□ 연구개요 근접장 복사열전달을 이용한 쇼트키 접합 기반 열광전변환 현상의 메커니즘을 분석하고, 나노스케일에서 실험을 통해 근접장 열광전변환 현상을 실증하고 열광전지 시스템의 성능 향상을 규명함. 또한, 근접장 열광전변환 현상 분석 및 실증 경험을 기반으로 태양광을 열원으로 하는 근접장 태양 열광전지 시스템의 성능 분석 모델을 확립하고 실증함. □ 연구 목표대비 연구결과 쇼트키 접합 기반 근접장 열광전지의 층별 생산 광전류를 반영해 전력 생산량을 구하는 해석 모델을 개발했고, 다층 구조의 최적화를 통해 쇼트키 접합 기반 근접장 열광전지를 설계함. 또한, 쇼트키 접합 기반 광냉각기의 층별 전류 손실을 반영하여 복사 냉각 파워 및 COP를 계산하는 해석 모델을 개발하였고, 광학 필터 및 금속 재배열을 통해 근접장 광냉각기의 성능을 향상시킴. 근접장 복사열전달을 증폭하기 위해 표면 플라즈몬 공명 특성을 조절할 수 있는 금속 박막을 설계하고, 근접장 복사열전달 측정용 MEMS 디바이스를 제작, 집적된 열유속 센서를 이용하여 나노 거리에 따른 근접장 복사열전달률을 측정하고 시뮬레이션 결과와 비교함. 쇼트키 접합 기반 근접장 열광전지 및 광냉각기에 적합한 반도체 및 금속 물질을 선정하고, 쇼트키 접합 광전지셀을 직접 제작한 뒤 성능을 체계적으로 분석함. 근접장 열광전변환 구현을 위해 히터와 거리센서가 탑재된 방사체 MEMS 디바이스를 제작하고, 나노 포지셔너를 포함한 실험장치를 구성해 쇼트키 접합 광전지셀과 평행도 및 나노 거리를 유지함. 방사체를 가열하고 광전지셀을 상온으로 유지하며 나노 거리에 따른 근접장 복사열전달 크기 및 전력 생산량 증폭을 측정하여 근접장 열광전지를 구현함. 태양에너지를 열원으로 하는 근접장 태양 열광전지 시스템의 효율을 계산할 수 있는 모델을 확보하고, 태양 집광비와 흡수체 면적비 등 주요 변수에 따른 전력 생산량 및 시스템 효율을 파악함. 집광된 태양에너지를 구현하고, 방사체와 태양 흡수체를 포함하는 중간구조를 제작하여 가열함. 중간구조를 단열해 집광된 태양에너지로 고온 가열하고, 광전지셀과의 나노 거리를 변화시키며 전력 생산량 증폭을 측정하여 근접장 태양 열광전지를 구현함. 계획했던 1차년, 2차년, 3차년, 4차년 연구 목표 및 변경된 5차년 연구 목표를 100% 달성함. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 쇼트키 접합 기반 근접장 열광전지와 근접장 태양 열광전지가 최초로 구현되어 고효율, 고밀도 재생에너지 발전의 원천 기술이 마련됨. MEMS 기술에 기반해 나노 거리 구현 면적 및 발전 면적의 한계를 극복하여 실용성을 향상시키는 후속 연구를 진행하여 기술을 발전시킬 계획임. 또한, 근접장 복사열전달 기반 시스템의 다양한 성능 계산 모델과 구현을 위한 실험적 기법을 개발, 검증하였으므로 이를 신개념 근접장 복사열전달 기반 에너지 디바이스 제안 및 표면파를 이용한 열광전변환 성능 향상 등의 도전적인 실험 연구에 활용할 것임. 근접장 태양 열광전지는 쇼클리-퀘이서 한계를 뛰어넘는 고효율 및 고밀도 발전이 가능하여 태양에너지로부터 더 작은 발전 면적에서 더 많은 전력을 생산할 수 있음. 즉, 재생에너지 발전에 열악한 환경에서도 재생에너지 발전 비율을 늘릴 수 있는 전략적 중요 기술임. 또한, 태양에너지를 열 에너지의 형태로 변환한 다음 활용하므로 열 저장소와 결합하면 태양에너지 수급의 불안정성을 기존 EES보다 낮은 비용으로 극복할 수 있음. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이봉재
• 주관연구기관 : 한국과학기술원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 근접장 복사열전달;표면 플라즈몬;쇼트키 다이오드;열광전변환; 2. Near-field thermal radiation;Surface plasmon;Schottky diode;Thermophotovoltaics;

◻ 연구개요 ○ 고아 핵수용체 small heterodimer partner (SHP/NR0B2)는 답즙산 대사 (bile acid metabolism)를 비롯한 다양한 대사 경로에 전사 억제자로써 중요한 역할을 담당하고 있음. ○ 하지만, 지금까지 SHP에 의한 간조직의 글리코겐 (glycogen) 및 약물 대사 (drug metabolism), 특히 빌리루빈 (bilirubin) 대사와 관련된 조절 기전 연구는 매우 미비함. ○ 본 연구진은 미발표된 선행 연구를 바탕으로, “Shp^-/- mice 간조직은 매우 많은 양의 글리코겐이 축적되며, 이는 UDP-glucose dehydrogenase (UGDH)를 encoding하고 있는 Ugdh 유전자의 발현량 감소와 관련되어 있다”는 가설을 세움. 이를 검증하기 위해, heterozygous Ugdh^+/- mice를 제작 및 확보 완료하였음 (homozygous Ugdh^-/- mice는 embryonic lethality를 보임으로써 성체에서 연구 불가함!). ○ 따라서, 본 연구과제는 핵수용체 SHP-UGDH axis에 의한 간조직의 글리코겐 및 빌리루빈 대사와 관련된 조절 기전을 이해하고, 이를 바탕으로 한 새로운 신호 전달 체계를 확립하고자 함. ◻ 연구 목표대비 연구결과 ○ fed/fasting mouse liver tissue에서 전사체(transcriptome) 분석으로 glycogen accumulation의 후보 타겟 유전자로서의 Ugdh의 발굴 ▶ Volcano plot과 Volume plot에서 통계적으로 유의미하게 차이가 있는 유전자들을 분석한 결과, 본 연구진을 Ugdh 유전자 발현이 Shp^-/- 간세포에서 감소되어 있음을 확인하였음. ▶ Ugdh는 UDP-glucose dehydrogenase (UGDH) 단백질을 암호화하는 유전자로써, UGDH는 UDP-glucose를 UDP-glucuronate를 바꾸는 효소이고, 이는 우론산 경로 (Uronic acid pathway)의 key enzyme임. ▶Shp^-/- 간세포는 glycolysis 및 TCA cycle의 저해가 있어나 glucose 소비를 잘 하지 못함. 남는 glucose는 UDP-glucose로 변환되는데 이때, Shp^-/- 간세포는 Ugdh의 발현양이 감소하여 UDP-glucose를 UDP-glucuronate로 잘 변화시키지 못함. 이에 따라 축적된 UDP-glucose는 glycogen synthase (GS)에 의해 glycogen 합성을 증가 시킬 수 있음. ▶ RNA-seq analysis의 Volcano plot과 Volume plot에서 통계적으로 유의미하게 차이가 있는 유전자들을 분석한 결과, 본 연구진을 Ugdh 유전자 발현이 Shp^-/- 간세포에서 감소되어 있음을 확인하였음. 이와 함께 핵수용체인 Rev-erbα가 유의미하게 변화한다는 것을 확인함. ▶ Rev-erbα는 최근 연구에서 Circadian rhythm조절 뿐만 아니라 metabolism관련 유전자 조절에도 관여한다는 것이 밝혀짐. 따라서 SHP 전사체분석에서 유의미하게 변한 Rev-erbα가 DNA-binding site가 없는 SHP과 상호작용하여 타겟유전자 조절에 관여할 가능성이 높음. ◻ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ○ 본 연구과제는 주로 전사억제자 (transcriptional corepressor)로서 작용 하는 SHP이 어떠한 전사기전을 통해 영양분 인식, 오타퍼지 및 에너지 대사를 조절할 수 있는지를 밝힘으로써, 대사증후군 (metabolic syndrome)의 예방 및 치료와 관련된 전략을 수립하는 원리증명 (proof-of-principle) 제공에 기여하고자 함. ○ 또한, tumor suppressor gene으로서 핵수용체 SHP에 대한 이와 같은 연구결과는 간암의 발병기전 및 간암대사 (liver cancer metabolism) 연구에 중요한 기초 지식을 제공할 수 있을 것으로 기대함. ○ 더 나아가 현대인에게 만연된 각종 대사질환 및 간암 치료에 적용할 수도 있는 핵수용체 SHP의 endogenous 또는 synthetic ligand 발굴 필요성을 제시할 수 있을 것으로 기대함. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김은영
• 주관연구기관 : 경북대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 핵수용체 Shp;유전자발현;글리코켄;빌리루빈; 2. nuclear receptor Shp;gene expression;glycogen;Bilirubin;Ugdh;

□ 연구개요 ● 단일 프레임에서 탄성산란, 비탄성산란, 분리반응 등을 포함하는 직접반응, 그리고 핵융합 반응 등을 동시에 계산할 수 있는 결합채널 방법을 완성하고자 한다. ● 결합채널 및 광학모델 방법을 이용하여 양성자 과잉 핵종의 분리반응 효과를 살펴보고자 한다. ● 쿨롱 쌍극자 및 사극자 들뜸퍼텐셜에 포함된 강도분포 (strength distribution)내의 광자수 (photon number) 계산을 위해, 새로운 계산 프로그램을 개발하고자한다. □ 연구 목표대비 연구결과 ● 양성자 과잉 핵종인 17F+208Pb, 10C+208Pb, 17Ne+208Pb 시스템들의 분리반응 특성에 대해 광학모델 및 결합채널 접근법을 적용하여 살펴봄. ● 쿨롱 쌍극자 및 사극자 들뜸퍼텐셜 내의 강도분포와 관련된 광자수 계산 프로그램 개발함. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ● 본 연구의 결과들은 중이온가속기를 활용에도 중요하고 그 결과들은 다양한 핵반응 실험, 핵의 구조 연구, 핵천체 물리 실험 등에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. ● 저에너지 핵물리에서의 핵반응 양상을 살펴봄으로써, 양성자 과잉핵 및 중성자 과잉핵들의 특징을 살펴볼 수 있다. ● RAON을 통해 양성자 과잉 핵종에 대한 직접적인 공명반응 실험결과를 얻을 수 있다면 안정선에 먼 proton drip line 근처의 양성자 과잉 핵종 생성과정도 이해 할 수 있을 것으로 기대된다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 소운영
• 주관연구기관 : 강원대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 중핵반응;중성자 과잉 핵종;양성자 과잉 핵종;결합채널 방법;광학모델 방법; 2. Heavy nuclei reaction;Neutron rich nuclei;Proton rich nuclei;Coupled channel method;Optical model method;

□ 연구개요 본 연구는 방사선 유도 종양엑소좀을 암치료제로 개발하기 위한 가능성을 연구하는 기반 연구로, 방사선 유도 종양엑소좀에 의한 종양의 성장변화를 확인하고, 정량/정성적 분석을 통해 유의미한 인자를 발굴하고자 하였음. 총 3년으로 계획되었고, 1차년도에는 다양한 종양 세포주를 이용한 동물모델에서 방사선 유도 종양엑소좀의 분리법을 최적화하였음. 2차년도에는 분리된 종양엑소좀에 대해 질량분석법과 바이오인포매틱스 분석을 통해 방사선에 의해 유도되는 엑소좀 내 특이적 단백질들을 프로파일링하였음. 3차년도에는 방사선 유도 종양 엑소좀의 항암활성 기능을 마우스 종양 내 주입 후 성장 억제를 통해 확인하였고, 유세포분석 기반 면역세포 프로파일링을 통해 방사선 유도 종양 엑소좀이 T세포 활성화를 유도하고 특히 항 PD-L1 요법과의 병용 효과를 함께 확인하였음. □ 연구 목표대비 연구결과 1) 1차년도 목표: 방사선 유도 종양엑소좀의 분리 및 정량 분석 - 4T1 마우스 유방암 세포주를 대상으로 in vitro 와 in vivo 조건에서 방사선 조사 후 유도되는 종양 엑소좀을 분리하였음 - 분리된 엑소좀에 대해 나노입자분석을 시행하고 정량화 하였음 2) 2차년도 목표: 방사선 유도 종양 엑소좀의 종양 억제 기전 발굴 - In vitro 와 in vivo 조건에서 분리된 방사선 비유도/유도 종양 엑소좀에 대해 TMT 기반 proteomics 분석을 시행하였음 - 각 조건별 공통적/특이적 단백질 리스트를 확보함과 동시에 관련 pathway 분석을 완료하였음 3) 3차년도 목표: 방사선 유도 종양 엑소좀의 치료적 효용성 연구 - In vivo 종양 엑소좀의 생체 내 분포를 생물발광법으로 확인하였고, 분리된 수지 상세포에 처리 시 수지상세포의 활성도가 증가됨을 확인하였음 - 4T1 마우스 종양 모델을 수립하고 종양 내 주입시 방사선 유도 엑소좀이 비유도 엑소좀에 비해 종양 성장 억제 효과가 크다는 것을 확인하였음. - 항PD-L1 항체와 병용 시 방사선 치료군과 동일한 종양 억제 효과가 관찰되었음 - 유세포분석법과 효소면역측정법으로 평가한 결과 방사선 유도 종양 엑소좀은 종양내 세포 독성 T 세포의 활성도를 증가시켰고, 림프절에 수지상세포의 활성을 증가시켰으며 혈액 내 면역 증진 관련 사이토카인을 활성화시킴을 확인하였음 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 1) 연구개발 결과의 중요성 - 학문적/과학적 측면: 방사선 치료의 종양 억제 기전 및 엑소좀의 기여에 대한 의과학적 탐구 - 사회적/경제적 측면: 차세대 암치료제로 개발 가능성과 기술 선점 가능성 2) 연구 개발 성과의 활용 계획 및 기대 효과 - 본 연구에서는 in vitro 조건에서 방사선에 의해 유도되는 엑소좀 대비 in vivo 조건에서 유도되는 엑소좀 내 발현되는 다양한 단백질들의 리스트를 확보하였음. - 방사선 유도 엑소좀의 항종양능이 일반 엑소좀에 비해 우수함을 확인하였음. - 방사선 유도 엑소좀은 향후 진단이나 치료 영역에서 활용 가능할 것으로 기대됨 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 조원경
• 주관연구기관 : 삼성서울병원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 엑소좀;방사선 치료;암치료;단백체분석;항암면역; 2. Exosome;Radiation therapy;Cancer treatment;Proteomic analysis;immuno-oncology;

2050년까지 탄소 순 배출 제로 목표를 달성하기 위해서는 원자력발전을 비롯한 대규모의 저탄소 에너지원 전개가 요구되고 있으며, 많은 연구 결과들이 기후변화와 세계적인 에너지 수요 증가에 대처하기 위한 방법 중 하나로 원자력발전의 중요한 역할을 강조하고 있다. 아울러, 전력 공급뿐만 아니라 담수 및 수소 생산 등의 다양한 필요를 충족시키기 위하여 전 세계적으로 floating nuclear power plants(FNPPs)에 대한 관심이 증가하고 있다.

• 연구책임자 : 김주민
• 주관연구기관 :
• 발행년도 : 20231218
• Keyword :

□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 TiO2 광촉매를 이용한 일사 저항형 Thermochromic 파우더의 도료화 기술 개발 ◼ 전체 내용 최근 여름철 외기온도가 상승되면서, 건물외피의 표면온도가 지속적으로 상승되고 있다. 가열된 건물외피의 표면은 실내로 더 많은 열을 전달하여 냉방기의 용량 및 가동시간을 증가시켜 냉방에너지 소비를 더욱 촉진시킨다. 특히, 지붕표면은 타 구조보다 더 긴 시강동안 높은 고도의 강한 일사에 노출되기 때문에, 표면온도가 매우 높다. 이러한 지붕의 표면온도를 감소시키기 위해 최근 태양일사의 반사에 탁월한 흰색 도료 형태의 Cool Roof 시스템이 보급되고 있다. 그러나 현재와 같은 Cool Roof 시스템은 연중 여름철이 우세한 지역에 적합한 방식이다. 반면, 국내와 같이 겨울철이 긴 기후지역에서는 Cool Roof가 지붕의 표면온도를 더욱 냉각시킴으로서 난방에너지 소비를 촉진시키는 동시에 연간 건물에너지 및 온실가스 배출 또한 증가시킨다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 연구는 Thermochromic 재료를 이용한 'Cool & Warm Roof' 시스템을 제안한다. Thermochromic 재료는 온도에 따라 색이 검정계열에서 무색(투명)으로 변화하기 때문에, 흰색계열의 도료와 순차적으로 시공된다면 지붕표면의 일사를 조절함으로서 여름철과 겨울철에 지붕표면 온도를 유기적으로 변화시킬 수 있다. 그럼에도 불구하고, Thermochromic 재료는 태양 자외선에 노출되면 변색 기능이 파괴되기 때문에, 이를 지붕 표면에 적용하기 위해서는 자외선 취약에 대한 문제를 해결해야 한다. 그 해결책으로서 본 연구는 TiO2 광촉매를 통해 Thermochoromic 재료의 자외선 문제를 해결할 계획이며, 동시에 이를 지붕에 적용하기 위한 도료화 방안을 제시할 것이다. 따라서, 본 연구는 'Cool & Warm Roof를 구현하기 위해 TiO2 광촉매 기반의 일사 저항형 Thermochromic 분말의 도료화 기술 개발‘에 최종 목적이 있다. Thermochromic 기술은 촉매제 내에 유기산화물과 착색제를 첨가한 후, 이를 캡슐화한 나노기술의 하나이다. 촉매제의 융해점을 기준으로 고온 혹은 저온에서 색상이 서로 다르게 나타나는 특징을 가진다. Thermocromic 재료는 일반적으로 (1) Liquid Crystal과 (2) Leuco Dye로 구분된다. 이중, Leuco Dye 타입은 일반적으로 유색에서 무색(투명)으로 변화시키며 마이크로파우더(미세분말) 현태로 존재한다. 또한 고온에 내구성 가지며 다른 입자들과 혼합되어도 본연의 성능을 유지시킬 수 있는 장점을 가진다. 이로 인해, 물, 페이트, 오일 등과 혼합되어 도장의 원료나 미용, 자동차 등 많은 산업에 광범위하게 이용될 수 있다. 만약, 지붕의 표면에 반사율이 높은 흰색계열의 도료를 도포한 후, 검정계열에서 무색(투명)으로 변화하는 Thermochromic 기반의 도료를 그 위에 도포한다면, 특정온도에서 지붕의 표면이 검정계에서 흰색계열로 변화될 수 있다. 이러한 지붕 표면의 색 변화는 태양일사를 계절에 따라 조절할 수 있기 때문에, 지붕의 표면온도를 계절 변화에 따라 감소 혹은 증가시킬 수 있다. 그러나 현재 모든 Thermochromic 재료들은 태양의 강한 자외선에 노출되면 내부의 조직이 파괴되어 변색 기능을 상실하게 된다. 특히, Thermochromic Leuco Dye 타입은 고온에 저항성이 있기 때문에 뜨거운 열과 같은 고온에서도 변색기능을 유지할 수 있지만, 실외의 강한 자외선에 노출되면 다른 재료와 마찬가지로 변색기능이 파괴되고 일사 반사 능력이 현저하게 떨어지는 심각한 단점을 가진다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 이산화 티타니움 (TiO2)를 이용하였다. TiO2는 일사의 자외선 및 짧은 파장의 가시광선 영역을 반사하는 특징을 가진다. 특히, TiO2는 입자의 크기에 따라 표면으로 투영되는 일사를 산란시키는 능력에서 차이를 보인다. 따라서 기존 Thermochromic Leuco Dye 타입의 일사에 대한 취약성을 보완함과 동시에 최적의 일사 반사율을 가질 수 있는 TiO2 의 종류 및 입자크기를 결정짓는 것에 중점을 두었다. 또한 일사 저항성을 가진 TiO2 및 Thermochromic의 최적 혼합물이 도출된 후, 이를 도료화하는 방법 또한 도출하였다. 이들 혼합물과 지붕에 도포하는 일반 도료와의 혼합과정에서 발생될 수 있는 화학적 위험성을 관철하고, 도료화가 완성되었을 때 지붕 표면과의 부착성, 마모(벗겨짐), 변색 기능의 유지 등에 대한 분석 또한 수행하였다. ◼ 1단계 ❏ 목표 국내 기후조건을 고려한 Cool & Warm Roof 최적 디자인 도출 ❏ 내용 연간 기후변화에 따른 지붕의 일사 조절을 위한 표면 색상변화 시스템의 디자인 도출, 최적 Thermochromic 안료 및 TiO2 분말의 입자크기 결정 및 지붕과의 융합 방안 도출 ◼ 2단계 ❏ 목표 혼합 Thermochromic 안료 제작 및 사전 성능 테스트 ❏ 내용 Thermochromic 안료 및 TiO2 분말의 최적 혼합을 위한 혼합 방식 결정 및 혼합 테스트, 혼합 안료 및 액체 도료 용매와의 혼합 결과 분석, 혼한 Thermochromic 도료의 지붕 표면 적용을 위한 사전 테스트 수행 ◼ 3단계 ❏ 목표 기존 지붕 대비, Thermochromic 도료 적용에 따른 지붕 표면 온도 저감 효과 분석 ❏ 내용 국내 건축물에서 주로 활용되고 있는 녹색 및 회색 표면 대비, Thermochromic 기반 Cool & Warm Roof 시스템의 표면온도, 실내 천정온도 및 실내 공기온도의 쾌적성 검증 □ 연구개발성과 Thermochromic 도료의 연구와 관련하여 국내외 연구개발의 격차는 약 15년 이상이라고 사료된다. 또한 미국과 일본 및 일부 유럽국가에서는 이미 이러한 스마트 도료가 빠르게 보급되면서 그 성능 또한 연구를 통해 지속적으로 발전되고 있다. 반면, 국내에서는 몇몇 연구문헌에서 Thermochromic 안료에 대한 소개와 간단한 성능 정도가 보고되고 있고, 이를 활용한 응용사례나 혁신 연구에 대한 보고는 아직 충분하지 않은 것으로 분석된다. 이미 국외에서는 Thermchromic 안료가 건축뿐만 아니라 금속, 목재, 플라스틱 등 다양한 산업에서 활용되고 있으며, 에너지 절감의 관점에서도 일부 건축물 적용에서 상당한 효과를 발휘하는 것으로 나타나고 있다. 특히, 금속 피막의 내구성 강화를 위한 연구가 상당히 진행되었으며, 곧 자외선에 완전히 저항할 수 있는 기술이 완성될 것으로 보인다. 따라서 비용 대비, 에너지 절감 효율이 매우 탁월한 재료이며 미래 스마트 에너지 절감 재료로서 폭넓게 활용이 가능함으로, 본 연구가 국내 Thermochromic 안료 및 도료 기술발전의 기폭제 역할이 될 것으로 매우 기대하고 있다. □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 건축물 관련 에너지 절감을 위한 요소기술은 이미 선진국 수준으로 다달았으며, 현재는 이러한 요소기술 적용에 따른 적용과 효과에 대해 국가 인증을 통해 검증하는 단계에 있다. 그럼에도, 건축물에서 좀 더 효율적이고 경제적인 에너지 절감을 위해서는 가벽고 적용이 쉬운 스마트 재료들의 개발과 적용이 필요한 시점이다. 이미 해외에서는 도료라는 주제로 스마트 기술을 적목하여 간단한 적용으로 효과적인 건물에너지 절감을 도모하고 있으며, 어느 정도 완성기에 접어들고 있다. 반면, 국내는 해외 기술과 약 10년 이상 차이가 있을 만큼, 스마트 재료 및 이러한 도료 기술에 소극적이며, 연구 문헌의 비교를 통해서도 그 차이를 확인할 수 있다. 본 연구 과정 중에서 코로나19라는 예상치 못한 사태가 발생되어 연구 진행에 많응 어려움이 있었지만, 어렵게 실험을 통해 스마트 도료 기술을 통해 효과적으로 건물에너지 절감을 도모할 수 있다는 것이 확인 되었다. 따라서 본 연구를 통해 향후, 본 기술의 성숙기로의 진입을 기대하며, 다양한 산업에서 본 도료를 통한 응용연구 및 기술개발이 추진되기를 기대한다. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 백상훈
• 주관연구기관 : 한경대학교
• 발행년도 : 20230600
• Keyword : 1. 온도변색도료;이산화티타니움;스마트지붕시스템;일사조절;건물에너지절감; 2. Thermochromic Paint;Titanium dioxide;Smart Roof System;Solar Radiation Control;Building Energy Reduction;

□ 연구개요 본 과제는 “방사성 세슘에서 방출되는 에너지를 활용한 방사성 세슘 제거 향상 기술 개발”로 방사성 세슘을 선택적으로, 그리고 높은 효율로 흡착할 수 있는 프루시안 블루 계열 (Prussian Blue Analogues, PBA)를 이용하여 방사성 액체 폐기물 중 방사성 세슘을 제거/회수하고, 이때 흡착된 방사성 세슘에서 방출되는 에너지가 이 프루시안 블루를 환원시킴과 동시에 방사성 세슘이 추가로 흡착되어 더 많이 제거되도록 하는 것이다. □ 연구 목표대비 연구결과 본 과제에서는 외부에서 조사되는 빛이나 전기에너지 그리고 방사성 폐기물에서 방출하는 에너지를 통해서도 프루시안 블루의 환원 및 세슘 이온 추가 흡착이 일어날 수 있는지 살펴보았다. 구체적인 연구수행 내용을 요약하면 다음과 같다. (1) 방사성 세슘(¹³⁷Cs) 에서 방출하는 에너지를 활용한 방사성 세슘 흡착 성능 극대화할 수 있는지 살펴보았다. 이를 위해, 수중에서 방사성 세슘으로부터 방출하는 에너지를 활용한 고도산화 반응들을 살펴보았고, 외부 광원 없이 방사성 물질에서 방출되는 에너지가 과산화수소를 분해하여 강력한 산화력을 갖는 OH라디칼을 만들고, 이를 통해 오염물질이 분해될 수 있음을 알 수 있었다. (2) 방사성 세슘에서 방출하는 에너지를 활용하는 프루시안 블루 흡착제를 찾을 수 있었다. 다양한 프루시안 블루 중 방사성 세슘에서 방출하는 에너지를 흡수하여 이용할 수 있는 프루시안 블루를 찾아보고 이들의 물리 화학적 특성에 따른 방사성 세슘 제거 효율을 비교해 보았다. 또한, 프루시안 블루가 방사성 세슘에서 방출하는 에너지를 직접 이용하는 것과 광촉매가 방사성 세슘에서 방출하는 에너지를 흡수하고 이를 이용해 프루시안 블루에 추가적인 세슘 흡착이 일어나는 것을 비교해 보았다. (3) 방사성 세슘 흡착 및 탈착 시스템을 활용한 방사성 폐기물 저감 기술을 개발하였다. 방사성 물질을 흡착하는 흡착제 자체가 2차 폐기물이 되고 있어서 방사성 폐기물의 양을 줄이기 위해서는 흡착 효율이 높은 흡착제 개발뿐만 아니라 탈착을 통해 흡착제를 재사용하고 방사성 물질을 농축하여 최종 발생 폐기물의 양을 줄일 수 있는 기술이 필요하다. 본 연구에서는 탄소나노섬유 전극을 이용하여, 전기화학적 흡착 및 탈착 반응을 통해 방사성 세슘을 선택적으로 흡착시키고, 다른 화학물질의 사용 없이 탈착 반응을 일으켜, 흡착제를 재생시킴과 동시에 발생 폐액의 농축이 가능하도록 하였다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 최근 들어 방사성 세슘의 제거에 관한 관심이 높아지고 있는 이유는 2011년 후쿠시마 원전 사고로 환경에 다량 유출되었고, 현재도 진행 중이기 때문이다. 또한, 원자력발전소 해체를 위한 제염과정에서 다량의 방사성 세슘 폐기물이 발생할 수 있다. 특히, 방사성 오염 폐수 내의 고 방사성 주요 핵종이 방사성 세슘과 스트론튬이며 이중 감마선을 방출하는 방사성 세슘은 그 농도가 높아 작업자의 안전을 가장 위협하는 인공 방사성 핵종이다. 방사성 세슘을 흡착하는 기존 흡착제의 경우 흡착 후 그대로 방사성 폐기물로 처리되기 때문에 2차 폐기물의 양을 획기적으로 줄일 수 있는 기술 개발이 필요하다. 본 과제를 통해 개발한 방사성 세슘에서 방출하는 에너지를 활용한 방사성 세슘 제거 향상 기술 및 방사성 세슘 흡탈착 기술 개발을 통해 방사성 폐기물의 양을 줄임으로써 경제적으로 가치 있다. 그뿐만 아니라 본 연구의 결과는 앞으로 방사성 오염 폐수 처리에 접근하는 새로운 방식을 제시할 수 있을 것으로 기대된다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김순현
• 주관연구기관 : 대구경북과학기술원
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 방사성 세슘;프루시안 블루;광촉매;흡착;탈착; 2. Radioactive Cesium;Prussian Blue;Photocatalysis;Adsorption;Desorption;

연구개요 방사선 저항성 진핵 미생물로 알려진 크립토코쿠스 네오포만스의 신호 전달인자(전사조절인자 및 인산화 효소) 변이균주 라이브러리를 이용한 표현형 분석 및 시스템학적 접근(전사체 및 인단백질체)을 통해 방사선 저항성 인자를 시스템 수준에서 동정 및 분석하여 해당 진균의 방사선 반응 및 저항성 메커니즘을 이해하고 최종적으로 진핵 생물 기반 방사선 생물학의 기초 연구 자료로 활용하고자 함 연구 목표대비 연구결과 본 연구는 다음과 같이 연구목표를 바탕으로 연구를 수행하였음. 1) 방사선 저항성 진균의 신호전달 변이균 라이브러리를 이용한 방사선 반응 연구. 2) 방사선 반응 하위 인자의 기능적 네트워크 분석. 3) DNA 손상 복구 탈인산화 효소의 방사선 반응 및 DNA 손상 복구 기능 규명. 4) DNA 신호전달 경로의 약물 저항성 기작 규명을 목표로 하였음. 1의 연구 목표를 수행하기 위하여 전사조절인자 및 인산화효소 변이균주 라이브러리를 이용하여 방사선 및 DNA 손상 스트레스 표현형 분석을 수행하였고 신규 인산화 효소(LAMMER)를 동정하여 방사선 및 DNA 손상 스트레스 복구 기능 연구를 수행하였음. 2의 연구 목표를 수행하기 위하여 Rad53-Bdr1 신호전달경로에 의해 조절되는 상동재조합 및 비상동말단재조합 조절 기능 연구, DNA replication 스트레스 조절을 통한 DNA 손상 복구 기능 연구, 전사조절인자(Bdr1, Hcm1)의 방사선 반응 전사체 분석 연구를 수행하였음. 특히 상동재조합 및 비상동말단재조합 조절 기능 연구를 통하여 DNA 손상 복구 결손시 유전적 불안전성이 발생하고 이를 통해 약물 저항성 출현 빈도가 높게 나타남을 확인하였음. 3의 연구 목표를 DNA 손상 반응과 관련있는 2개의 탈인산화효소(Pph3, Ptc2)를 동정하고 해당 탈인산화효소가 Rad53-Bdr1 신호전달경로에 어떠한 상관관계를 가지는지 확인하였음. 4의 연구 목표를 수행하기 위하여 다양한 크립토코쿠스 종의 Rad53-Bdr1 변이균주 제조하였고 해당 균주를 이용하여 약물 저항성 및 전사체 분석을 통해 약물 저항성 기작을 규명하였음. 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 연구는 통해 규명된 방사선 저항성 진핵 미생물 모델을 이용한 방사선 저항성 및 반응 메커니즘의 이해는 고등생물의 복잡한 방사선 반응의 이해 증진을 위한 기초 자료로 사용할 수 있기 때문에 가치가 크다고 판단됨. 또한 본 연구를 통해 확보된 자료는 유사분야 연구(예. 우주작물 재배 등)의 기초자료로 직접 혹은 간접적으로 이용함으로써 방사선 생명공학 분야 이외에 새로운 가치를 창출할 수 있을 것으로 생각됨. 최근 연구 결과와 본 연구를 통해서 DNA 손상 복구 유전자들의 변이가 생긴 균주의 경우 항균 활성 약물 저항성 균주들의 출현율이 높게 나타남을 확인할 수 있었음. 본 연구를 통해 확보된 DNA 손상 복구 조절 제어를 통해 약물 저항성 변이 및 병원성 변화 예측 연구가 가능할 것으로 판단됨. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 정광우
• 주관연구기관 : 한국원자력연구원
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 방사선;크립토코쿠스;디엔에이 손상;전사조절인자;인산화 효소; 2. Radiation;Cryptococcus;DNA damage;Transcription factor;Kinase;

□ 연구개요 Particle-in-cell (PIC) 시뮬레이션 코드를 개발하고 이를 활용하여 자기 재결합 과정에서 가속된 전하 입자들이 주변 플라즈마와 반응하며 생기는 복사 메커니즘을 규명하고 태양-지구 환경에서 관측되는 solar type III radio burst와 그 기원이 잘 알려져 있지 않은 고 에너지 천체물리 현상중의 하나인 fast radio burst (FRB)의 이해를 목표로 한다. 또한 자기 재결합과 충격파와 같은 불안정한 플라즈마 환경에서 가열 (heating), 가속(acceleration) 된 입자들은 주변 플라즈마와 다른 특성들은 갖게 되는데 특히 입자들의 표류(drift) 속도 차나 온도 차에 의해 다양한 불안정성이 야기된다. 본 연구에서는 가장 일반적인 플라즈마 시스템에서의 다양한 불안정성을 기술할 수 있는 이론적 수식 및 선형 안정성 분석(linear stability analysis) 코드를 개발하여 자기 재결합 환경 및 충격파(shock)에서 나타날 수 있는 불안정성 및 파동 그리고 파동과 입자들의 상호 작용을 연구한다. □ 연구 목표대비 연구결과 2D PIC 시뮬레이션과 선형 안정성 분석(linear stability analysis) 코드를 개발 완성하였다. 본 연구에서 개발된 PIC 코드는 다양한 우주 천체 플라즈마 환경에서 활용 가능하다. 또한 본 연구에서 개발된 선형 안정성 분석 코드는 입자들의 표류 속도 및 입자 온도 비등방성까지 고려하여 플라즈마 시스템에서의 다양한 불안정성을 기술할 수 있다. 자기 재결합에 의한 고에너지 전자의 분출이 plasma dipole oscillation (PDO)를 생성할 수 있는지를 확인하고 이것이 효과적으로 복사를 방출할 수 있는지를 연구하였지만 자기 재결합에서 PDO가 생성이 확인되지 않았고 이로 인해 coherent radiation이 방출 또한 확인하지 못했다. 하지만 본 연구에서는 bi-Maxwellian 분포를 갖는 background 전자와 양성자 그리고 전자 빔, 양성자 빔을 고려하여 가장 일반적인 플라즈마 시스템에서 적용 가능한 선형 안정성 분석을 위한 수식을 정립하고 코드를 개발하였다. 자기 재결합 및 충격파와 같은 플라즈마 시스템에서는 background와 빔의 표류 속도 차이 및 각 입자 성분들의 온도 차이로 인해 다양한 불안정성이 야기되는데 자기 재결합 과정에서 나타날 수 있는 ion acoustic, whistler, lower hybrid drift와 같은 다양한 불안정성을 분석하고 입자의 초기 가속을 이해하고자 하였다. 또한 ICM 충격파에서 나타나는 다양한 플라즈마 불안 정성들의 (electron firehose, Alfven ion cyclotron, mirror instabilities) 물리적 특성들을 파악하고 논문들을 출판하였다. □ 연구발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 연구 과제에서 개발된 PIC 코드와 선형 안정성 분석 코드는 비단 이 연구 과제에서만 활용 가능한 것이 아니라 다양한 플라즈마 시스템에 맞게 변형 및 수정이 가능하여 향후 다른 플라즈마 연구에서도 활용이 가능하다. 특히, kinetic scale에서의 난류(turbulence)의 소멸(dissipation), 입자의 가열(heating)과 가속(solar wind acceleration) 연구에 좋은 도구가 될 것이다. 이를 통해 태양-지구 우주 환경에서 나타나는 다양한 불안정성 연구, 태양풍의 전자나 양성자 분포의 비등방성(anisotropy)에 의한 입자들의 가속이나 태양풍 입자들과 전자기파 방출의 난류 평형 상태(turbulent equilibrium), 그리고 지구 dipolar field에 잡힌 고 에너지 입자들을 포함하는 지구 자기권에 관한 연구 등에도 적용 가능 할 것으로 판단된다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김선정
• 주관연구기관 : 울산과학기술원
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 자기재결합;플라즈마 복사;우주 전파 폭발;시뮬레이션;선형 안정성 분석; 2. magnetic reconnection;plasma radiation;fast rado burst;simulation;linear stability analysis;

□ 연구개요 본 연구과제는 우수한 내방사선 특성과 우수한 전기적 특성을 동시에 가지는 산화물 박막 트랜지스터(thin-film transistor, TFT)를 구현을 목표로 3개년에 걸쳐 진행되었음. 각 연차별 세부 연구 성과는 아래와 같음. ■ 1차년도: 다양한 방사선 조사에 의한 산화물 TFT의 열화 메커니즘 규명 ■ 2차년도: 산화물 TFT의 내방사선성 확보를 위한 요소 기술 개발 ■ 3차년도: 고성능 내방사선 산화물 TFT 및 이에 기반한 단위 회로 구현/검증 □ 연구 목표대비 연구결과 본 연구과제의 연차별 연구 목표 대비 연구 결과는 다음과 같음. ■ 1차년도: 과제의 1차년도에서는 proton과 X-ray 조사로 인한 산화물 TFT의 전기적 특성/신뢰성 열화 원인을 분석하였음. 이를 통해 displacement damage가 proton 조사로 인한 특성 열화의 주요 원인임을 확인하였으며, X-ray 조사로 인한 VO의 증가는 채널 두께가 증가할수록 큰 영향을 받는 것으로 확인되었음. 이는 과제의 목표와 부합하는 결과임. ■ 2차년도: 과제의 2차년도에서는 a-IGTO를 채널층으로 활용하는 산화물 TFT의 채널 두께와 passivation 두께, 종류가 proton과 X-ray 조사 하에서 전기적 특성에 미치는 영향을 확인하였고, 패시베이션층 내부에 수소 함량이 적은 공정 방법 및 얇은 두께의 패시베이션층 조건으로 우수한 내방사선성 및 전기적 특성을 가지는 산화물 TFT의 조건을 과제의 목표에 부합하는 방식으로 확립하였음. ■ 3차년도: 과제의 3차년도에서는 n형 IGZO TFT와 p형 SnO TFT로 구성된 CMOS inverter를 구현하였고 이에 대해 100 Gy dose의 X-ray 조사 전과 후의 동작 특성을 비교하여 동작 특성이 거의 일정하게 유지됨을 확인하였음. 제작된 CMOS inverter는 전원전압(V_DD) 10 V 인가 시, X-ray 조사 전과 후에 각각 약 33.4 V/V와 33.1 V/V의 gain을 가지고 있고 V_M은 약 5.3 V/ 5.1 V 가짐이 확인되었으며, 이는 과제의 목표에 부합하는 수치임. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 과제의 수행을 통해 고성능 고내방사선성 산화물 박막 트랜지스터를 구현하였으며, 이에 기반한 단위 회로를 구현하는 확장된 기술을 마련하였음. 산화물 TFT는 기존의 a-Si TFT 대비 전기적 특성이 탁월하고 유기 TFT 대비 전기적 신뢰성과 내방사선성이 우수하며 polyimide 등 유연기판에 제작이 용이한 장점을 가지고 있음. 본 과제를 통해 도출된 연구개발결과는 입자치료 의료기기용 대면적 방사선 영상 센서, 대면적 방사선 검출기 및 우주 환경 및 극한 환경 하에서 동작을 요하는 다양한 대면적 전자시스템 등의 제작에 필요한 핵심 요소 기술을 확보하는데 크게 공헌할 수 있을 것으로 기대됨. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 권혁인
• 주관연구기관 : 중앙대학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 산화물 반도체;박막트랜지스터;내방사선;상보적 로직회로;고성능; 2. Oxide Semiconductor;Thin Film Transistor;Radiation Hardening;Complementary Logic Circuit;High-Performance;