계명대학교(총장 신일희)는 김익현 기계공학과 교수 연구팀이 충격파 유동을 활용해 소재의 특성을 획기적으로 개선할 수 있는 기술을 개발했다고 3일 밝혔다. 이번 연구성과는 차세대 태양전지 및 항공우주 기술 분야에 응용 가능할 전망이다.
김 교수 연구팀은 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.
이번 연구결과는 최근 '메카닉스 옵 어드벤스드 머티리얼즈 앤 스트럭쳐(Mechanics of Advanced Materials and Structures)'에 발표됐다.
또 Bi2S3의 충격파를 활용한 밴드갭 제어 메커니즘을 다룬 연구성과도 '머티리얼즈 케미스트리 앤 피직스(Materials Chemistry and Physics)'에 실렸다. 충격파를 통해 비스무트 설파이드의 결정성을 개선하고 이를 통해 태양전지의 성능을 극대화할 수 있음을 제시한 논문이다.
아울러 연구팀은 충격파 유동환경에서 세륨 지르코늄 산화물(CeZrO4)의 광학적, 자기적, 미세 구조 특성을 종합적으로 분석해 항공우주 및 센서 기술에 적합한 소재로서의 가능성을 확인한 연구결과를 '저널 옵 솔리드 스테이트 케미스트리'에 게재했다.
이번 연구들은 계명대 충격파 및 기체역학 실험실의 마틴 브리또 교수와 김 교수가 교신저자로 참여해 국제 공동연구로 수행됐다. 한국연구재단의 해외우수과학자유치사업(Brain Pool Fellowship)과 우수신진연구사업의 지원을 통해 이뤄졌다.
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.
한편, 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 기대된다.
대구=정재훈 기자 jhoon@etnews.com
