연도별 연구과제 216 페이지첫페이지로 이동

제지 과정에서 버려지는 천연 화합물인 베툴린은 자작 나무의 껍질에서 추출 가능하며 한지와의 합성을 통해 항균성을 띄는 새로운 의료용 섬유를 제작할 수 있다. 한지 속 셀룰로오스를 산화 시켜 카복실기를 만들고 베툴린의 하이드록실기와 피셔 에스터화를 일으킨다. 표면이 개질 된 셀룰로오스 섬유는 실질적으로 개선 된 소수성 물 접촉각을 보이며, 박테리아와 세균의 제거에서 기존의 마스크보다 뛰어난 향상을 보인다. 본 연구의 결과는 고부가가치의 화학물질의 효율적인 사용과 친환경성을 모두 갖추고 있다.

▪ 주제어: 셀룰로오스, 에스터, Triterpene, Betulin, TEMPO

사물 인터넷의 부흥과 더불어, 임베디드 시스템은 상황의 변화에 따른 지능적 제어 능력이 요구되고 있다. 하지만 임베디드 시스템은 하드웨어, 메모리, 시간, 전력 등 자원의 제약이 많고 펌웨어 변경의 어려움이 있어 환경 변화에 곧바로 적응한 변화를 기대하기 어렵다. 요구에 맞춰 주변 상황을 인지하여 환경에 알맞은 알고리즘을 선택해 시스템의 종료 없이 자동적으로 펌웨어가 업데이트되어 대응하는 효율적인 임베디드 시스템을 제안한다. 본 연구에서는 임베디드 시스템에 서버, 데이터베이스를 연동한 제안된 구조에서, 펌웨어의 일부만을 교체하는 업데이트 방식을 직접 구현하여 실험하였다. 펌웨어의 부분적 업데이트 연구에서는 직접 제어 시스템을 구현하여 기존의 업데이트 방식과 비교해 약 2배 빠르고, 약 26% 더 적은 에너지를 소모한다는 결과를 얻었다.

▪ 주제어: 임베디드 시스템, 부분적 업데이트, 자동적 업데이트

디카페인 음료는 생산 과정에서 환경을 오염시킬 수 있다. 본 연구는 환경 오염을 방지하고자 자연의 재료를 통해 카페인을 제거하는 방법을 탐구하고자 한다. 또한, 카페인의 농도를 측정하거나 분광학적 데이터를 얻는 데 그친 기존의 분석방식에서 나아가 아두이노 센서, 3D 프린팅 기술, 이미지 처리 기술을 접목하여 항산화 반응을 다각도로 분석할 것이다.
본 연구에서는 카페인 제거 반응을 정량하기 위하여 3D 프린터로 제작된 거치대와 MBL 조도 센서와 카메라 렌즈 등이 배치된 암실 형태의 화학발광 측정기 등을 이용하여 카페인 제거 반응의 효율을 정량할 것이다. 카페인을 정량하는 데는 널리 알려진 화학발광 반응인 루미놀 반응을 이용한다. 시간에 따른 발광 양상과 발광량의 변화로 카페인 제거 반응을 분석한다.

▪ 주제어: 카페인, 루미놀 반응, 발광 측정기, 이미지 분석

화학합성 플라스틱은 자연적으로 분해되지 않아 여러 환경 문제를 야기하고 있어 생분해성 바이오 플라스틱의 도입이 대체제로 주목받고 있다. 본 연구는 하수 슬러지 유래 플라스틱 분해 미생물을 탐구한다. 생분해성 바이오 플라스틱인 PLA, PHB와 화학합성 플라스틱인 PE, PP을 여러 비율로 블렌딩하여 제조한 필라멘트를 유일한 탄소원으로 45일 간 배양한 후 나노 드랍, Metagenome 분석을 진행하여 군집 분석 및 계통도 분석을 수행하였다. 생분해성 플라스틱을 분해 가능종은 샘플과 슬러지에서 각각 평균 31.47%, 15.04%로 나타났으며, 블렌드 플라스틱 종류와 혼합 비율에 따라 군집 우점 양상이 달라짐을 확인하였다. 본 연구는 생분해성 플라스틱 분해균의 범위 확대에 대한 가능성을 제시한다.

▪ 주제어: 생분해성 플라스틱, 미생물, 하수 슬러지, Metagenome, Phylogenetic Tree

자외선의 오랜 노출은 피부에게 악영향을 주므로 자외선 차단제는 필수적이며 그 중에서도 천연물질로만 이루어진 자외선 차단제는 환경보호를 위해 더욱 필요하다. 본 연구에서는 값싸고 풍부한 자원인 lignin과 식물성 향료인 에센셜 오일을 혼합하였을 때 π-π* stacking으로 인해 자외선 차단에 시너지 효과가 나타나는지 확인하고, 서로 다른 에센셜 오일인 cinnamaldehyde과 eugenol의 효과를 비교해보았다. 실험결과  cinnamaldehyde는 그 자체로도 자외선 차단 효과가 뛰어났으며 lignin과 혼합할 경우에는 시너지 효과가 발생하여 각 원액보다 자외선 차단 효과와 지속성이 향상되었으며, 시중에서 판매되고 있는 자외선 차단제보다도 더 높은 효과를 보였다. 반면 eugenol의 경우는 lignin과 혼합하였을 때 오히려 자외선 차단 효과가 저해되었다. 따라서 본 연구에서는 lignin과 cinnamaldehyde의 혼합액의 자외선 차단효과와 지속성을 입증함으로서 향후 자외선 차단제로서 이용될 수 있는 가능성을 제공한다.

▪ 주제어: 리그닌(lignin), 에센셜 오일(essential oil), 자외선 차단(UV protection)

최근 여러 국가들에서 심화되고 있는 물 부족 문제 해결에 기여하기 위해,  다공성 물질인 Metal Organic Framework(MOF)의 물 흡·탈착 기능을 활용하고자 하였다. 세 가지 종류의 MOF를 합성해 각각의 물 흡·탈착 성능을 온도에 따라 측정, 비교해보았다. 가루 형태의 MOF에 형태적인 고정성을 부여하기 위해서 앞서 실험에서 물 흡착이 뛰어났던 UIO-66-NH₂와 Melamine Foam 복합체를 합성하였고 그 과정에서 최적의 합성 조건을 탐색하였다. 합성한 MOF/MF 복합체의 SEM 사진을 통해 Melamine Foam에 합성된 MOF를 확인하였으며 물 흡·탈착 성능을 측정하였다. 본 연구를 통하여 합성하기 쉬우며 물 포집에도 뛰어난 MOF를 탐색하고 물 포집 장치에 적용하기 쉬운 형태의 MOF/MF 복합체를 합성할 수 있었다. 더 나아가  Melamine foam 이외에도 mesh와 고분자복합체를 합성하는 연구를 진행한다면 물 포집 장치 내에서 공기와 접하는 면적이 넓은 형태로 가공할 수 있을 것으로 예상한다. 

▪ 주제어: 금속유기골격체(MOF), MOF/MF 복합체, 뭏 흡·탈착, UIO-66-NH₂

에너지 하베스팅 시스템에 대한 관심이 커지면서 다양한 기술들이 연구 개발되고 있다. 그중 한 분야가 마찰전기 하베스팅이다. 마찰 표면을 나노 단위로 가공하여 효율을 증가시키는 연구가 주를 이룬다. 본 연구에서는 PDMS를 이용하여 PDMS의 합성 비율과 mm 단위에서의 표면 가공, 마찰 방식을 바꾸어 가며 마찰전기 에너지 하베스팅 소자의 효율에 관해 연구하고, PDMS보다 내구성이 강하지만, 대전 열상에서 조금 더 안쪽에 있는 PTFE를 이용해 마찰 방식과 정도에 따른 소자의 효율에 관해 연구한다. PDMS와 그 응용 소자의 마찰전기에 대한 반응의 경향성을 분석하고, 고효율의 소자를 구성하기 위한 PDMS 물질의 합성 비율과 표면 형태, 마찰 방식을 찾아낸다. 또한 PTFE와 비교하여 마찰전기 에너지 하베스팅 소자의 활용 스펙트럼을 넓히는 것에 의의가 있다.

▪ 주제어: PDMS, PTFE, triboelecticity, energy harvesting, efficiency

본 논문에서는 Pheophytin에 NaOH를 가해 Chlorin e6로 전환되는 과정에서 Purpurin 18이 형성되는 메커니즘 및 생성물 간의 비율에 온도, 산소의 유무 및 중화시 사용하는 산의 양이 미치는 영향을 탐구한다. 스피루리나에서 추출한 Chlorophyll a를 Hydrochloric acid를 이용해 Pheophytin으로 전환하고, 이 Pheophytin에 염기를 가해 Chlorin e6, salt 형태로 얻어내게 된다. 이 생성물에 다시 HCl을 가해 중화시키고, 가라앉는 물질을 원심분리를 이용해 얻어내서 동결건조시켜 말렸다. 생성물은 DMSO에 녹인 다음, UV-Vis Spectrophotometer을 이용해 생성물 간의 비를 구했다. 실험 결과, 온도와 Chlorin e6의 질량비 사이에는 r=0.897의 강한 양의 상관관계가 있었고, t-검정 결과 95% 유의수준에서 귀무가설을 기각할 수 있었다. 또한 NMR 데이터를 통해 Pheophytin이 잘 형성되었음을 다시 한번 확인할 수 있었고. 가수분해 생성물의 물성에 기반해 가수분해에 의해 만들어진 생성물은 Chlorin e6의 염과 Purpurin 18의 염이라는 잠정적인 결론에 도달하였다. 또한 산소의 유무는 생성물의 비율에 유의한 영향을 주지 않았음을 발견했고, 두 조건 모두에서 Chlorin e6가 sole product로 얻어졌다. 또한 산의 세기 역시 생성물의 비율에 유의한 차이를 가져오지 않았는데, 이는 Purpurin 18이 발생한는 과정이 순수한 hydrolysis임을 추정하게 했다. 이러한 반응의 데이터를 토대로, 이에 대한 여러 메커니즘을 제안하였다.

▪ 주제어: 광역학치료, 광민감제, 선택적 합성, Chlorin e6, Purpurin 18, NMR, 매커니즘

실내에서 초음파 가습기를 작동했을 때, 미세먼지 측정기의 값이 급격히 상승하는 현상이 발생한다. 이러한 현상이 실제 미세먼지의 발생을 나타내는 것인지, 또는 물분자의 잘못된 측정을 나타내는 것인지에 대한 검증 실험을 진행하였다. 이를 위해 수돗물과 증류수를 준비하고, 각각 물분자 제거를 위한 실리카겔 통과 유무를 구분하여 입자 크기별 미세먼지 발생량을 측정하였다. 실험 결과 입자의 크기가 0.7~1.0㎛의 크기에서는 물분자에 의해 수돗물 및 증류수 모두 미세먼지 측정량이 증가하는 것을 알 수 있었으며, 이보다 크거가 작을 경우 단순 물분자의 유무보다 수돗물에서 미세먼지 측정량이 증거하는 것을 알 수 있었다. 이를 통해 일부 입자 크기 영역에서 물분자에 의한 잘못된 미세먼지량이 측정되고 있음을 확인하였으며, 수돗물보다는 증류수의 사용이 실제 미세먼지 발생을 줄일 수 있음을 알 수 있다.

▪ 주제어: 가습기, 미세먼지, 실리카겔, 증류수

화강암에서 발견되는 주된 방사성 광물에는 모나자이트, 지르콘, 갈렴석, 제노타임, 토라이트 등이 있다. 화강암의 경우 방사성 광물은 대부분 0.1mm 이하의 미세광물로 흑운모 내부에서 빈번히 관찰된다. 방사성 광물에 포함된 방사성 원소인 토륨과 우라늄은 지속적으로 알파 입자를 방출하여 일정 개수 이상이 되면 자신을 둘러싸고 있는 흑운모 결정의 규칙적인 원자 배열에 손상을 주어 방사성 헤일로를 만든다. 방사성 광물 주변에 형성되는 방사성 헤일로는 방사성 핵종의 알파붕괴 에너지의 크기에 따라 10~40㎛ 정도 두께의 어두운 띠 형태로 관찰된다. 이 연구에서는 토륨을 함유하는 모나자이트의 방사성 헤일로의 두께를 측정하여 방사성 원소의 함량을 추정하는 방법을 고안했으며, 이는 서울지역 화강암에 포함된 모나자이트의 토륨 함량 분석 결과와도 잘 일치한다.

▪ 주제어: 방사성 헤일로, 다색성운, 모나자이트, 지르콘, EDS

 최근 해양환경오염의 주원인 중 하나인 바닷물 속에 부유하는 미세플라스틱을 효율적으로 제거하는 방법으로, Fe(OH)2와 같은 불용성의 금속 수산화물은 수중에서 부피가 크고 공극이 많은 비정형의 고형물을 형성하여 다른 미세입자를 쉽게 부착하여 침전한다는 점을 착안하였다. 실생활에서 발생하는 미세플라스틱을 제조하기 위해 PVC판을 직접 갈고 500㎛ 크기 이하의 미세플라스틱을 얻기 위해 체로 걸러 얻어냈다. 불용성 철 수산화물 Fe(OH)2는 FeSO4와 NaOH를 반응시켜 형성하였으며, 침전 반응 후 수중에 존재하는 미세플라스틱이 제거됨을 확인하였다. 또한, 형성된 응집고형물의 침전시간에 따라 수중에 부유하는 미세플라스틱의 제거 효율이 달라짐을 확인하였다.

▪ 주제어: 미세플라스틱, 공침, Fe(OH)2

머신 러닝은 라만 분광법에서 특히 화학종 식별을 위해 많이 응용되고 있다. 그러나, 이들 방법의 대부분은 필수 사전 단계로 기준선 보정 또는 PCA와 같은 사소한 전처리를 요구한다. 본연구에서는 임시 전처리 단계 없이 라만 스펙트럼에 따라 물질을 자동으로 식별하도록 훈련되는 신경망을 제시한다. 미네랄 샘플 데이터를 포함하는 RRUFF 스펙트럼 데이터베이스를 사용하여 이 방법을 검증하였으며, 널리 사용되는 SVM (support vector machine)을 포함하여 자주 사용되는 다른 머신 러닝 알고리즘과 비교하여 우수한 분류 성능을 입증하였다.

▪ 주제어: Raman Spectra, Convolutional Neural Networks(CNN), Suppor Vector Machin(SVM), Principle Component Analysis(PCA)