human–Machine Interfaces: Joint Computational–Experimental Elucidations,” Adv. Funct. Mater., (2026).

Research 2026년 05월 15일 금요일

New Study Unveils High-Performance Dye-Sensitized Electrode for Artificial Photosynthesis

Abstract Dye-sensitized photoelectrochemical cells hold promise for artificial photosynthesis but face challenges such as low photocurrents and limited stability. To address these limitations, a cascade-type dye-sensitized photoelectrode is developed by encapsulating a dye-sensitized TiO2 layer and redox mediator within platinum-sputtered nickel foil. This buried-junction design enables spatially controlled cascade charge transfer, featuring effective photoconversion and Ni-catalyzed water oxidation, while suppressing undesirable recombination current leakage. Through a comprehensive study involving the selection of redox mediators and water oxidation catalysts, the best-performing photoelectrode for water splitting achieves a photocurrent of 14.0 mA cm−2 at 0.72 V vs. reversible hydrogen electrode (RHE), a Faradaic efficiency of 98%, and photostability of 30 hours. Moreover, the versatility of our design extends to bias-free H2O2 production, achieving a photocurrent density of 7.83 mA cm−2, a Faradaic efficiency of 92.2%, and a record-high solar-to-fuel efficiency of 4.15% (2.13 µmol min−1 cm−2), with photostability of 150 hours. A research team at UNIST has introduced an innovative dye-sensitized electrode that marks a significant leap in artificial photosynthesis technology. Demonstrating exceptional efficiency and durability, the system can produce hydrogen peroxide solely using sunlight—bringing us closer to sustainable chemical manufacturing. Led by Professor Tae-Hyuk Kwon from the Department of Chemistry and Professor Ji-Wook Jang from the School of Energy and Chemical Engineering, the team developed an electrode that mimics natural electron-transfer processes in plants. The device features an organic dye layer combined with a redox mediator, encapsulated within a nickel foil structure. This configuration facilitates a cascade-like, stepwise electron transfer—from the dye to the mediator, then to the nickel substrate, and ultimately to the catalyst—minimizing charge loss and enhancing stability. Unlike conventional designs with dyes exposed directly to electrolytes, this architecture prevents degradation and significantly prolongs operational lifespan. The electrode achieved a Faradaic efficiency of 98% in water splitting and demonstrated stable performance over 150 hours. When used for sunlight-driven hydrogen peroxide production, it attained a solar-to-fuel efficiency of 4.15%, setting a new global record without requiring external voltage. “By optimizing the electrode interface, we were able to enhance efficiency and durability simultaneously,” explained Professor Kwon. “This environmentally friendly system paves the way for sustainable production of valuable chemicals using solar energy.” According to the research team, this breakthrough addresses core challenges in artificial photosynthesis—namely, efficiency, stability, and environmental safety—paving the path toward scalable, renewable fuel and chemical production. Its simplicity and eco-friendly design hold great promise for future applications in green chemistry and renewable energy. This research was participated by researchers Jun-Hyeok Park, Kyounglim Kim, and Jinyoung Lee as the first co-authors. The findings of this research have been published in Advanced Functional Materials on April 13, 2026. Journal Reference Jun-Hyeok Park, Kyounglim Kim, Jinyoung Lee, et al., "Bias-Free Highly Efficient and Stable Dye-Sensitized Photoelectrochemical Cells via Cascade Charge Transfer," Adv. Funct. Mater., (2026).

Research 2026년 05월 15일 금요일

New Electrode Converts CO2 into Chemicals While Generating Electricity

Abstract Heterogeneous catalysts comprising metal nanoparticles (NPs) on oxide supports are widely employed in high-temperature electrochemical devices such as solid oxide cells (SOCs). Unfortunately, these catalysts frequently exhibit structural instability at metal-oxide interfaces due to lattice mismatch, resulting in diminished catalytic activity and overall performance degradation over time. This work introduces an unprecedented approach of synthesizing intermetallic supports with metal-metal junctions by utilizing layered double hydroxide (LDH) structures. The LDH-derived framework undergoes controlled phase transitions, yielding an intermetallic structure decorated with exsolved Co─Fe alloy nanoparticles under reducing conditions, which would be the key for effectively mitigating the interfacial strain. This engineered electrode demonstrates exceptional electrocatalytic activity toward fuel oxidation reaction at high temperature regimes above 700°C. Furthermore, composite formation with oxygen ion conductive Gd0.1Ce0.9O2-δ (GDC) simultaneously augments electrochemical performance and structural stability, achieving a peak power density of 1.57 W cm−2 at 800°C under H2 fuel, while maintaining stable operation under SOC operations. This work hence presents an innovative strategy for designing structurally robust, efficient, and durable metal-metal junctions, thereby advancing the fields of high-temperature electrochemistry and catalysis. A research team affiliated with UNIST has unveiled a novel electrode material that significantly enhances the performance and stability of high-temperature electrochemical devices capable of converting carbon dioxide (CO2) into valuable chemicals while simultaneously generating electricity. Led by Professor Seungho Cho of the Department of Materials Science and Engineering at UNIST, the team collaborated with researchers from POSTECH, Seoul National University, and Nanjing University of Information Science and Technology (NUIST) to develop a metal-supported solid oxide cell (SOC) electrode utilizing layered double hydroxides (LDHs). This innovative design sustains high efficiency at temperatures exceeding 700°C, effectively addressing longstanding stability challenges associated with conventional ceramic-supported electrodes. The new electrode achieved a maximum power density of 1.57 W/cm² at 800°C—approximately 50% higher than existing solutions—and demonstrated stable operation over 200 hours during CO2 reduction to carbon monoxide. Its all-metal construction ensures resilience against thermal degradation, a common obstacle in high-temperature applications. This breakthrough leverages the distinctive properties of LDHs, layered materials containing uniformly dispersed cobalt and iron ions. Through controlled thermal processing, the researchers induced phase transformations that facilitate the formation of metal-metal junctions and promote the exsolution of catalytic nanoparticles. These processes effectively alleviate interfacial strain and significantly enhance durability. In addition, the incorporation of gadolinium-doped ceria (GDC) further optimized oxygen ion transport, thereby improving overall electrochemical performance. The research team noted, “Reducing electrode replacement lowers operational costs and accelerates the deployment of clean energy technologies. Our approach offers a versatile pathway toward sustainable fuel and chemical production from CO2.” They further stated, "This study pioneers the high-temperature application of layered double hydroxides in solid oxide electrodes—an advancement with far-reaching implications for energy efficiency and environmental sustainability." Contributing researchers include Hyunmin Kim (currently at Stanford University), Yoon Seo Kim (currently at Korea Institute of Science and Technology), and Hwakyoung Seo from Seoul National University, as first authors. The findings were published in Advanced Functional Materials on April 16, 2026. This research was supported by the InnoCORE program of UNIST and the National Research Foundation of Korea (NRF). Journal Reference Hyunmin Kim, Zhengyu Wu, Yoon Seo Kim, et al., "Engineering Metal-Metal Junctions from Layered Double Hydroxide Frameworks for High-Rate Solid Oxide Cells," Adv. Funct. Mater., (2026).

Research 2026년 05월 12일 화요일

Ultrafast 3D Microfabrication Technology Produces Complex Structures in Just 60 Seconds

Abstract Despite the advantages of additive manufacturing (AM) in creating customized 3D shapes, conventional layer-by-layer approaches are limited by low production rates, restricting their broader applications. Volumetric additive manufacturing (VAM) has emerged as a promising technique, enabling the simultaneous photopolymerization of entire volumes, which significantly reduces fabrication time. However, current computed axial lithography requires manual operations per print cycle, such as loading resin into a vial, physically placing and aligning the vial (with or without an index-matching medium), and removing the printed object, limiting continuous, high-throughput production of multiple parts. Here, we propose a dispensing volumetric additive manufacturing (DVAM) method that prints and dispenses each part within a droplet in less than a minute. The printing process occurs within a single droplet dispensed from a glass pipette, enabling simultaneous printed object removal and resin replenishment in a second. Light pattern distortion caused by the absence of the index-matching fluid was corrected through real-time droplet profile estimation and inverse ray-tracing within the optical system. We demonstrate rapid serial VAM of 10 different objects within 10 min. This approach establishes a practical pathway toward scalable, high-throughput volumetric manufacturing, enabling rapid production of complex 3D structures without the operational bottlenecks of conventional VAM workflows. A research team affiliated with UNIST has achieved a major breakthrough in 3D microfabrication, enabling the rapid production of intricate 3D structures within a single minute. The new technology promises to significantly accelerate manufacturing processes in fields, ranging from biomedical devices to microelectronics. Led by Professor Im Doo Jung from the Department of Mechanical Engineering at UNIST, the research team developed a cutting-edge dispensing volumetric additive manufacturing (DVAM) system.The new approach moves beyond traditional layer-by-layer methods, allowing for the swift, continuous fabrication of diverse three-dimensional shapes within a matter of minutes by employing a volumetric printing process. DVAM utilizes a fine resin droplet dispensed from a glass pipette as the entire build volume. Light is projected onto the droplet to cure the desired shape in real-time. Once a structure is solidified, compressed air expels the finished object, and a new droplet is immediately dispensed for the next cycle. This seamless process enables high-speed, continuous production without the need for post-processing or layer-by-layer assembly. Unlike conventional volumetric printing methods—such as Computed Axial Lithography (CAL)—which require filling a resin container, matching refractive indices with immersion fluids, and manually removing finished parts, the UNIST team’s approach eliminates these constraints. By performing printing within a single resin droplet that acts as the entire volume, they achieve rapid, uninterrupted manufacturing. One of the main challenges was optical distortion caused by the droplet’s curved surface. To overcome this, the researchers integrated artificial intelligence with inverse ray-tracing optical calculations. A deep learning-based AI accurately detects the droplet’s profile in real-time, enabling the system to mathematically correct for distortions and project precise light patterns for uniform curing. This advanced system successfully produced intricate structures, such as the Eiffel Tower and The Thinker, within just 10 minutes—demonstrating the ability to fabricate ten different objects with an average time of around 60 seconds each. Hongryung Jeon, the first author of the study, explained, “Unlike traditional 3D printing that builds objects layer by layer, our method cures the entire volume at once and continuously dispenses resin without additional post-processing, increasing speed by over 100 times. This opens up exciting possibilities for large-scale, rapid production of micro-scale components.” Professor Jung, the corresponding author, emphasized, “Speed has long been a limiting factor in 3D printing, especially for customized manufacturing. By moving away from conventional photopolymerization and employing artificial intelligence to compensate for optical distortions, we have significantly advanced the potential of ultrafast volumetric fabrication. Now, complex shapes can be produced in seconds—eliminating long wait times.” The findings of this research have been published online in Advanced Functional Materials (Impact Factor: 19.0, top 5% in JCR) on March 21, 2026. The project was supported by the National Research Foundation of Korea (NRF), the Ministry of Science and ICT (MSIT), the Institute for Information & communications Technology Planning & Evaluation (IITP), and the Ministry of Trade, Industry & Energy (MOTIE). Journal Reference Hongryung Jeon, Yunsoo Lee, Seobin Park, et al., "Dispensing Volumetric Additive Manufacturing," Adv. Funct. Mater., (2026).

Research 2026년 05월 11일 월요일

New AI Algorithm to Enhance Accuracy of Thermal and Stress Predictions in Semiconductors

Abstract PDE surrogate models such as FNO and PINN struggle to predict solutions across inputs with diverse physical units and scales, limiting their out-of-distribution (OOD) generalization. We propose a π-invariant test-time projection that aligns test inputs with the training distribution by solving a log-space least squares problem that preserves Buckingham π-invariants. For PDEs with multidimensional spatial fields, we use geometric representative π-values to compute distances and project inputs, overcoming degeneracy and singular points that limit prior π methods. To accelerate projection, we cluster the training set into K clusters, reducing the complexity from O(MN) to O(KN) for the M training and N test samples. Across wide input scale ranges, tests on 2D thermal conduction and linear elasticity achieve MAE reduction of up to ≈91% with minimal overhead. This training-free, model-agnostic method is expected to apply to more diverse PDE-based simulations. A research team affiliated with UNIST has introduced a novel AI-based algorithm that enhances the accuracy of thermal and mechanical predictions across various scales, from microchips to large pipelines. Led by Professor Changwook Jeong from the Graduate School of Semiconductor Materials and Devices Engineering, their π-invariant test-time projection method realigns input data to conform with physical laws, addressing a crucial challenge in AI modeling—accurate predictions when faced with unfamiliar or out-of-distribution data. The algorithm identifies the most physically similar data within existing training sets based on a dimensionless ratio derived from Buckingham's π theorem. It then transforms new inputs into familiar, physically consistent forms without retraining the model, operating in log space to preserve physical ratios. This approach is computationally efficient, reducing processing costs by approximately 99% compared to traditional methods. Applied to 2D thermal conduction and linear elasticity problems, the technique achieved up to a 91% reduction in prediction error, even under conditions outside the original training range. It also demonstrated promising results in fluid dynamics, improving the accuracy of Navier–Stokes equation predictions in complex scenarios. This advancement is expected to accelerate and economize simulations in semiconductor design, packaging reliability, battery management, and structural safety analysis—fields where varying sizes and conditions demand both precision and efficiency. The study has been supported by the National Research Foundation of Korea (NRF) and the Institute of Information & Communications Technology Planning & Evaluation (IITP). Journal Reference Seokki Lee, Min-Chul Park, Giyong Hong, and Changwook Jeong, "Buckingham π-Invariant Test‑Time Projection for Robust PDE Surrogate Modeling," ICLR 2026 .

Research 2026년 04월 23일 목요일

UNIST Unveils Smart Contact Lens with Meniscus Pixel Printing for Vision-Based Robotic Control

Abstract Contact lenses are emerging as strong candidates for next-generation extended reality (XR) interfaces due to their lightweight and ergonomic form factor. However, integrating photodetector arrays onto the limited area of a lens remains challenging with conventional micropatterning approaches, which rely on masks, multistep processes, and specialized equipment that inherently limit throughput and scalability. To address these constraints, we introduce a Meniscus Pixel Printing (MPP) strategy that enables rapid, mask-free patterning of MAPbI3 perovskite photodetectors without costly or complex fabrication tools. MPP uses a self-confined meniscus at a pipette tip to deterministically transfer perovskite ink, enabling 200 µm pixels to be printed within 1 s per pixel. In addition to planar substrates, MPP demonstrates stable pixel patterning on curved surfaces, highlighting its geometric adaptability and process versatility. Using this approach, we fabricate a 10 × 10 perovskite photodetector array and demonstrate stable photoresponse, retaining 92% of its initial performance after two months of storage. To overcome limited pixel density, a deep-learning-based super-resolution (SR) model reconstructs 10 × 10 inputs into 80 × 80 optical information with 97.2% accuracy and 0.03 s latency. Additionally, an AI-based eye-tracking system recognizes nine eye gestures with 99.3% accuracy, enabling smooth hands-free robotic arm control. A research team, led by Professor Im Doo Jung from the Department of Mechanical Engineering at UNIST, has developed a groundbreaking smart contact lens that enables users to control robots through eye movements. This innovative device combines embedded optical sensors with AI-based signal processing, offering a lightweight, intuitive human-machine interface with vast potential across industries. The lens incorporates a 10×10 array of light sensors capable of detecting subtle changes in light distribution caused by eye movements, including gaze direction and blinks. These signals are transmitted to control external robotic systems, as demonstrated with a robotic arm. Notably, the team employed a novel Meniscus Pixel Printing (MPP) technique to directly print sensors onto the curved lens surface without masks or complex fabrication steps, ensuring high precision and customizability. In addition to robotic control, the system demonstrates vision sensing capabilities by reconstructing optical information. To address the limited signal resolution inherent to micro-scale devices, the researchers applied deep-learning-based super-resolution algorithms, reconstructing high-fidelity signals equivalent to an 80x80 sensor array in just 0.03 seconds. This enables real-time, accurate control based solely on eye movements, achieving recognition accuracies of up to 99.3% under experimental conditions. This technology marks a significant advancement in ultra-compact human-machine interfaces, enabling precise, hands-free control of electronic devices. Potential applications include remote robotic operation, medical assistive devices, exploration in hazardous environments, defense systems, and smart mobility. Published in the March 2026 issue of Advanced Functional Materials (Impact Factor: 19.0, JCR Top 5%)—a top-tier journal in materials science—the research was selected as the Front Cover of the latest issue. The study received support from the National Research Foundation of Korea (NRF), the Ministry of Science and ICT (MSIT), the Institute of Information & Communications Technology Planning & Evaluation (IITP), and the Ministry of Trade, Industry, and Energy (MOTIE). Journal Reference Byung-Hoon Gong, Dohyean Kim, Jiyun Jeong, et al ., “Meniscus Pixel Printing for Contact-Lens Vision Sensing and Robotic Control,” Adv. Funct. Mater. , (2026).

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