한남대학교 대덕밸리캠퍼스 화학·소재 분야 교수들의 연구 성과가 미래 산업사회에 크게 기여할 성과로 주목을 받고 있다. 이들 교수연구팀들이 수행한 연구는 친환경소재 및 차세대 첨단기능성소재 분야로써 앞으로 미래시대를 주도해나갈 소재·부품·장비(소부장)의 특화된 분야이다.
한남대의 화학·소재 분야는 65년 전 미국선교사들의 대학 설립 당시부터 기초학문으로 시작해 오랜 노하우를 갖고 양질의 화학·소재 분야 인력배출을 해왔다. 역사에 걸맞게 최근 굵직하고 독보적인 연구 성과들이 눈에 띈다.
지난 10년간 화학·소재 분야에서 선도적으로 활약하고 있는 한남대 10인의 교수들이 이룬 업적은 대단하다. 30대의 신진 교수가 3명이나 포함돼 있지만 개인 연구비 수주액은 179억3700만원, 연구논문은 349편을 발표했다. 특허출원·등록과 기술이전은 총 231건에 이른다. 무엇보다 국제특허 등록·출원 건수가 31건에 이르는 등 국제적인 지적재산권 보유를 위한 활약도 우수하다.
▲미래사회 100년, 친환경 첨단 학문 연구 ‘활발’
‘환경화학 전문가’라 불리는 김운중 교수(화학)는 친환경 고기능 탄소 복합소재를 개발해 수처리, 공기질 개선, 초미세먼지 저감 등에 응용하는 연구를 하며 유명세를 떨치고 있다. 일반적으로 반도체 표면을 연마할 때 사용하는 연마제(슬러리)는 높은 열에 약하고 접착력이 강해 세척 시 유독용제를 사용해야하는 세척 과정을 거쳐야 한다.
특히 중금속 함량이 높고 분산안정성이 떨어지면 입자간 응집으로 스크래치 등 결함이 발생할 수 있다. 김 교수는 이를 보완해 국내 최초로 스크래치가 없는 친환경 반도체 평탄화 공정(CMP)을 위한 슬러리 개발과 상용화에 성공했다. 이 성과는 최소 중금속 함량으로 안정적이고 결함과 스크래치가 없는 완벽한 슬러리라는 평가와 더불어 국내 굴지의 반도체 기업과 협약을 체결해 제조현장에서 사용되고 있다.
또한 김 교수는 초미세먼지를 필터할 수 있는 복합소재를 개발해 기능성마스크 제작업체에 기술이전을 했고, 병원 혈액검사기구의 세척기능을 크게 향상시킨 탄소기공막 제조 기술도 강소특구과제로 선정되기도 했다. 이와 더불어 초음파추출공법을 이용한 천연소재 성분 추출 기술을 통해 성능과 기능을 향상시키는 연구를 진행하여 화장품의 천연 기능성 소재로 개발하는 등 활발한 연구를 펼치고 있다. 김운중 교수는 최근 10년간 논문 37편, 특허출원 및 등록 82건, 기술이전 32건 및 35억 8천만원의 연구비를 수주하였다.
이병철 교수(화학공학)는 수명이 다한 원자력발전소 해체 시 방사능 오염물질을 제거(제염)하는 기술 분야에서 뛰어난 연구 성과를 보여 왔다. 국내에서도 고리원전 1~2호 해체를 앞두고 오염물질 배출 최소화를 위한 연구가 활발히 진행되고 있으며 앞으로 많은 연구가 필요한 부분이다. 이 교수는 비용을 최소화하면서 처리효율을 높이는 실증기술연구를 하며 화학제염 특허출원을 진행 중이다. 배출된 온실가스를 물리적 흡수 방법으로 포집하는 ‘CO2 포집제(이온성 액체) 개발’을 진행하고 이산화탄소의 흡수 및 흡수공정을 개발하는 연구도 진행해왔다.
이밖에 액체와 기체의 장점을 가진 ‘초임계 유체’를 이용해 천연물질에서 유효성분을 녹여내 추출하는 연구를 비롯해 친환경 분야의 첨단연구를 이어가고 있다. 최근 10년간 8억8000여만원의 개인연구비를 수주했으며, 현재 한국수력원자력과 ‘경수로 원전 계통제염’ 연구 프로젝트 컨소시엄에 참여하고 있다. 이 교수는 대한환경안전협회 이사이며 미국 국립표준연구원과 공동연구를 수행하고 있다.
김성구 교수(화학공학)는 친환경소재를 기본으로 한 에너지 소자개발 연구를 진행 중이다. 종이배터리 등 셀룰로오스(섬유질)와 같은 친환경 소재를 화학적으로 기능화시켜 에너지 저장체용 전해질(이온 전도성 소재)로 만들거나 친환경 세라믹 소재를 전기화학적 에너지 저장체의 전극 소재로 적용하는 연구를 진행 중이다. 제작된 에너지 저장체는 유연성을 발현함으로 웨어러블 디바이스 같은 새로운 시스템에 적용될 수 있다.
김 교수는 친환경 소재를 활용한 ‘진짜’ 친환경을 구사하는 에너지 시스템을 개발하는 것이 목표다. 기존의 에너지 저장체가 대부분 환경적이지 않았던 만큼 친환경 소재 개발은 미지의 분야다. 미래지향적이고 지속가능한 시스템을 가진 친환경 소재를 연구하는 과정에서 지난 10년간 42편의 연구논문을 발표했다. 이외에도 소재 사이의 접합 부분에서 생기는 계면 문제를 분석하고 해결하는 연구도 진행 중이다. 김 교수는 해외우수신진연구원으로 선정된바 있다.
▲차세대 첨단기능성 소재분야 선두주자
광전자고분자 합성 및 소재개발 분야에서 괄목할만한 연구 성과를 도출하고 있는 김태동 교수(신소재공학)는 유기물을 이용한 반도체 연구 분야에서 두각을 나타내고 있다. 유기물 기반 반도체는 섬유나 필름 형태로 성형이 쉽고 경량성, 유연성, 전도성, 저렴한 생산비 등의 장점을 가지고 있어 새로운 초박막 기능성 전자소재 개발이 가능한 분야다. 유기물 기반 반도체는 달력처럼 벽에 붙일 수 있는 TV, 종이처럼 말리는 휴대폰 등의 제품을 실현할 수 있는 기반이다. 김 교수는 유기물 반도체 연구를 통한 유기태양전지연구, LCD 백플레인용 신소재 기술개발 등을 진행하고 있다.
김 교수는 유기물 반도체 연구와 함께 친환경 신재생 에너지 소재개발, 자기결합을 활용한 나노입자 소재 개발 등 차세대 첨단 소재 분야에서 활발한 연구를 진행해 최근 10년 동안 SCI급 논문 45편, 편저서 4편, 국내외 특허등록 10건 등의 성과를 냈다. 특히 미국 워싱턴대학, 폴란드 폴리쉬과학대학, 독일 마인츠대학 등과 함께 국제공동연구를 실시해 10편 이상의 논문을 국제학술지에 발표했다.
전자 및 에너지 응용분야에서 활용되는 고분자 소재의 개발연구를 진행하고 있는 배인성 교수(신소재공학)는 최근 대체 에너지원으로 주목받고 있는 수소연료전지를 개발하며 눈에 띄는 성과를 보이고 있다.
배 교수는 기존보다 성능이 뛰어나고 수명이 긴 연료전지 및 소자 개발을 진행하면서 차세대 소재 분야를 선도하고 있다. 이 소재 개발을 통해 수소연료전지의 수명과 성능을 향상시키는 한편 기계적·화학적으로 내구성을 향상시켜 왔다. 최근 5년간 8억5000만원의 연구비를 수주한 바 있다.
또한 대기업 연구소에 재직하면서 수소연료전지와 관련된 해외특허 등록은 5건, 출원 16건을 했다. 국내 특허 등록도 8건, 출원 9건을 보유하고 있다. 수소연료전지 개발과 함께 최근 탄소섬유의 표면처리 과정에서 기업이나 연구소들이 공통적으로 소재의 특징을 파악할 수 있는 국제 표준을 제정하는 사업 과제에 참여하고 있다. 배 교수는 미국 IBM알마덴연구센터와 연구교류를 진행했으며 LG화학연구상을 수상하였다.
황동렬 교수(신소재공학)는 차세대 디스플레이인 전기발광 양자점(EL-QD) 소재 개발 분야에서 활약하고 있다. 대한민국은 디스플레이 분야 세계 1위 자리를 지키고 있으나, 중국 등의 맹추격이 이어지고 있다. 세계 1위의 자리를 유지하며 기술 격차를 더욱 벌리기 위해서는 EL-QD와 같은 차세대 디스플레이 기술이 필요하다. 황 교수는 학위과정과 오스트리아 요하네스케플러대학에서 조교수로 재직하며 쌓은 지적·인적 연구자산을 활용하여 한남대 임용 이후 심화된 연구를 이어가고 있다.
EL-QD는 색순도, 명암비, 전력효율, 수명 등에서 기존 디스플레이와 차별성을 갖고 있으며, 황 교수는 이 분야를 연구를 통해 지난해 3월부터 5억9700만원의 연구비를 수주 받았다. 오스트리아서는 약 16억원 규모의 연구를 진행하기도 했다.
황 교수는 차세대 디스플레이 소재 개발과 함께 인공광합성 연구도 진행 중이다. 인공광합성을 통해 이산화탄소를 전환시켜 인공연료 등을 만들어내며 탄소 저감을 통한 기후변화, 대기오염을 해결하기 위한 핵심 기술로 주목받는 분야다. 황 교수는 광기능성 소재의 연구를 통해 50편의 연구논문을 발표하였고 프랑스 스트라스부르그대학과 공동연구를 수행하고 있다.
차세대 디스플레이 분야의 국내 굴지의 기업인 삼성디스플레이 올레드(OLED) 개발팀 출신인 임춘우 교수(화학과)는 차세대 디스플레이로 사용되는 스마트폰이나 올레드 TV등에 사용되는 유기물질을 연구·개발 중이다. OLED 디스플레이는 빛의 3원색인 RGB를 조합해 디스플레이에 전기를 통해주면서 빛을 얻는 원리다. 이때 자발광 디스플레이에 사용되는 효율적인 유기물질을 개발하는 것이 임 교수의 연구분야이다.
임 교수는 중수소 치환 기술을 통한 차세대 유기 재료 연구를 진행하고 있는데, 이 기술은 기존의 수소와 결합된 유기화합물에서 수소를 중수소로 치환하는 기술이며, 중수소 치환 발광재료가 OLED 디스플레이의 전기적 안정성과 효율 향상에 영향을 주고 있는 지를 연구한다. 현재 사용되는 OLED 디스플레에도 중수소 치환 물질이 사용되고 있고, 또한 이 기술은 신약 개발이나 전자소재에 활용되며 업계의 주목을 받고 있다. 임 교수는 관련분야에서 10개의 특허등록과 특허공개 1건을 진행했으며, 기업들을 대상으로 7건의 기술이전을 한 바 있다. 지난 2019년 기술이전을 통한 교원 창업 활동 중이다.
▲독보적인 재료, 화학 분야 특화연구 ‘선두’
임지원 교수(화학공학)는 수돗물에 대한 불신이 많은 국내에서 불순물을 제거하는 정수기 필터에 활용되는 멤브레인 제조 및 응용 연구를 30여년 이상 진행해온 분리막 분야의 베테랑이다. 임 교수는 국내외적으로 나노중공사막(수소차용 연료전지막), 막결합형 축전식 기술, 투과증발 공정 등 멤브레인 처리 재료 분야에서 연구성과를 크게 인정받고 있다. 임 교수는 화력발전소 등에서 배출되는 이산화탄소를 멤브레인 막을 통해 포집하는 기술 연구에 전념해으며, 또한 환경 분야에 있어서 해수를 담수로 바꾸는 연구를 꾸준히 진행하고 있고 우수한 성과를 얻어 왔다.
임 교수는 지난 10년간 사고시 원전 주변의 방사성오염수 처리를 위한 이동형 처리장치 연구를 비롯한 축전식 탈염공정의 모듈 설계, 정수기용 폐필터 재활용 친환경 기술개발 등의 분야에서 38억2000여만원의 연구비를 수주하였다. 임 교수는 한국막학회, 북미막학회, 아세아니안 막학회, 유럽 막학회 등 국내외 학회에서 활발한 활동을 해오고 있고, 지난 10년간 국내외 학술잡지에 66편의 논문을 발표한바 있으며, 특허출원 및 등록도 30건에 이른다.
김명호 교수(신소재공학)는 고분자 가공과 유변학 연구 분야의 국내 권위자다. 합성 고분자인 플라스틱 분야에서 대한민국은 세계 플라스틱 생산 3위 국가이며, 화학 분야 매출액과 취업자의 80%를 차지하는 기간 산업 분야이다. 김 교수는 LG화학에서 20년간 플라스틱 가공분야 연구를 수행하고 대학으로 이직하여 34년 동안 동일 연구를 수행하여 플라스틱 원료를 제품화하는 가공 공정의 경제성 향상 분야 한가지만을 꾸준히 연구해왔다. 김 교수는 산업통상자원부의 연구와 여러 기업들과 공동연구를 수행하여 산업체 중심의 연구를 꾸준히 수행했으며 지난 10년간 42억 5000만원의 연구비를 수주했다. 그중 10% 이상을 민간기업에서 수주하였는데 이는 산학협력의 모범적인 사례로 볼 수 있다.
김 교수는 10여 년간 최선웅 교수와 함께 소재의 기초 물성 측정 시스템을 꾸준히 구축해온 결과로 신뢰할 수 있는 측정결과를 보장할 수 있는 측정설비와 노하우를 보유하고 있다. 이는 최근 소재개발에 AI(인공지능)를 이용하여 선도적인 소재개발을 추구하는 연구를 수행하면서 그 진가가 발휘되고 있는데, 소재혁신 AI플랫폼 구축 사업에서 구축한 전체 데이터 9,000여건 가운데 김 교수와 최 교수가 4,500여 건의 데이터를 제공하는 중추적인 역할을 수행한 것이 이를 뒷받침하고 있다.
무기화학분야의 기초연구를 진행하고 있는 이해리 교수(화학)는 금속 이온이 포함된 분자를 연구하는 무기화학 분야에서 뛰어난 연구 성과를 보이고 있다. 분자의 구조는 물질의 성질을 결정하는 중요한 특징이 되는 만큼 특정 구조를 갖는 분자를 합성하기 위해 분자공학자들이 많은 연구를 진행하고 있다. 새로운 분자 구조를 디자인하여 컴퓨터로 모델링한 뒤 합성한 분자는 화학기초물질을 효율적으로 생산하는 촉매제로 활용될 수 있으며, 분자가 갖는 빈 공간을 활용하여 독성물질을 선택적으로 흡착할 수 있는 매개체로 활용되는 등 쓰임새가 다양하다.
이 교수는 분자에 전기, 빛, PH, 온도 등의 자극을 통해 생기는 분자의 구조나 성질 변화를 통해 화학센서로 활용하는 연구를 활발히 진행하고 있다. 환경문제가 대두되면서 화학약품 사용에 대한 경각심을 갖기 시작하면서 관심을 갖고 추진하고 있다. 이 교수는 30대 초반의 젊은 학자이지만 지난 10년간 41편의 SCI급 논문에 참여하는 등 활발한 연구 활동을 진행해왔으며, 독일 도르트문트 공과대학과 공동연구를 진행 중이다.
한편, 한남대는 화학소재뿐만 아니라 바이오분야에서도 탁월한 성과를 보이고 있으며 지난 10여년간 바이오 분야에서 도출한 교수 10인의 연구성과도 크다. 개인연구비 수주액은 202억을 상회하고, 연구논문 555편, 국내외특허출원 및 등록과 기술이전이 200여건에 이른다. 한남대는 지속적으로 기능성 화학소재분야와 바이오분야의 특성화를 추진하고 있으며 관련분야에 60여명의 교수가 연구에 참여하고 있다.
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