공정시스템

화학 플랜트는 복잡하고 다양한 단위 장치와 공정으로 이루어진 대형 공장으로, 그 특유의 반응 등으로 인하여 복잡한 움직임을 나타내며 여러 공정 분야의 내용을 복합적으로 다룬다. 이러한 공정을 보다 효율적으로 구성하고, 보다 나은 공정을 개발하는 등 기업의 효율성 및 이윤 제고에 막대한 영향을 끼치는 대부분의 작업이 공정개발팀의 연구분야에서 이루어진다. 따라서 화학 플랜트와 관련된 여러 분야의 변화 및 발달은 필연적으로 공정 관련 연구 분야를 확대시킨다.

우리가 삶을 영위하는 데 필요한 거의 모든 제품은 화학 플랜트를 통해 생산된다. 앞으로 만들어질 첨단 기술을 적용한 새로운 제품들 역시도 화학 플랜트를 통하지 않고서는 생산할 수 없기 때문에 인류가 존재하는 한 혁신적인 공정의 개발은 계속 과제로 남을 수 밖에 없다.

불균일촉매 설계 연구실

지도교수 강종헌 홈페이지 https://jonghunkanglab.wordpress.com/
위치 302-711 전화번호 880-8348
연구내용 본 실험실은 분자체 기반의 다공성 촉매의 합성법을 개발하고 촉매 상에서 일어나는 불균일 반응을 형상선택성을 중심으로 연구한다. 제올라이트를 포함한 분자체 결정을 설계 및 합성하고, 원소분석, 결정구조분석 등 합성된 촉매에 대해 다양한 재료분석을 수행하며, 합성된 분자체의 최종적인 반응성능까지 평가하여 합성법을 최적화하는 일련의 과정을 통해 기공구조 및 활성점특성, 반응성능 간의 상관관계에 대한 이해도를 높인다. 실험을 통해 획득한 기반 지식을 바탕으로 산업계와 활발히 연계하여 올레핀 및 모노머를 포함한 석유화학 제품생산용 촉매를 개발하며, 에너지 절감 및 배출 탄소 저감을 위해 더 낮은 반응온도에서 더 높은 성능을 보이는 촉매를 생산하는 원천기술 확보를 궁금적인 목적으로 한다. 나아가 분자체 결정의 수열합성 메커니즘 규명, 광학선택적 비대칭 분리공정 및 표면반응을 수행할 수 있는 카이랄 제올라이트의 개발 및 상업화 등 본 연구 분야에서 오랫동안 풀리지 않았던 주요 난제의 해결에 도전하다.

에너지 및 환경 촉매 연구실

지도교수김도희홈페이지http://eecat.snu.ac.kr/
위치302-806 / 311-511전화번호880-1881
연구내용본 실험실은 현재 인류가 당면하고 있는 에너지 고갈과 환경 오염 문제 해결을 위한 방법으로 촉매 및 반응공학을 연구한다. 촉매에 대한 기초연구와 응용연구를 병행함으로써 기본적인 촉매 이론의 발전을 선도하며 연구결과를 산업계에 적용하고자 한다. 에너지 문제 해결을 위해 점차 고갈되고 있는 원유를 대신할 대체 에너지원 (천연가스, 바이오매스, 석탄, 오일 샌드)으로 부터 연료나 chemical 을 지속가능한 조건에서 생성할 수 있는 촉매 및 반응을 연구한다. 또한 보다 나은 환경을 위해 연비가 우수한 희박연소 엔진 장착 차량에서 배출되는 질산화물 (NOx)를 제거하는 촉매와 탄화수소와 일산화탄소를 제거하는 촉매와 반응 메커니즘을 연구한다.

반도체 공정 및 분석 연구실

지도교수 김지현 홈페이지 https://www.cpclsnu.com
위치 302-726 전화번호 880-8346
연구내용 현재 실리콘기반 반도체가 가지고 있는 한계를 넘어서기 위해서는 소재와 공정 모두의 혁신이 요구됩니다. 소재 측면에서는 band-gap engineering, heteroepitaxy 기술개발, 초고순도화, 다차원 반도체 소재 발굴, 친환경 소재 개발 등이 필요하고, 공정에서는 세정, 건식/습식 식각, 산화, 리소그래피, 금속 증착 공정, ALD, 패키징 등을 포함하여 전체 반도체 제조 공정을 process integration/architecture 관점에서 연구할 필요가 있습니다. 본 연구실에서는 차세대 고성능 반도체 소재/공정 연구를 통해, 연구 개발된 소재에 최적화된 신공정을 개발하여, 최종적으로 반도체소자의 물성/성능을 극한까지 이끌어내는 것을 목표로 하고 있습니다.

미세유체 및 코팅 공정연구실

지도교수남재욱홈페이지http://fluid.snu.ac.kr/
위치302-615전화번호880-1892
연구내용본 연구실은 디스플레이, 배터리, 커패시터 등의 첨단 소재 부품에 사용되는 다기능성 필름을 제작하는 공정 및 기술의 개발을 중심으로 연구를 수행하고 있다. 이러한 필름들이 기능성 (전도성, 투명성, 투과성, 보호성 등)은 주로 필름 위에 존재하는 다층 형태의 코팅 막으로 구현된다. 따라서 이러한 필름을 산업적으로 생산하고 상용화하기 위하여는 연속 코팅 공정 기법이 필요하다. 본 연구실 최적의 코팅 기법인 액체를 사용한 연속 코팅 공정 (슬롯 코팅 및 롤 코팅 등)의 연구에 초점을 두고 있다. 이러한 공정 기술 개발을 위해 화학공학의 연구 분야인 유체역학, 이동 현상 그리고 유변학을 기반으로 하여 액체와 물질의 거동을 분석하고, 제작된 코팅 막 내부를 디지털 영상화하여 자동으로 분석하는 소재 영상 처리 기법을 개발하고 있다. 따라서 본 연구실에서는 유한요소법(Finite element method) 위주의 수치해석 기법을 활용한 전산모사를 통한 정밀 공정 분석 설계, 수학적 기법을 활용한 단순화 모델(Asymptotic theory 등)을 이용한 유동 분석, 다양한 거동을 보이는 공정 유동의 시각화, 마지막으로 수학적 기법을 활용한 소재 내부의 영상 분석 기법및 미세구조 분석 기법의 개발을 중점적으로 수행하고 있다.

미세 유변학 연구실

지도교수안경현홈페이지https://microrheology.snu.ac.kr/
위치302-618전화번호880-9125 / 880-1580
연구내용본 연구실에서는 다양한 유체의 복잡한 유동 특성을 연구하고 있으며, 이를 통하여 IT, BT, ET 분야의 핵심 공정기술을 개발하고, 화장품, 식품 등 다양한 산업의 제조 공정 중에 발생하는 문제를 해결하기 위한 플랫폼 및 솔루션을 개발하고 있다. 개발된 플랫폼은 차세대 전지 생산에 핵심적인 기반 기술이 될 것이며, 이를 생체시스템의 유동제어 및 바이오필름과 같은 환경문제에도 적용하게 될 것이다. 이를 위하여 복잡계 유체의 유동에 따른 내부구조 변화를 정량적으로 기술하며 이와 유변물성과의 상관관계를 규명하고자 한다. 유체특성으로는 내부의 분산 및 불균일성을 정의하고 제어할 수 있는 방법론을 개발하며, 공정중에 발생하는 내부구조 변화 및 최종제품에서 발현되는 불균일성을 정량적으로 기술하고, 이들 상호간의 관계를 규명하고자 한다. 보다 구체적으로 입자유동 해석시뮬레이션, 미세채널 설계 및 유동제어, 입자추적 미세유변학적 방법론의 다양한 적용,코팅 및 프린팅 공정해석 및 건조특성 연구, 복합장에서의 유동특성 연구 등을 수행하고 있다.

첨단제조공정 연구실

지도교수 홍무선 홈페이지 https://moosunhong.github.io
위치 302-608 전화번호 880-1874
연구내용 본 연구실은 새로운 공정 시스템 엔지니어링 접근을 통해 첨단 (바이오)제조 시스템을 개발하는 데 중점을 두고 있다. 기계적 모델링, 공정 데이터 분석, 인공지능 및 하이브리드 모델링을 활용하여 바이오 의약품 등의 제조에 대한 체계적인 이해를 제공하며, 최적 설계 및 제어와 같은 개발된 계산 방법을 적용하기 위해 실제 물리적인 연속 자동화 시스템을 구축하는 연구를 수행하고 있다.

인공지능 및 계산화학 연구실

지도교수 정유성 홈페이지 http://micc.snu.ac.kr
위치 302-514 전화번호 880-1593
연구내용 본 연구실은 인공지능 알고리즘과 계산화학적 방법을 사용하여 분자와 소재의 전자 구조를 이해하고 새로운 분자와 소재를 설계한다. 소재의 전자구조 및 분자동력학의 이해를 바탕으로 물질의 구조, 조성, 물성을 해석하고, 수많은 실험 및 시뮬레이션 데이터를 AI 모델에 학습시켜 새로운 소재의 물성 혹은 화학 반응 경로를 예측하거나 원하는 물성을 갖는 소재의 구조 혹은 조성을 역설계한다. 계산화학적 시뮬레이션을 통한 데이터 해석과, 기계학습 모델을 통한 데이터의 확장은 서로 긴밀하게 연결되어 광활한 화학 공간을 탐색하고 신물질을 설계하는 등 새로운 가치를 창출한다.

에너지공정공학 연구실

지도교수이종민홈페이지http://epel.snu.ac.kr
위치302-713전화번호880-1504
연구내용본 연구실은 기존의 에너지 생산 및 화학 공정의 경제적 효율 향상과 바이오 디젤, 연료 전지와 같은 신에너지 공정의 상업화를 위한 관련 기술개발에 초점을 맞추고 있다. 화학 및 에너지 플랜트의 효율 향상을 목적으로 비선형성과 불확실성 등의 복잡한 현상을 보이는 실제 공정에 적용 가능한 공정 데이타 분석, 인공지능, 최적 제어의 기법의 융합 기술을 개발 보유하고 있다. 또한 조류를 이용한 바이오 디젤 생산 공정을 실제 상업적 생산 공정으로 확장하기 위하여 이미 본 연구실에서 개발된 시스템 생물학 이론에 기반한 세포 내의 메카니즘 분석 기술을 반응기 조업 목적에 부합하는 모델로의 확장과 이를 이용한 실시간 조업의 자동화를 위한 최적 제어 기술 개발을 수행하고 있다. 마지막으로 다양한 공정 구성의 가능성을 체계적으로 분석하여 신공정의 설계를 최적화하는 방법을 탄소 포집 및 저장 공정중의 하나인 산소연료 기반 연소 공정에 응용하는 연구를 진행하고 있다.

나노 재료 전산 시뮬레이션 연구실

지도교수이원보홈페이지http://tcsm.snu.ac.kr
위치302-617전화번호880-1529
연구내용본 연구실에서는 미시계에서의 분자의 구조와 그것들의 상호작용이 다양한 시스템의 거시적 거동에 어떠한 영향을 미치는지에 대한 연구를 진행하는데에 목적이 있다. 또한 이와 같은 목적을 수행하기 위해 다양한 통계역학적 이론들과 수치 해석적 방법을 개발하여 시뮬레이션을 진행함으로써 시스템의 분자단위의 미시적 현상과 그 질적, 양적 성질을 파악하는 것에 초점을 맞추고 있다. 본 연구실의 이러한 연구들은 실험적으로 확인하기 어려운 미시계에서 발생하는 현상 메커니즘을 분석하는 툴로써 사용 될 수 있으며, 표면개질과 같은 물리적 변화에 의한 새로운 재료물질을 설계할 때 그것의 정적, 동적 성질을 예측하는 도구가 될 수 있다. 세부적인 연구 분야로는 1) SCFT(Self-Consistent Field Theory)의 이론적, 수치적인 개발 2) 분자동역학(Molecular Dynamics)를 이용한 고분자 시스템의 물리적 특징 분석/규명 3) DFT(Density Functional Theory)를 이용한 반응시스템 모델링 또는 재료물질의 양자효과에 의한 물성 계산 4) 다양한 시뮬레이션 기법을 연계시켜 다중스케일 연구 모델 개발 등이 있다.