충격파 유동 활용해 차세대 소재 구조/광학/자기적 특성 조절 메커니즘 제시극한 환경에서 활용 가능한 혁신적 소재 설계의 기반 마련
  • ▲ (왼쪽부터) 김익현 교수, 마틴 브리또 다스 교수.ⓒ계명대
    ▲ (왼쪽부터) 김익현 교수, 마틴 브리또 다스 교수.ⓒ계명대
    계명대(총장 신일희) 기계공학과 김익현 교수 연구팀이 주도한 충격파 유동과 소재 상호작용 연구가 국제 저명 학술지에 연이어 게재됐다.

    연구팀은 충격파 유동을 활용해 소재의 특성을 획기적으로 개선할 수 있는 가능성을 제시하며, 차세대 태양전지 및 항공우주 기술 분야로의 응용 가능성을 제시했다.

    김익현 교수 연구팀은 Mechanics of Advanced Materials and Structures 저널(ISSN:1537-6532, MECHANICS 분야 Q1 카테고리)에 발표한 논문 ‘비스무트 셀레나이드의 구조 안정성과 밴드갭에 대한 연구: 태양전지 및 항공우주 응용을 위한 음향 충격파 노출 효과(Investigation of bismuth selenide’s structural stability and tunable bandgap under exposure to acoustic shock waves for solar cell and aerospace applications)’을 통해 비스무트 셀레나이드(Bi2Se3)의 광학적 특성을 충격파 유동으로 개선할 수 있는 가능성을 제시했다.

    충격파 유동으로 인해 Bi2Se3의 광발광 강도와 전자-홀 재결합 효율이 향상됐으며, 이를 통해 빛 흡수 성능을 극대화하고 태양전지 효율 향상에 기여하는 메커니즘을 제시했다.

    이어 Materials Chemistry and Physics 저널(ISSN:1879-3312, MATERIALS SCIENCE & MULTIDISCIPLINARY 분야 Q2 카테고리)에 게재된 논문 ‘비스무트 설파이드의 밴드갭 제어을 통한 태양전지 성능 향상에 관한 연구: 음향 충격파를 이용한 가시광 스펙트럼 활용(Tuning the Band Gap of Bismuth Sulfide via Acoustic Shock Waves to Harness the Full Visible Spectrum for Enhanced Solar Cell Applications)’에서는 비스무트 설파이드(Bi2S3)의 충격파를 활용한 밴드갭 제어 메커니즘 다뤘다. 이 연구는 충격파를 통해 비스무트 설파이드의 결정성을 개선하고 이를 통해 태양전지의 성능을 극대화할 수 있음을 제시했다.

    또 Journal of Solid State Chemistry 저널(ISSN:1095-726X, CHEMISTRY & PHYSICAL 분야 Q2 카테고리)에 실린 논문 ‘충격파를 이용한 세륨 지르코늄 산화물의 구조 안정성 평가: 항공 분야로의 응용(Assessing the structural stability of cerium zirconium oxide under shock waves for aerospace applications)’에서는 충격파 유동 환경에서 세륨 지르코늄 산화물(CeZrO4)의 광학적, 자기적, 미세 구조 특성을 종합적으로 분석하여 항공우주 및 센서 기술에 적합한 소재로서의 가능성을 확인했다.

    이번 연구들은 계명대학교 충격파 및 기체역학 실험실의 마틴 브리또 교수와 김익현 교수가 교신저자로 참여해 국제 공동연구로 수행됐으며, 한국연구재단의 해외우수과학자유치사업(Brain Pool Fellowship)과 우수신진연구사업의 지원을 통해 실시됐다.

    김익현 교수는 “충격파 유동을 활용해 기존 소재의 구조적, 광학적, 자기적 특성을 효과적으로 향상시킬 수 있음을 입증했으며, 이는 충격파 유동이 첨단 소재 개발과 공학적 응용 범위를 크게 확장할 수 있다는 점에서 중요한 의미를 갖는다”고 밝혔다.

    이번 연구는 차세대 소재 설계와 극한 환경에서의 고성능 소자 개발을 위한 공학적 응용 가능성을 제시했으며, 이를 기반으로 태양전지, 항공우주, 및 관련 기술 분야의 혁신적인 발전에 기여할 것으로 전망된다.