2D 구조의 그래핀은 높은 전기전도성, 열전도성, 강도 등 소재가 지닌 다양한 특성에 의해 기능성 부여를 위한 섬유 소재 연구가 활발히 이루어지고 있음. 그래핀 섬유는 필름 변환, 전기 영동, 건식 방사 및 습식 방사에 의해 제조될 수 있으나 이 중 액정성을 이용한 습식 방사에 의해 제조되는 그래핀 옥사이드 (GO) 기반 섬유의 경우 제조 방법이 간단하며 대량으로 제조 가능함. 섬유가 방사되는 조건, 소재 전구체의 조성, 소재의 표면 처리 등에 따라 소재의 특성이 달라지며 이를 이용한 고강도, 고전기전도성, 고유연성 섬유 등 부여되는 기능성이 조절 가능하여 섬유 특성 변화를 관찰하고 이를 통한 고기능성 그래핀 섬유 소재를 개발하고자 함,

현재는 기능성 전자 소자의 소형화, 휴대성이 중요하게 여겨지는 발전 방향이 정해짐에 따라 웨어러블 전자 소자의 개발이 시급함. 아연-공기전지(Zinc–air battery)는 리튬 이온 전지보다 폭발 위험성이 적고 에너지 밀도는 훨씬 높으며 공기를 이용하여 전기를 생성하므로 웨어러블 소자에 적용 시 많은 이점들을 지니고 있음. 유연성, 신축성 전지 개발을 위해서는 고분자 전해질 및 고성능 전극(촉매, 전기전도성 소재) 연구가 필수적이며 이를 해결하기 위한 고이온전도성 고분자 및 전극 소재를 개발하고자 함.

폰 노이만 아키텍쳐 기반의 메모리와 연산을 분리한 프로세서는 오늘날 모든 컴퓨터 설계의 근간으로 발전해왔지만 최근 4차 산업혁명의 도래와 함께 인공지능, 자율주행, 빅데이터 및 사물인터넷 등의 발전으로 늘어난 실시간 데이터 처리 속도의 요구에 대응하기 위한 미세화 및 집적화는 한계에 다다르고 있고, 복잡한 연산을 수행하기 위해서는 수 MW의 높은 전력 소모가 필요함. 이온 기반 차세대 반도체 소자는 이온의 연결성을 이용한 저항 변화로 메모리 소자에서 연산 기능을 수행할 수 있음. 본 센터의 연구진에 의해 개발된 Li를 기반의 이온 기반 차세대 반도체 소자는 70 pJ의 매우 낮은 전력 소비로 인간의 단기기억과 장기기억을 모방하는 전기적 특성을 구현하였음. Li은 고분자 전해질층에서 높은 이온이동도를 가지고 있기 때문에 1 V의 전압에서 1 μs의 빠른 응답성을 가짐. Li이온의 정교한 제어를 통한 저전력 및 선형적 컨덕턴스 특성의 차세대 반도체 소자에 대한 연구가 진행 중.

리튬이온배터리의 음극소재로서 실리콘은 높은 이론용량 (4200 mAh/g)을 가지고 있어 현재 상용화된 흑연 기반 음극을 대체할 주요 소재로 기대되고 있음. 하지만 리튬이온전지의 음극재로 사용할 경우 400%의 부피 팽창으로 인해 안정적인 충/방전 거동이 불가능함. 한편, 심각한 환경파괴를 야기하는 산업/생활폐기물의 재활용 방안이 필요한 실정임. 따라서, 산업/생활폐기물이 가지고 있는 환경적 문제들을 해결할 고부가가치 소재 전환 및 자원순환 공정 시스템이 필요한 실점임. 앞서 언급한 전지와 환경문제를 동시에 해결할 방법으로서 산업폐기물인 실리콘오일(silicone oil), 생활폐기물인 왕겨(rice husks), 국내 4대강의 녹조를 야기하는 남조류 오실라토리아를 활용하여 저렴하고 친환경적인 소재를 개발하고자 함. 또한, 실리콘의 부피 팽창을 방지하기 위해 왕겨로부터 추출한 실리콘을 실리콘오일과 미세조류로부터 합성된 실리콘옥시카바이드로 코팅하여 실리콘의 부피팽창을 막을 수 있는 고부가가치 소재를 개발하고자 함.

전기자동차의 보급이 확대되며, 중대형 리튬이차전지는 높은 에너지 밀도 뿐만 아니라 급속 충전 기술의 확보가 시급한 상황임. 이를 보완하기 위해 개발되는 차세대 전지인 리튬금속전지는 음극의 리튬금속으로 인해 높은 에너지 밀도의 달성이 가능하지만 기존 흑연과는 충/방전 원리가 다르기 때문에 음극과 전해질 계면에 대한 새로운 제어기술이 필요함. 본 연구에서는 상업화 관점에서 기존 공정을 그대로 사용하며, 분리막에 기능성을 부여하는 효율적인 공정 및 원천기술을 확보하고자 함.

복사냉각은 우주로부터 대기를 통과하는 태양의 복사를 반사 혹은 투과 시켜 냉각소재가 자외선-가시광선 영역의 에너지를 받지 않음과 동시에, 소재 스스로가 내뿜는 원적외선 중 Atmospheric Transparency Window영역(8-13㎛)의 적외선을 우주의 절대온도로 에너지를 복사형태로 전달하면서 에너지 소실로 인해 나타나는 상대적인 냉각임. 대표적인 자연현상으로 가을의 일교차가 있음. 자외선-가시광선 영역에서 산란을 일으키는 패턴이나 구조를 통해서 반사를 크게 하면서 ATW 영역의 선택적 방사가 가능한 소재를 사용하면 그 효과가 극대화될 것이며, 이러한 냉각효과를 통해 방열, 열전효과를 이용한 발전등의 여러 분야에 적용시킬 목적으로 연구를 함.

0.1~10 THz 사이의 주파수로 정의되는 테라헤르츠대역은 기존 주파수 대비 광대역 무선통신 및 초고속 데이터 통신이 가능한 장점이 있음. 테라헤르츠관련 전자기파 이론 기반 전산모사기법을 활용하여 고주파수(테라헤르츠)대역 전자파 필터링 및 차폐에 관한 연구를 진행하고 있음

국제핵융합실험로인 ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor)는 중수소-삼중수소 반응에 의해 중수소를 생산함. 핵융합 반응을 지속시키기 위해서는 삼중수소를 재생산해야 하며. 증식블랑켓시험모듈인 TBM (Test Blanket Module)에서 1n(6Li,4He)3T 반응에 의해 재생산함. 따라서, 증식블랑켓시험모듈 구조재료는 수소동위원소 취화, 중성자 조사에 노출되어 있으므로, 이에 대한 건정성 평가와 수소동위원소 투과방지막의 개발이 필요함. 몬테카를로 수송해석 및 열해석을 통해 중성자 조사결함 평가 및 구조재료를 선정할 수 있고, RF 스퍼터링을 통해 제작한 시험시편의 중성자조사실험 및 수소동위원소 투과도 측정을 통해 건전성을 평가하고자 함.

수증기가 표면에서 얼고 성장하는 과정은 자연 환경과 기술 응용의 다양한 분야에서 관심을 끌고 있습니다. 수증기의 결빙과 그 후 표면에서의 성장은 복잡한 물리적 및 화학적 과정을 포함합니다. 이 분야의 도전과제를 다루는 것은 물리학, 화학, 재료 과학, 기상학 및 환경 과학에 걸친 학제 간 연구를 포함합니다.

나노 공간에 제한된 물이란 나노재료의 기공, 재료의 층 사이, 또는 생물학적 구조 내부와 같이 나노스케일 치수 내에 제한되거나 포함된 물을 말합니다. 이러한 나노스케일에서의 제한은 물의 물리적 및 화학적 성질을 크게 변화시켜 대량의 물에서는 관찰되지 않는 독특한 행동을 야기합니다. 이러한 조건에서 물을 연구하는 것은 생물학적 및 비생물학적 맥락 모두에서 흥미로운 질문과 많은 도전이 존재합니다. 나노 공간에 제한된 물에 대한 연구는 물리학, 화학, 재료 과학, 생물학을 포함한 여러 학문을 아우르며, 나노스케일에서 물의 행동에 대한 더 깊은 이해와 잠재적 새로운 기술 및 응용 기술의 발견에 기여할 것입니다.

피부 수분은 피부 내의 수분 함량을 말하며, 이는 피부의 건강, 탄력, 그리고 외관을 유지하는 데 필수적입니다. 적절히 수분을 공급받은 피부는 건조, 가려움, 각질, 그리고 미세한 주름 및 노화의 발달과 같은 다양한 피부 문제를 예방할 수 있습니다. 또한 오염물질과 유해한 미생물로부터 환경적 손상에 대한 장벽 역할을 합니다. 지문은 각 개인마다 독특하며 그들의 구별되는 패턴 때문에 개인 식별용으로 사용됩니다. 지문은 법의학, 보안 시스템, 그리고 생체 인증을 포함하여 장치와 보안 장소에 대한 접근에서 중요한 역할을 합니다. 지문의 능선은 또한 수분 수준을 드러낼 수 있습니다; 잘 수분이 공급된 피부는 통통하고 두드러진 능선을 가지고 있어, 지문 인식 기술에 영향을 줄 수 있습니다.

필드 전자 방출기는 강한 전기장이 적용될 때 양자역학적 터널링 효과를 통해 전자를 방출할 수 있는 능력으로 인해 전자 장치, 진공 마이크로일렉트로닉스, 전자 현미경 등 다양한 분야에서 중요한 역할을 합니다. 이들의 응용에는 전자 현미경, 필드 방출 디스플레이(FED), X선 소스, 전자 빔 리소그래피, 진공 마이크로일렉트로닉스가 포함됩니다. 이들과 관련된 도전 과제에는 재료, 제작, 기기 통합, 수명, 안정성, 방출기 간의 균일성, 환경 민감도가 포함됩니다.

차세대 통신 시스템인 6G를 위한 테라헤르츠(THz) 주파수 소스에 대한 수요는 초고속 데이터 전송 속도를 지원해야 하는 필요성에 의해 주도되며, 이는 1 테라비트(Tbps) 이상에 달하고 밀리세컨드 수준의 지연시간을 가질 수 있습니다. THz 기술은 0.1에서 10 THz 범위의 전자기 스펙트럼에서 상대적으로 미사용 스펙트럼을 이용하여 데이터를 매우 높은 속도로 전송할 수 있는 능력 때문에 6G의 핵심 기술로 인정됩니다. 6G를 위한 THz 소스 개발의 도전 과제에는 이러한 높은 주파수에서의 신호 생성, 전파 및 수신과 관련된 기술적 문제가 포함됩니다. THz 파동은 다소 높은 대기 감쇠를 가지며 효율적인 전송 및 수신을 위해 새로운 재료 및 기술이 필요합니다. 이러한 도전 과제를 극복하는 것은 현재 연구 초점이며 6G 네트워크의 성공적인 활용을 위해 필수적일 것입니다.

고출력 마이크로파(HPM) 장치는 전자 시스템 및 구성 요소를 방해하거나 손상시킬 수 있는 강력한 마이크로파 펄스를 생성하고 방출하도록 설계된 전자 장비의 한 분류입니다. 이 장치들은 전자기 에너지를 활용하여 일시적인 기능 장애부터 전자 장치의 영구적 손상에 이르기까지 다양한 영향을 발생시킵니다. HPM 장치는 전자전, 군중 제어, 산업 처리, 의료 치료, 통신 및 중요 인프라 보호를 포함한 민간 및 군사 맥락에서 응용됩니다.