보고서 정보
주관연구기관 |
한양대학교 HanYang University |
연구책임자 |
김재용
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2022-01 |
과제시작연도 |
2021 |
주관부처 |
과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT |
등록번호 |
TRKO202200016646 |
과제고유번호 |
1711133130 |
사업명 |
해외우수기관유치(R&D) |
DB 구축일자 |
2022-11-22
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키워드 |
극한물성.수소저장.초전도.고압기술.슈퍼물성.Extreme Materials.Hydrogen Storage.Superconductivity.High Pressure.Superhard Materials.
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초록
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□ 연구개발 목표 및 내용
○ 최종 목표
세계 최고 수준의 고압연구센터인 중국 HPSTAR (Center for High Pressure Science and Technology for Advanced Research) 와의 국제공동연구를 통하여
■ 초고압 환경에서의 물성을 이해하고,
■ 고압기반 초강도, 초수소, 초전도 등 슈퍼물성을 지니는 소재를 개발하고자 함.
■ 극한물성을 수행하는 세계적 수준의 연구허브가 되도록 함.
○ 전체 내용
[공동연구 내용]
● 압력을 변수로 하여 인
□ 연구개발 목표 및 내용
○ 최종 목표
세계 최고 수준의 고압연구센터인 중국 HPSTAR (Center for High Pressure Science and Technology for Advanced Research) 와의 국제공동연구를 통하여
■ 초고압 환경에서의 물성을 이해하고,
■ 고압기반 초강도, 초수소, 초전도 등 슈퍼물성을 지니는 소재를 개발하고자 함.
■ 극한물성을 수행하는 세계적 수준의 연구허브가 되도록 함.
○ 전체 내용
[공동연구 내용]
● 압력을 변수로 하여 인류가 지금까지 도전했던 시간과 공간의 개념을 뛰어넘는 새로운 조건에서의 물성분석 및 기초연구 수행을 통한 신개념 융합소재 개발
● 다이아몬드 엔빌셀을 이용한 초고압(>100 GPa) 형성과 수 천도에 이르는 초고온 환역에서의 창의적 신물질합성
● 극한물성 연구의 국제적 글로벌 연구허브 구축
[기관유치 및 운영 계획]
● 본 센터와 HPSTAR의 다년간 공동연구활동을 기반으로하는 기관유치 협정체결
● 한양대학교내 공동연구시설 및 공동연구센터 구축, 상대국 대응자금 확보
● 국내 고압 및 재료합성 전문 연구자들과 공동연구 인프라 구축
[정량적 성과]
■ SCI 논문 103편 (평균 IF: 5.23), 국제공동연구 논문 21편 출간
■ 해외연구인력 연인원 70명, 1607일 유치, 국내연구자 57명, 1481일 파견
[정성적 성과]
■ 본 센터 설립 당시 다이아몬드앤빌셀을 이용한 초고압-초고온, 초고압-초저온 등을 기반으로 하는 소위 ‘극한환경연구’는 태동기였음
■ HPSTAR와의 지리적인 접근성과 본 연구진이 기 확보한 나노기술을 활용하여 초고압관련 분야 국내연구 기반을 확보하고 세계적 수준의 연구를 선도하였음
■ 특히 100만기압 단위 초고압 형성, 구조분석, 고온초전도성을 비롯한 전자 수송현상, DFT를 비롯한 전자구조계산 연구분야에서 본 센터를 중심으로 HPSTAR와의 국제공동연구를 통하여 세계적 수준으로 진입 할 수 있었음
○ 1단계
◎ 목표
[연구개발]
초고압 환경에서의 물성분석 및 기초연구 수행을 통한 신개념 슈퍼물성소재 개발
● 고압기반 슈퍼물성 소재개발: 차원 조절 초고강도 및 다기능 소재 개발
● 초고압 물리현상 연구: 고온 초전도 및 초수소 고체소재 개발
● 고압나노구조체 연구: 3차원 기공구조체의 친환경 및 차세대 에너지 소재 개발
[상대기관과의 역할분담 및 공동연구 수행]
1. 주관연구기관:
● 고압연구의 허브가 되기 위한 연구인프라 구축(10GPa 이상 고압발생 기술포함)
2. 해외연구기관
● 국내 연구진 해외 파견시 공간, 연구시설, 학생들 기숙사 제공
● 10 GPa 단위 초고압 발생 DAC 개발 및 기술 지원
● 해외 우수 방사광가속기(SSRF, HPCAT, ALS, SSRL 등) 시설 빔타임 공동활용
3. 연구실적 교류:
● 연구진행 및 결과 검토를 위한 연 1회 상호 워크숍 주관
● 고온고압기반 기술 상호 협력 및 참고문헌, 기술자료 제공
● 세계 최고의 고압연구소가 되기 위한 상생적 연구협력 및 지원체계 구축
◎ 내용
[연구개발]
1. 고압기반 초수소 에너지저장 물질 개발에 필요한 기초연구 수행
● 10 GPa 단위에서 저차원 나노소재, 에너지소재 물질 기초물성 분석
● 압력기반 초에너지, 초전도매체 지구물리관련 연구 수행
● Ti-기반 3d 전이합금의 경우, 다이아몬드 앤빌셀을 이용한 수소 50 GPa 이내 압력에서 4.1 wt. % 저장량을 보이는 바 (가역적임), 이는 미국 DOE에서 제시하는 수소에너지 저장량에 육박하는 대용량임을 확인함
2. 철 기반 초전도체를 기반으로 한 고압저온에서의 강상관계 이해
● 고압-저온 물성분석: 국내 최초로 수십 GPa 단위에서 50마이크론 이하 시료의 전기전도도를 측정할 수 있는 기술을 확보하였고 이를 기반으로 철기반 초전도 원리를 설명함
3. 고압-고온 기반 지구 표면에서의 화산활동 및 지진 발생 원리 제시
● 고온-고압 (2.5 GPa 이상, 그리고 200 C 이상) 조건의 지표에서는 관찰된 적 없는 초수화 점토 광물이 형성될 수 있음을 최초로 Nature Geoscience 에 보고 하였음. 해외기관과 공동연구로 수행된 본 연구의 결과는 지각판 섭입대를 따라 지구 내부로의 물의 이동 매커니즘 및 섭입대를 따라 발생하는 화산활동 및 지진 발생의 새로운 원리 제시하였다는 점에서 의미가 있음 (지구과학분야 최고 저널인 Nature Geoscience에 2017년 11월 20일자 게재)
[주요 학술교류 성과]
● HPSTAR-CIS를 연결하는 국제공동연구 네트워크 구축 및 연구원 교류 수행
● 제1회 한-중 공동심포지엄 개최 (2017년 11월 12-16, 제주)
[해외연구기관 유치 성과]
1. 국내투자:
● 한양대학교: 현물 3억원, 서울시: 현금 1억 3천만원 투자
● 산업체: 1단계 1억7천만원 (현물), 2백만원 (현금),
● 참여기업: (주)아모그린텍, (주)석경, 내일테크놀로지(주)
2. 해외기관 투자:
● 현물 $401,300: HPSTAR($271,300), CIS($130,000)
● HPSTAR에서는 본 연구진들과의 원활한 소통을 위하여 조선족 출신 행정원을 고용 (김련 (金莲), lian.jin@hpstar.ac.cn)
● 실시간 교류를 위하여 Polycom, Skype를 활용한 온라인 화상시스템 구축
○ 2단계
◎ 목표
[연구개발: 1단계 내용 지속]
● 고압기반 슈퍼물성 소재개발: 차원 조절 초고강도 및 다기능 소재 개발
● 초고압 물리현상 연구: 고온 초전도 및 초수소 고체소재 개발
● 고압 나노구조체 연구: 3차원 기공구조체의 친환경 및 차세대 에너지 소재 개발
[상대기관과의 역할분담 및 공동연구 수행]
1. 주관연구기관:
● 고압연구의 국내허브가 되기위한 연구인프라 구축 (100GPa 단위 고압발생 등)
2. 해외연구기관
● 100 GPa 단위 초고압 발생 DAC 개발 및 기술 지원
● 해외 우수 방사광가속기 (SSRF, HPCAT, ALS, SSRL 등) 시설 빔타임 제공
3. 연구실적 교류:
● 상호 워크숍 2회, 국제학술회의 3회, 전문세미나 17회 개최
● 고온고압기반 기술 상호 협력 및 참고문헌, 기술자료 상호 교류
● 세계 최고의 고압연구소가 되기 위한 상생적 연구협력 및 지원체계 유지
◎ 내용
[연구개발]
● 고압기반 100 GPa 단위 초수소 에너지저장 물질 개발연구 수행
● 극저온 초고압 시료 로딩 및 측정 기술 습득: 4 K 이하 50 GPa에서 마이크로미터 크기의 시료 전기저항도 측정기법을 습득
● 기반 초전도체를 기반으로 한 고압저온에서의 강상관계 이해
■ 초수소 에너지저장 매체 발굴: 고압-실온에서의 가스로딩 시스템 시설 구축
● 초전도 물성분석: 고압저온 장비개발 및 상호 교류연구 결과 분석
● 초강도 재료개발: 레이저 히팅을 이용한 고온-고압 연구환경 조성
● 제4세대 포항가속기와 유럽자유전자방사광 가속기 (Eu-XFEL) 시설을 공동 활용하여 초고압-고온 환경에서 물질의 상변이 나노초 단위로 실시간 측정/분석
[상대기관과의 역할분담 및 공동연구 수행]
1. 국내투자:
● 한양대학교: 현물 1억원, 서울시: 현금 1억 6천만원 투자
2. 해외기관 투자
● 총 현물 $834,200: HPSTAR($501,700), CIS($332,500)
[주요 학술교류 성과]
● 제2회 국제공동심포지엄, 한-중고압학회 (2018년 8월 20-24, 중국 장춘)
● 제3회 국제공동심포지엄 한-중고압학회 공동개최 (2019년 9월 23-26, 한양대)
● HYU-HPSTAR-CIS 고압연구센터 정기 콜로퀴엄 (총 24회, 한양대학교) 등 주요학술대회 6회 개최
[기타 해외기관과의 협력 성과]
● 중국 길림대학교 Liling Sun 교수팀과의 연구 상호방문 및 인력교류
● 중국 허난성 허난사범대학교 (Hernan Normal University, 发自网易邮箱大师) 자연과학대학과 Exchange Program 실시 (해외측 담당: Zongsian Yang 교수)
● 일본 오사카대학 Yamamoto 교수팀과 고압에서의 Perovskite 구조체 형성에 관한 공동연구 수행
● 스웨덴 Uppsala University 물리학과 Rajeev Ahuja 교수, Alenxander
Soldatove 교수팀들과 고압수소저장매체 발굴을 위한 공동연구 수행
● 미국 Lawrence Livermore National Laboratory 연구팀과 고압수소저장매체 발굴 공동연구 수행
○ 3단계
◎ 목표
[연구개발]
초고압 환경에서의 물성분석 및 기초연구 수행을 통한 신개념 슈퍼물성소재 개발
■ 금속 수소화물의 초전도 메커니즘 규명
■ 초고압 상태의 양자임계현상과 초전도 전하밀도파의 상평형 이해
■ 3차원 기공구조체의 친환경 및 차세대 에너지 소재 개발
■ 차세대 Laser shock을 이용한 동력학적 극초단위 고압물성연구
■ 다공성 물질의 고압화학 및 광물물리 연구
[상대기관과의 역할분담 및 공동연구]: 기존 1,2 단계와 동일
◎ 내용
[연구개발]
1) 금속 수소화물의 초전도 메커니즘 규명
● 이원계, 삼원계 금속수소화물을 이용하여 높은 Tc를 갖는 물질을 탐색
● 제일원리적 계산방법을 통해 고압하 수소화합물의 상온초전도 메커니즘 설명
2) 초고압 상태의 양자임계현상과 초전도 전하밀도파의 상호 경쟁 및 상평형 이해
● 고압하 PdxTaSe2의 단결정을 확보하고, 초전도 전이와 전하밀도파를 온도와 압력의 함수로 전기전도도, 라만 산란을 측정
● 압력범위 : 0-40 GPa,. 온도범위 : 2-300K, 자기장범위 : 0-14T
3) 3차원 기공구조체의 친환경 및 차세대 에너지 소재 개발
● 3차원 구조체의 기공구조를 기하학적으로 분석할 수 있는 소프트웨어 개발
4) Laser shock을 이용한 초고압-초고온 상태에서 동력학적 초고속 상변이 연구
5) 다공성 물질의 고압화학 및 광물물리 연구
● 고온고압 연구 범위 확장, 다이아몬드앤빌 고압셀 이용
ex-situ : ~ 5 GPa, ~ 400 ℃, in-situ (resistive heating): ~10 GPa, ~800 ℃ in-situ (laser heating) : ~100 GPa, 3000 ℃
6) 3D InGaN/GaN micro-crystal의 압력에 따른 광특성 변화 연구
● 3차원 나노/마이크로 광결정의 압력에 따른 광특성 변화 분석
압력범위 : 0 ~ 20 MPa, Photo-luminescence peak change : ~ 100 nm
[상대기관과의 역할분담 및 공동연구 수행]
1. 국내투자:
● 한양대학교: 현물 1억원 서울시: 현금 1억 6천만원
2. 해외기관 투자
● HPSTAR 현물 131,082 천원
[주요 학술교류 성과]
● HYU-HPSTAR-CIS 고압연구센터 정기 콜로퀴엄 (2021,11. 23, Virtual) 개최
● 한양대-길림대-펑지아 공동워크샵(21.12.17, Virtual) 등 전문세미나 70회 개최
● 제10회 아시아고압학회 개최 (https://www.achpr10.org/)
□ 연구개발성과
[정량적 성과]
■ 논문 IF 10이상: 10편, 상대기관 공동연구: 21편
■ 대표논문: Nature communications(4편), Nature Geography, Physical Review Letters(4편), Science Advances, JACS, Nano Letters 등
■ 세계적 고압학회 유치, 국제심포지엄 12회, 전문세미나 111회 개최
[정성적 성과]
● 초에너지, 초전도, 초강도를 지니는 슈퍼물성 신재료 발굴 및 이에 필요한 기초지식 제공
● 100만 기압을 능가하는 초고압 환경에서 물성을 분석할 수 있는 세계적 수준의 연구력 확보
● 국내에서 소위 ‘극한환경‘ 연구분야의 초석을 제공하였다고 자부함.
□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
■ 고압분야 세계 최고의 기관인 HPSTAR, 카네기 연구소와의 연구협력을 통해 국내의 고압 연구 분야를 세계적 수준으로 발전시키고 압력을 통한 신물질 및 기술을 개발함으로써 국부를 창출할 수 있는 원천기술을 확보할 수 있음.
■ 국제공동연구를 통해 기존의 존재하지 않았던 ‘슈퍼물성’을 가지는 신소재를 개발할 수 있는 단초를 제공할 것임.
■ 초고강도 및 다기능 소재는 최첨단 공학 및 의공학 분야의 기능성 분야에서 기존 소재의 한계를 극복할 수 있는 새로운 가능성을 제시 할 수 있음.
■ 초고압-초고온 연구는 상온을 웃도는 고온 초전도체를 발굴하는데 직접 활용되고 있음.
■ 고압에서 발견된 신소재를 중압(medium pressure)에서 합성하는 기술로 확장함으로써, 상용화에 대한 기반을 제공한다면, 경제적·산업적인 파급효과 예상됨.
(출처 : 요약문 2p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 요 약 문 ... 2
- 목차 ... 7
- 제1장 연구개발 ... 8
- 1.1. 연구개발과제의 개요 ... 8
- 1.2. 국내외 기술개발 현황 ... 10
- 3. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 13
- 4. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 49
- 5. 목표 미달 시 원인분석 ... 86
- 6. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 86
- 7. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 88
- 제2장 기관유치 및 운영 ... 90
- 2.1. 해외연구기관 유치 목적 및 필요성 ... 90
- 2. 공동연구센터 운영 현황 ... 93
- 3. 해외연구기관의 협력 성과 ... 95
- 4. 해외연구기관 유치 노력 및 성과 ... 101
- 5. 공동연구센터 자립 및 활용계획 ... 102
- 6. 사업추진과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 104
- [붙임 1] 해외우수연구기관유치사업 연차별 목표 및 달성도 현황 ... 106
- [붙임 2] 해외우수연구기관유치사업 예산 확보 및 사용 실적 ... 113
- [붙임 3] 해외우수연구기관유치사업 대표 성과 ... 119
- 끝페이지 ... 128
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