인천대학교 인디고클랫폼 인천대학교 기술지원허브

본 발명은 확률적으로 생성된 전구체 흡착 구성과 기계학습 포텐셜 기반 구조 보정을 결합하여 원자층 증착 박막의 성장 거동을 예측하는 방법 및 시스템에 관한 것이다. 전구체 분자의 위치와 배향, 기흡착종에 의한 입체장애 및 기판 표면에 따른 반응 확률을 고려하여 흡착 구조를 생성하고, 생성된 구조를 기계학습 포텐셜을 이용하여 이완 및 안정화한다. 안정화된 표면 구조를 다음 증착 사이클의 입력 구조로 반복 사용함으로써 초기 핵생성, 섬 성장, 합체 및 연속막 형성에 이르는 다층 박막 성장 과정을 모사할 수 있다. 또한 계산된 원자 구조로부터 핵생성 지연, 사이클당 성장률, 박막 두께, 밀도 및 표면 거칠기 등의 성장 특성을 산출할 수 있다.

본 발명은 음이온교환막의 성능 및 막-전극접합체(membrane-electrode assembly, MEA)의 계면 특성을 향상시키기 위한 음이온교환막 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 막 제조 과정에서 음이온교환 고분자에 포함된 카운터이온(counterion)을 제어함으로써 음이온교환막의 미세상 분리(microphase separation) 구조를 제어하고, 이를 통해 이온전도도, 알칼리 안정성 및 막-전극접합체의 계면 접합 특성을 동시에 향상시키는 기술에 관한 것이다. 본 발명에 따른 카운터이온 제어는 연속적인 이온 전달 채널의 형성을 촉진하여 수산화이온 전도도 및 알칼리 안정성을 향상시키며, 막과 촉매층 간의 계면 접착력 및 이온 전달 특성을 개선한다. 이에 따라, 본 발명의 음이온교환막을 적용한 음이온교환막 수전해 시스템은 기존 제조방법으로 제조된 음이온교환막에 비해 수전해 성능이 25% 이상 향상되고 장기 내구성이 2배 이상 증가하는 우수한 성능을 나타낸다. 따라서 본 발명은 별도의 고분자 구조 변경이나 복잡한 후처리 없이 막 제조 과정에서의 카운터이온 제어만으로 음이온교환막 및 막-전극접합체의 성능을 효과적으로 향상시킬 수 있으며, 음이온교환막 수전해뿐만 아니라 음이온교환막 연료전지(anion exchange membrane fuel cell) 및 음이온교환막 기반 이산화탄소 전환(CO₂ reduction reaction) 시스템 등 음이온교환막을 이용하는 다양한 전기화학적 에너지 변환 장치에 적용 가능한 기술을 제공한다.

This invention presents a plasma-free hot-wire radical atomic layer etching process for Al₂O₃ thin films. The process sequentially modifies the Al₂O₃ surface using hexafluoroacetylacetone (Hhfac) and removes the modified layer using neutral atomic hydrogen or H/NHₓ radicals generated by dissociating H₂ or NH₃ on a heated tungsten filament. The cyclic and self-limiting surface reactions enable angstrom-scale thickness control while minimizing ion-induced plasma damage. The process also improves the surface smoothness of the remaining Al₂O₃ film and is applicable to defect-sensitive interfaces and complex three-dimensional semiconductor structures

While organic gas sensors exhibit distinct advantages such as mechanical flexibility and facile processability, they are often limited by inferior sensitivity compared to their inorganic counterparts. In this study, we demonstrate a straightforward and effective strategy to enhance the gas-sensing performance of poly(3- hexylthiophene) (P3HT) thin films by leveraging the coffee-ring effect induced during spray deposition. Our findings reveal that the surface roughness of P3HT films increases linearly with the number of spray passes, concurrent with a progressive increase in film thickness. Furthermore, by modulating the spray pressure from 0.12 MPa to 0.04 MPa, we show that lower pressure facilitates the formation of larger droplets, which enhances the coffee-ring effect upon drying. This process leads to cumulative stacking of droplet rims, consequently achieving a maximum root-mean-square roughness (Rq) of 46.3 nm. This morphological evolution ensures the formation of a continuous, rough surface structure that significantly expands the available active sites for gas adsorption. Although this rough morphology involves a trade-off in field-effect mobility due to increased grain boundaries, the engineered P3HT films exhibit higher responsivity and a low limit of detection (0.0431 ppm) toward NO2 gas compared to conventional smooth spin-cast films. This work presents a practical processing strategy to improve the performance of organic gas sensors through controlled surface morphology engineering.

Real-time portable detection of toxic and hazardous gases is essential not only for industrial environments, but also for everyday life. Organic gas sensors are promising for low temperature and flexible sensing applications, which make them attractive for next generation wearable and portable gas sensing platforms. However, their practical use is limited by poor sensitivity and low environmental stability. Here, activated carbon (AC) was incorporated into poly(3-hexylthiophene) (P3HT) to improve the electrical properties, gas sensing performance, and air stability of organic gas sensors. P3HT/AC devices showed enhanced drain-current and field-effect mobility compared with pristine P3HT devices. In addition, P3HT/AC sensors exhibited improved gas sensing characteristics, including higher sensitivity and faster response and recovery rates. P3HT/AC sensors also maintained superior sensing performance over a relative humidity range of 20–80% compared with pristine P3HT sensors. Furthermore, P3HT/AC sensors showed improved drain current recovery after air exposure, indicating enhanced environmental stability. These results demonstrate that AC is an effective functional additive for simultaneously improving charge transport, sensing performance, and stability in organic gas sensors.

본 발명은 실리콘 및 실리콘저마늄 표면 사이의 선택적 원자층 증착을 구현하기 위한 전처리 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 과아세트산을 이용하여 표면 산화 반응을 유도하고, 부틸아세테이트를 이용하여 특정 표면의 산화 또는 흡착 반응을 조절함으로써 실리콘 및 실리콘저마늄 표면 사이의 화학적 반응성 차이를 형성한다. 이후 원자층 증착 공정을 수행하면 두 표면 사이에서 박막 성장 거동의 차이가 나타나며, 이를 통해 선택적 박막 형성이 가능하다. 본 발명은 화학적으로 유사한 실리콘 및 실리콘저마늄 기반 구조에서 선택적 증착을 구현할 수 있어 차세대 3차원 반도체 소자 제조 공정에 적용될 수 있다.

본 발명은 시멘트 기반 마찰나노발전기(TENG)를 도로 포장재에 일체형으로 매립하여, 차량 통행 시 발생하는 기계적 하중을 전기에너지로 수확함과 동시에 과적 차량을 실시간으로 감지 및 유도하는 자가발전형 지능형 교통 시스템임. 차량의 축하중에 비례하여 발생하는 TENG의 전기적 신호(전압)를 제어 유닛이 수신·분석하며, 측정값이 사전 설정된 허용 임계 전압을 초과할 경우 전광판 및 LED 유도선 등의 경고 유닛을 즉각 가동하여 해당 차량의 우회를 강제함. 이를 통해 외부 전력망 연결 없이도 24시간 무인 상시 단속이 가능하며, 교량 및 도로 인프라의 피로 파괴와 포트홀 발생을 선제적으로 예방할 수 있음.

본 발명은 시멘트 기반 복합재에서 에너지를 수확하기 위한 시스템을 고안하고 적용함. 시멘트 기반 복합재의 기계적 강도 유지와 전기 전도성 확보를 동시에 달성하기 위해 탄소나노튜브(CNTs)를 0.5vol% 포함하는 전도성 시멘트 복합재(CBC)를 최적의 전극소재로 활용하는 마찰대전 나노발전기(TENG) 시스템임. 본 시스템은 CBC 전극, PDMS 접촉층, Nylon 타격층의 최적 적층 구조로 이루어져 있으며, 구조물에 가해지는 외부의 기계적 에너지(차량 하중, 진동 등)를 전기에너지로 변환함. 이를 통해 건설 인프라 자체가 소형 전자기기 및 센서의 독립적인 전원 공급원으로 기능할 수 있도록 함

Conjugated polymers are promising sensing materials for portable sensors because of their mechanical flexibility, low mass, and cost-effective processing, which are essential for next-generation devices such as electronic skins. However, despite these advantages, gas sensors based on conjugated polymers remain difficult to commercialize due to their limited gas sensitivity. This study introduces a strategy to enhance sensitivity by forming a porous structure in the poly(3-hexylthiophene) (P3HT) active layer through a simple nonsolvent immersion process, thereby increasing the density of gas-molecule adsorption sites. Among the tested nonsolvents, n-hexane (Ra = 8.6 MPa1/2), which exhibits the smallest solubility distance from P3HT, produced the deepest and widest pore morphology and the highest surface roughness (Rq = 2.98 nm), leading to a maximized effective surface area. As a result, the hexane-treated film exhibited the highest sensitivity to NO₂, achieving an approximately fourfold enhancement compared with the pristine P3HT film. These results demonstrate an effective approach for tuning surface area through a simple processing route and provide a viable surface-engineering strategy for high-performance organic gas sensors.

본 발명의 목적은 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)의 고분자 소재 및 전극 소재를 화학적 열화로부터 보호하기 위하여 도입되는 산화방지제의 제거 성능을 소재 단위에서- 확인하는 기존 분광법의 문제점을 해결하고자 새롭게 전기화학적인 방법을 개발하는 것을 목표로 하고자 함. 본 발명의 측정법은 전기화학적 방법을 기반으로 하여 나노 입자의 간섭을 최소화하여 기존 방식과 달리 측정 경향성의 재현성이 매우 높으며, 측정을 하는 시간 또한 기존 방식보다 매우 짧아 소재 스크리닝에 특화 되어있음. 또한, 본 측정법은 기존 염료 기반의 분광법과 달리 PEMFC의 구동 환경을 조성할 수 있고, 구동환경 조성을 위해 측정 환경의 pH와 수산화 라디칼의 농도를 조절할 수 있는 측정법임. 본 발명의 차별성은 (1) 기존의 염료를 기반으로 하는 분광분석법과 같이 빛을 이용한 방법이 아닌 3전극 시스템을 이용하는 전기화학적 방식이라는 점, (2) 디메틸 설폭사이드(DMSO)를 트랩 물질로써 이용하여 수산화 라디칼의 제거된 농도를 직접적으로 추적하는 방식이라는 점. (3) 또한 측정 시간이 10분 이상 걸리던 비색법에 비해 측정 시간이 1분 내외라는 점임. 라디칼 스캐빈져에 의해 제거된 수산화라디칼의 농도의 정량을 위하여 라디칼 스핀 트랩 분자를 활용한 전자 상자성 공명 (electron paramagnetic resonance, EPR) 분광법도 활용 가능하나, 해당 방법은 수억원대 이상의 고가의 장비 사용을 필수적으로 요구함. 그러나 본 발명에서는 전기화학적 방식으로 상대적으로 평가법이 저렴하다는 장점이 있음.