신소재·나노·금속·고분자. 2D 재료·MOF·배터리 등.
12th Annual International Conference on Material Science and Engineering (12th ICMSE)
본 자료집은 제12회 재료과학 및 공학 국제 컨퍼런스(ICMSE 2024, 2024년 7월 26-28일, 중국 항저우)에서 발표된 연구 결과들을 담고 있습니다. 기계 공학 분야의 광범위한 쟁점과 해결책에 중점을 두며, 기계, 도구, 장비 설계와 관련된 연구들을 다룹니다. 주요 내용은 공학 구조물의 신뢰성 및 내구성 향상 방안, 빅데이터 및 인공지능의 응용, 그리고 공학 관리 및 생태 안전에 대한 최신 연구 동향을 포함합니다. 다양한 재료 및 공정 기술을 활용하여 이러한 문제들을 해결하려는 시도들이 제시되었습니다. 제시된 연구들은…
Application of Fourier Transform Infrared (FTIR) Spectroscopy in Characterization of Green Synthesized Nanoparticles
푸리에 변환 적외선(FTIR) 분광법은 원자의 진동 및 회전을 기반으로 하는 보편적인 분석 방법으로, 다양한 분야에서 분자 내부 구조를 규명하는 데 널리 활용됩니다. 최근 FTIR 분광법의 응용에 대한 많은 리뷰 논문이 발표되었으나, 나노입자(NP)의 친환경 합성에 FTIR 분광법을 적용한 포괄적인 요약은 부족했습니다. 본 논문은 친환경 합성 공정을 통해 제조된 금속 및 금속 산화물 나노입자 분석에 FTIR 분광법을 적용한 여러 사례 연구를 제시합니다. 특히, 나노입자의 환원, 캡핑 및 안정화에 관여하는 기능기 밴드의 FTIR 스…
A review on green synthesis of silver nanoparticles (SNPs) using plant extracts: a multifaceted approach in photocatalysis, environmental remediation, and biomedicine
님(neem)을 비롯한 다양한 식물 추출물은 풍부한 식물화학물질을 함유하여 은 나노입자(SNPs) 합성 시 안정화제 및 환원제로 활용됩니다. 본 연구는 이러한 식물 기반 SNPs의 광촉매, 환경 정화, 생체의학 분야에서의 다면적 활용 가능성을 탐구합니다. 합성된 SNPs는 10-50 nm 범위의 조절된 크기, 향상된 강성, 조절 가능한 표면 플라즈몬 공명 특성을 보입니다. 이는 메틸렌 블루와 같은 유기 염료의 광촉매 분해 효율 증진, 다제내성 병원균에 대한 항균 효능, 그리고 잠재적인 치료 응용을 위한 생체 적합성 등 우수한 특성…
Electrospinning and Nanofiber Technology: Fundamentals, Innovations, and Applications
전기방사는 나노섬유(NF) 제조를 위한 혁신적인 기술로, 형태, 조성 및 기능성을 정밀하게 제어할 수 있습니다. 이 다재다능한 공정은 나노에서 마이크로 스케일에 이르는 맞춤형 특성의 섬유 생산을 가능하게 하며, 다양한 재료와 구조를 통합하여 첨단 연구 및 산업 응용 분야에 기여합니다. 본 총설은 전기방사의 기본 원리, 나노물질 합성 방법, 그리고 광범위한 응용 사례를 다루며 최근 발전을 제시합니다. 다공성, 코어-쉘, 중공 및 정렬 구조와 같은 다양한 아키텍처를 가진 고분자, 금속 산화물, 탄소 및 복합 나노섬유 제조의 중요한 진…
The design space of E(3)-equivariant atom-centred interatomic potentials
지난 10년간 머신러닝은 분자 동역학 시뮬레이션 분야에 혁신을 가져왔으며, 특히 머신러닝 상호작용 퍼텐셜(ML-IAP) 분야에서 다양한 새로운 아키텍처가 등장했습니다. 대표적으로 원자 밀도 기반 기술을 통합한 원자 클러스터 확장(ACE)과 최첨단 정확도를 보인 메시지 전달 신경망 NequIP(Neural Equivariant Interatomic Potentials)가 있습니다. 본 연구는 이들 모델을 통합하는 수학적 프레임워크를 제시합니다. ACE는 다층 아키텍처의 한 레이어로 확장 및 재구성되며, NequIP의 선형화 버전은 …
A Comprehensive Review on Cellulose Nanofibers, Nanomaterials, and Composites: Manufacturing, Properties, and Applications
셀룰로스 나노섬유(CNF), 셀룰로스 나노소재(CNM) 및 셀룰로스 기반 복합재료는 재료 과학, 지속 가능성, 첨단 공학이 융합된 혁신적이고 친환경적인 소재입니다. 본 논문은 이들 재료의 추출, 제조 방법, 특성, 응용 분야 및 미래 방향을 포괄적으로 검토합니다. CNF 및 CNM 제조에는 화학적, 기계적, 효소적 등 다양한 기술이 활용되며, 각 방법은 특정 요구에 맞춰 재료 특성을 조절하는 데 고유한 장점을 제공합니다. 기능화 및 표면 개질 전략은 CNF 및 복합재료의 특성을 향상시키는 데 중요하며, 산업 규모 생산의 과제 해결…
A generative model for inorganic materials design
에너지 저장, 촉매, 탄소 포집 등 첨단 기술 분야 발전을 위해서는 원하는 특성을 가진 기능성 재료 설계가 필수적입니다. 기존의 재료 생성 모델은 안정적인 결정을 제안하는 성공률이 낮거나 만족시킬 수 있는 특성 제약 조건이 제한적이라는 한계가 있었습니다. 본 연구에서는 주기율표 전반에 걸쳐 안정적이고 다양한 무기 재료를 생성하며, 광범위한 특성 제약 조건에 맞춰 미세 조정 가능한 MatterGen 모델을 제시합니다. MatterGen은 이전 모델 대비 두 배 이상 높은 신규 및 안정적인 구조 생성 성공률을 보이며, 국소 에너지 최…
Silver Nanoparticles (AgNPs): Comprehensive Insights into Bio/Synthesis, Key Influencing Factors, Multifaceted Applications, and Toxicity─A 2024 Update
은 나노입자(AgNPs)는 독특한 광학, 전자 및 항균 특성으로 인해 바이오센싱, 포토닉스, 전자공학, 약물 전달 및 항균 치료 등 다양한 분야에서 활용됩니다. 기존 화학 합성법의 한계를 극복하기 위해 친환경적인 생물학적 합성법, 특히 식물 추출물을 이용한 방법이 주목받고 있습니다. 이러한 방법은 안정성과 낮은 화학 반응성을 지닌 AgNPs를 얻는 데 효과적입니다. AgNPs는 화학적, 물리적, 생물학적 방법으로 합성될 수 있으며, 각 방법은 고유한 장단점을 가집니다. 화학적 및 물리적 접근법은 복잡한 정제 과정, 반응성 시약, …
Hydrogen Storage Technology, and Its Challenges: A Review
본 논문은 수소 저장 기술의 현황과 과제를 종합적으로 검토하고, 효과적이고 경제적이며 안전한 수소 저장 솔루션 개발을 위한 미래 연구 방향을 제시한다. 수소는 2050년 탄소 중립 목표 달성에 기여할 수 있는 청정 에너지 운반체로 주목받고 있으나, 광범위한 활용을 위해서는 저장 기술의 발전이 필수적이다. 다양한 수소 저장 방법으로는 압축 기체, 액화 수소, 극저온 압축 저장, 지하 저장, 고체 기반 저장이 있으며, 각 방식은 고유한 장점과 도전 과제를 가진다. 특히, 압축 수소 저장은 이동형 애플리케이션에 유망하지만, 낮은 부피 …
A guidance to intelligent metamaterials and metamaterials intelligence
메타물질과 인공지능 간의 상호작용은 최근 과학계의 큰 관심을 받으며 지능형 메타물질과 메타물질 지능이라는 새로운 분야를 탄생시켰습니다. 인공지능은 강력한 비선형 피팅 및 일반화 능력을 바탕으로 재료 전문가 수준의 전자기 시뮬레이터와 고속 컴퓨팅 엔진 역할을 수행하며 은폐, 이미징, 감지, 무선 통신 등 다양한 자율형 메타물질 응용 분야를 발전시킬 잠재력을 가집니다. 본 연구는 이 두 신흥 분야의 최신 발전을 통합적인 관점에서 고찰합니다. 지능형 메타물질 분야에서는 딥러닝으로 대표되는 인공지능이 광자 설계 간소화, 자율 작동 방식 …
Nanomedicine: How nanomaterials are transforming drug delivery, bio-imaging, and diagnosis
본 총설은 나노기술이 의학 발전에 기여하는 바를 약물 전달, 진단, 조직 공학 분야에 초점을 맞춰 종합적으로 고찰한다. 나노물질을 차원, 조성, 분산도에 따라 분류하고, 의학 혁신에 있어 이들의 핵심적 역할을 탐구한다. 특히 리포솜, 단백질 기반 나노입자, 덴드리머와 같은 나노물질이 약물 전달 시스템의 표적화, 생체 이용률 향상, 부작용 감소에 어떻게 기여하는지 강조한다. 나노입자가 진단 영상과 치료 기능을 단일 플랫폼에 통합하는 테라노스틱스(theranostics)를 심층적으로 다룬다. 이를 통해 표적 약물 전달을 통한 암 치료…
Surface-Enhanced Raman Spectroscopy for Biomedical Applications: Recent Advances and Future Challenges
표면증강 라만 분광법(SERS)은 고감도 분자 분석 기술로, 생의학 분야에서 질병 진단 및 치료 모니터링에 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 특히 액체 생검, 대사 표현형 분석, 세포외 소포 진단 등 다양한 응용 분야에서 그 중요성이 부각되고 있습니다. 본 연구는 SERS 기술의 최근 발전을 심층적으로 검토하며, 특히 심층 라만 분광법을 강조합니다. 이 기술은 생체 시료 내 미량 물질을 효과적으로 검출할 수 있어, 비침습적 진단법 개발에 기여할 수 있습니다. 주요 발견으로는 SERS가 액체 생검을 통한 암 진단 및 모니터링, 대사체…
Regulatory pathways and guidelines for nanotechnology-enabled health products: a comparative review of EU and US frameworks
나노기술이 접목된 헬스 제품(NHP)은 의료 및 진단 분야에 혁신적인 발전을 가져올 잠재력을 지니고 있습니다. 그러나 이러한 제품의 복잡한 규제 환경은 임상 적용을 지연시키는 주요 장벽으로 작용하고 있습니다. 본 연구는 NHP에 대한 규제 환경을 심층적으로 분석하며, 특히 유럽연합(EU)과 미국(US)의 프레임워크를 비교 검토했습니다. 이를 통해 각 지역의 적용 가능한 요구사항과 규제 기대치를 충족하기 위한 주요 가이드라인을 식별했습니다. 분석 결과, 두 지역 모두 NHP의 안전성과 효능을 보장하기 위한 노력을 기울이고 있으나,…
A foundation model for atomistic materials chemistry
원자 수준 시뮬레이션, 특히 제일원리 전자 구조 이론 기반 시뮬레이션은 화학 및 재료 과학 이해의 핵심입니다. 지난 10여 년간 머신러닝(ML) 기반 힘장(force field)은 전례 없는 시공간 규모에서 제일원리 수준의 시뮬레이션을 가능하게 하여 원자 모델링을 혁신했습니다. 그러나 초기 ML 힘장은 특정 시스템별 포텐셜 개발 및 검증에 필요한 막대한 계산 및 인적 노력, 그리고 화학 시스템 간 전이성 부족이라는 한계에 직면했습니다. 본 연구에서는 공개된 중간 규모 데이터셋으로 훈련된 범용 원자 ML 모델을 개발했습니다. 이 모…
Nanoparticle Therapeutics in Clinical Perspective: Classification, Marketed Products, and Regulatory Landscape
나노기술의 발전과 함께 등장한 나노입자 기반 치료제는 기존 약물 치료법에 비해 치료 효능을 높이고 독성을 줄이며 정밀 표적화를 가능하게 하는 독특한 생물학적 특성으로 우수한 성능을 보인다. 1980년대 이후 나노입자 기반 의약품은 제약 시장에서 상당한 비중을 차지하며 크게 확장되었다. 이러한 시스템은 치료제로서 기능하거나 활성 의약 또는 진단 화합물을 표적 부위에 전달하는 운반체 역할을 한다. 변혁적인 잠재력에도 불구하고, 나노의약품에 대한 포괄적이고 조화로운 규제 프레임워크의 개발은 여전히 중요한 과제로 남아있다. 이 연구는 시…
Advances in nanoparticles in targeted drug delivery–A review
나노입자는 생체이용률, 표적화 및 약물 방출 메커니즘을 개선하여 현대 의학에 혁신을 가져왔습니다. 기존 약물 전달 방식은 빠른 제거, 불충분한 용해도, 전신 독성으로 인해 치료 효능이 제한적이었습니다. 나노입자의 독특한 물리화학적 특성은 특정 부위에 약물을 표적 전달하여 유해 부작용을 줄입니다. 약물 전달에 활용되는 나노입자로는 고분자 나노입자, 리포솜, 고체 지질 나노입자(SLN), 덴드리머, 금속 나노입자 등이 있습니다. 이들은 리간드 기반 기능화 및 EPR(Enhanced Permeability and Retention) 효…
TiN-Only Metasurface Absorber for Solar Energy Harvesting
전 세계 에너지 수요 증가와 고갈되는 기존 에너지 자원 문제에 직면하여, 최적화된 태양광 흡수체는 발전 분야에서 큰 잠재력을 가진다. 본 연구는 넓은 입사각과 편광에 둔감한 태양광 흡수체를 제안한다. 이 흡수체는 질화티타늄(TiN)으로 구성된 원통형 구조에 사각형 구멍이 있는 형태이다. 계산 결과, 평면파에 대해 300~2500 nm 파장 범위에서 평균 92.4%의 흡수율을 보였으며, AM1.5 태양 스펙트럼에 대해서는 94.8%의 흡수율을 달성했다. 전기장 및 자기장 프로파일 분석 결과, 표면 플라즈몬 공명, 유도 모드 공명,…
MACE-OFF: Short-Range Transferable Machine Learning Force Fields for Organic Molecules
지난 50년간 생체분자 시뮬레이션의 주류였던 고전 경험적 힘장은 약물 발견, 결정 구조 예측, 생체분자 동역학 등 다양한 분야에서 활용되었으나, 제1원리 예측 모델링에 필요한 정확도와 전이성에는 한계가 있었습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 최신 머신러닝 기술과 고수준 양자역학 이론으로 계산된 제1원리 참조 데이터를 활용하여 유기 분자용 단거리 전이성 힘장인 MACE-OFF를 개발했습니다. MACE-OFF는 기체 및 응축상 분자 시스템의 다양한 특성을 정확하게 예측함으로써 단거리 모델의 뛰어난 성능을 입증합니다. …
Multidimensional Engineering of Nanoconfined Catalysis: Frontiers in Carbon-Based Energy Conversion and Utilization
탄소 중립을 위한 전 세계적 노력 속에서, 나노구속 촉매는 촉매 미세 환경의 정밀 조절을 통해 에너지 전환 문제를 해결하는 혁신적인 전략으로 부상했습니다. 본 총설은 CO2, CH4 등 탄소 기반 에너지 전환을 위한 나노구속 촉매 시스템의 최근 발전을 체계적으로 검토하며, 양자 구속 및 계면 효과를 통해 전자 구조와 반응 경로를 조절하는 고유한 능력을 강조합니다. 나노구속 촉매의 아키텍처를 1D 나노튜브 채널, 2D 층상 계면, 3D 코어-쉘 구조 및 이종 계면과 같은 차원 지향 프레임워크로 분류하여, 기하학적 제약이 질량/전자 …
Yolk–Shell CoNi@N-Doped Carbon-CoNi@CNTs for Enhanced Microwave Absorption, Photothermal, Anti-Corrosion, and Antimicrobial Properties
기존 마이크로파 흡수(MA) 물질 연구는 주로 흡수 성능 향상에 집중되었으나, 단일 기능성으로 인해 복잡한 환경 적용에 한계가 있었습니다. 본 연구는 이러한 문제를 해결하고자 계층적 입방형 성게 모양의 요크-쉘 CoNi@N-도핑 탄소(NC)-CoNi@탄소나노튜브(CNT) 혼합 차원 다성분 나노복합체(MCNC)를 개발했습니다. 이 MCNC는 Prussian blue 유사체 유도 및 촉매 화학 기상 증착(CVD) 전략을 통해 0차원 CoNi 나노입자, 3차원 NC 나노큐브, 1차원 CNT로 구성된 복합 구조로 합성되었습니다. 이 독특…
