신소재·나노·금속·고분자. 2D 재료·MOF·배터리 등.
Hydrogen-Bonded Interfacial Super-Assembly of Spherical Carbon Superstructures for High-Performance Zinc Hybrid Capacitors
다중 스케일 계층 구조와 기능적 특성을 지닌 탄소 초구조체는 아연 하이브리드 축전기의 유망한 양극 재료이지만, 축전 용량 최적화를 위한 맞춤형 설계는 여전히 난제로 남아있습니다. 이 연구는 수소결합을 활용한 계면 초조립 전략을 통해 나노시트가 얽힌 구형 탄소 초구조체(SCSs)를 개발하여 아연 이온 저장 성능과 내구성을 극대화했습니다. 테트라클로로벤조퀴논(수소결합 수용체)과 다이메틸벤지딘(수소결합 공여체)이 상호작용하여 유기 나노시트 모듈을 형성하고, 이들이 다중 수소결합(N–H···O)을 통해 정교하게 조립되고 치밀화되어 초구조…
Hierarchical interface-engineered magnetic graphene‒SiCN aerogels via a stepwise confinement strategy for low-frequency and broadband microwave absorption
이종 계면 공학은 전자기파(EMW) 감쇠를 조절하는 핵심 기술이지만, 계층적 이종 구조 설계에서 정밀한 아키텍처 제어가 어렵다는 문제가 있습니다. 본 연구에서는 단계적 제한 전략을 통해 그래핀 에어로젤 내부에 계층적 이종 계면을 성공적으로 구축했습니다. ZIF-67 나노입자와 ZIF-67이 내장된 폴리실라잔 나노층을 활용하여 제자리에서 합성했습니다. 자기 금속 및 세라믹 전구체의 동시 열분해를 통해 Co/CoO 나노결정과 비정질 SiCN 나노층을 환원 그래핀 산화물(rGO) 프레임워크에 균일하게 고정했습니다. 이는 ZIF-67 유…
A Smart Catalytic System with In Situ Dynamic Current‐Tuned Pd‐Ce Diatomic Interactions for Enhanced Methane Oxidation
활성점 상호작용의 정밀 제어를 통한 촉매 성능 향상은 여전히 중요한 과제입니다. 본 연구는 기존의 정적 방식에서 벗어나, 전류 보조 방식을 통해 Pd-Ce 이원자 부위 내 전자 전달을 동적으로 정밀하게 조절하는 혁신적인 방법을 제시합니다. 이 획기적인 전류 보조 Pd₁-Ce₁/ATO 촉매는 전례 없는 저온 메탄 연소 성능을 달성했습니다. T₅₀는 181°C로 매우 낮았으며, 260°C에서의 전환 빈도(TOF)는 4.25 × 10⁻² s⁻¹로 기록적인 수치를 보였습니다. 전류 유도 Ce-Pd 전자 전달 증가는 Pd 중심의 전자 밀도…
Investigation of Process and Properties of Cu-Mn-Al Alloy Cladding Deposited on 27SiMn Steel via Cold Metal Transfer
본 연구는 고강도 27SiMn 강철의 제한적인 부식 및 마모 저항성 문제를 해결하기 위해 Cold Metal Transfer (CMT) 기술을 이용한 Cu-Mn-Al 합금 코팅의 공정 및 특성을 체계적으로 탐구했습니다. Cu-Mn-Al 합금은 우수한 기계적 강도, 인성 및 해수 환경에서의 내식성으로 인해 클래딩 재료로 선정되었습니다. CMT 기술은 낮은 열 입력으로 기판 희석을 줄이고 결함 없는 코팅 형성을 가능하게 합니다. 27SiMn 강철에 Cu-Mn-Al 코팅을 CMT 방식으로 적용한 최초의 연구로서, 용접 전류가 거시 형태,…
Homologous heteropolyaromatic covalent organic frameworks for enhancing photocatalytic hydrogen peroxide production and aerobic oxidation
광촉매 수소 과산화물(H₂O₂) 생산은 가혹한 조건에서도 작동하는 견고한 촉매 개발이 필수적이나, 이는 여전히 큰 도전 과제로 남아있습니다. 본 연구에서는 티아졸 기반의 동족 헤테로폴리아로마틱 공유 유기 골격체(COF)인 TTT-COF를 후-고리화 반응을 통해 합성하여 광촉매 H₂O₂ 생산 및 C(sp³)-H 결합의 호기성 산화에 적용했습니다. 연구 결과, 황(S) 헤테로원자가 도입된 TTT-COF는 높은 화학적 안정성, 연속적인 π-공액, 효율적인 전자 및 에너지 전달, 그리고 향상된 전자 주개-받개(D-A) 구조 및 전하 분리…
Gyroid-structured SiOC composite with excellent broadband microwave absorption and load-bearing performance
구조적 하중 지지력과 광대역 전자기파 흡수 특성을 동시에 갖는 재료를 설계하는 것은 재료공학 분야의 중요한 과제입니다. 본 연구에서는 디지털 광학 처리(DLP) 3D 프린팅, 고분자 유래 세라믹(PDC), 화학 기상 침투(CVI) 및 산화 기술을 활용하여 자이로이드 구조의 SiOC/SiC/SiO2 복합체를 성공적으로 제조했습니다. CVI SiC 상의 도입은 전자기파 소산 능력을 효과적으로 향상시켰으며, 자이로이드 구조와 SiO2 상 간의 시너지 효과는 임피던스 정합 성능을 크게 개선했습니다. 이러한 복합체는 4.3mm 두께에서 -…
Review of machine learning approaches for predicting mechanical behavior of composite materials
최근 머신러닝(ML)은 복합재료의 기계적 거동을 예측하는 강력한 도구로 부상하며, 기존의 시험 및 시뮬레이션 방법보다 빠르고 경제적인 대안을 제시하고 있습니다. 본 총설은 랜덤 포레스트, 서포트 벡터 머신, 인공신경망, 딥러닝 모델 등 다양한 ML 기법이 인장 강도, 경도, 파괴 인성, 피로 수명과 같은 핵심 재료 특성을 예측하는 데 어떻게 활용되는지 탐구합니다. 다수의 최신 연구를 분석하여, ML 모델이 실험 및 시뮬레이션 데이터를 기반으로 훈련되어 공정 변수, 재료 조성, 그리고 최종 성능 간의 복잡한 관계를 규명하는 과정을 …
A Review on MXene Terminations
본 총설은 MXene의 표면 종결자(termination)를 현재 합성 프로토콜 관점에서 탐구한다. 종결자의 화학적 특성은 MXene 시트 및 종결자 자체의 안정성을 좌우하는 화학양론 및 배위 측면에서 고찰된다. 또한, 종결자 화학을 조절하여 순수한 MXene 시트 또는 비고유 종결자를 형성할 수 있는 후처리 방법들을 논의한다. 3D MAX 상이 2D MXene 시트로 전환될 때, 새롭게 노출되는 고반응성 표면은 주변 환경에서 유래한 종들로 종결된다. 이러한 표면 종결자는 MXene의 조성 및 구조와 같은 모체 MAX 상의 특성을…
Effect of the Activator B(OCH3)3 on the Microstructure and Mechanical Properties of Cu-Mn-Al Alloy Coating via CMT Cladding
본 연구는 혁신적인 Ar-B(OCH3)3 혼합 보호가스를 활용한 CMT(Cold Metal Transfer) 기술로 27SiMn 강철 위에 Cu-Mn-Al 합금 코팅을 제작하고, 가스 유량(5–20 L/min)이 코팅의 미세구조와 기계적 특성에 미치는 영향을 조사했습니다. B(OCH3)3 첨가는 용융 풀의 젖음성을 향상시켜 공정 안정성을 크게 높였으며, 순수 Ar 사용 시보다 더 넓은 클래딩 층(6.565 mm)과 작은 젖음각을 보였습니다. 거시 형태 분석 결과, 10 L/min의 유량에서 균일하고 결함 없는 코팅이 형성되었으며, …
Molecular Simulations with a Pretrained Neural Network and Universal Pairwise Force Fields
기계 학습 기반 힘장(MLFF)은 다양한 분자, 재료, 하이브리드 계면의 분자 시뮬레이션에서 효율성, 정확성, 전이성, 확장성을 동시에 달성할 잠재력을 지닌다. 기존 생체 분자 역학 연구의 GEMS 접근법이 이러한 목표를 향한 중요한 진전을 이루었다. 본 연구는 SO3LR 방법을 제안한다. 이는 단거리 반발, 장거리 정전기 및 분산 상호작용을 위한 범용 쌍별 힘장과 준지역적 상호작용을 위한 빠르고 안정적인 SO3krates 신경망을 통합한다. SO3LR은 PBE0+MBD 양자 역학 수준에서 계산된 4백만 개의 중성 및 전하 분자 …
Research advances of magnesium and magnesium alloys globally in 2024
마그네슘(Mg) 합금 연구는 최근 몇 년간 지속적으로 확장되는 중요한 분야입니다. Web of Science Core Collection 데이터베이스에 4,898편의 관련 논문이 등재될 정도로 꾸준한 관심을 받고 있으며, 주로 미세구조, 기계적 특성, 부식 특성에 대한 연구가 집중적으로 이루어졌습니다. 대규모 Mg 합금 부품 제조 기술 또한 상당한 진전을 보였습니다. 기능성 마그네슘 소재, 마그네슘 기반 수소 저장, 마그네슘 이온 배터리 분야에서도 꾸준한 발전이 있었으며, 특히 마그네슘 기반 에너지 저장 재료는 상업화에 근접하고 …
Synergistic Multicomponent Nucleopeptide-Based Hydrogels: Harnessing DNA-Base Pairing and Electrostatic Complementarities.
하이드로젤은 액체와 고체의 중간적 특성을 지닌 일상 재료로, 주로 고분자로 형성되지만 단백질과 같은 생체 분자로도 젤화될 수 있습니다. 특히 펩타이드 기반 저분자량 하이드로젤(LMWH)은 생의학 및 생명공학 분야에서 혁신적인 재료로 주목받고 있습니다. 그러나 천연 펩타이드는 성능 향상을 위해 구조적 또는 화학적 변형이 필요한 단점이 있으며, 최근에는 여러 화합물을 결합하는 다성분 접근법이 더욱 다재다능하고 효율적인 시스템 개발 전략으로 부상하고 있습니다. 본 연구에서는 DNA 염기(아데닌, 티민, 구아닌, 시토신)로 기능화된 하이…
Polyphenol‐Based Functional Materials: Structural Insights, Composite Strategies, and Biomedical Applications
폴리페놀은 강력한 항산화, 항균, 항종양 특성으로 인해 제약, 생명공학, 식품 분야에서 큰 잠재력을 지닌다. 다수의 페놀성 하이드록실기와 방향족 고리 시스템으로 구성된 독특한 화학 구조는 수소 결합, π-π 스태킹, 금속 이온 배위와 같은 비공유 결합 및 마이클 첨가, 시프 염기 형성 같은 공유 결합을 통한 다양한 상호작용을 가능하게 한다. 이러한 다재다능한 상호작용 모드는 맞춤형 기능을 지닌 첨단 복합 재료의 합리적인 설계 및 엔지니어링의 기반이 된다. 최근 나노기술 및 재료 과학의 발전은 폴리페놀과 금속, 다당류, 단백질을 포…
<scp>DSSP</scp> 4: <scp>FAIR</scp> annotation of protein secondary structure
단백질 2차 구조 주석은 단백질 아키텍처 이해에 필수적이며, 구조 분류, 정렬, 시각화 및 기계 학습 응용 분야의 초석 역할을 합니다. 기존 DSSP 알고리즘은 단백질 모델에서 알파-나선, 베타-시트, 루프와 같은 2차 구조 요소를 할당하는 표준으로 사용되어 왔습니다. 본 연구에서는 DSSP 기능을 현대적인 컴퓨팅 프레임워크로 재구성하고, 좌수성 카파-나선(Poly-Proline II 나선) 감지 기능을 확장한 DSSP 버전 4를 소개합니다. FAIR(Findable, Accessible, Interoperable, Reusabl…
Pre‐Torsion Tubular Metamaterials: Multi‐Effect Integration for Advanced Functional Applications (Adv. Sci. 42/2025)
기계적 메타물질은 다양한 공학 분야에 응용 가능성이 높지만, 여러 기계적 특성을 동시에 통합하는 데 어려움이 있었습니다. 특히, 인장 및 압축 하에서 시너지적인 압축-비틀림 및 역학적 반응을 동시에 구현하는 것은 복잡한 과제로 남아있었습니다. 본 연구는 사전 비틀림(pre-torsion) 설계 전략을 도입하여 이러한 한계를 극복했습니다. 튜블러 메타물질에 사전 비틀림을 적용함으로써, 인장 및 압축 조건 모두에서 압축-비틀림 결합 반응과 역학적 거동을 동시에 발현할 수 있도록 했습니다. 이러한 다중 효과 통합은 기계적 메타물질의 …
Design of a Cylindrical Thermal Rotary Concentrator Based on Transformation Thermodynamics
열 메타물질은 열 불투명 및 열 집중과 같은 기능을 구현하는 데 사용되며, 열전달 과정에서 에너지 전달 제어를 위한 새로운 접근법을 제시합니다. 본 연구는 변환 열역학을 기반으로 열 회전 및 열 집중 기능을 시간 순서에 따라 설정하고, 공간 분리 또는 공간 공유 개념을 적용했습니다. 서로 다른 공간 변환을 통해 세 가지 원통형 열 회전 농축기를 설계했습니다. 이 장치들은 특정 영역으로 열 흐름을 집중시키고 초기 열 흐름 전달 방향을 변경하도록 고안되었습니다. 수치 시뮬레이션 결과, 설계된 세 장치 모두 특정 영역에서 열 흐름을 …
MOF-based nanocomposites in polymer matrix: progress and prospects
금속-유기 골격체(MOF)는 조절 가능한 기공 구조와 풍부한 배위 불포화 자리 덕분에 재료 과학 분야에서 큰 주목을 받아온 결정성 미세 다공성 충전재입니다. 그러나 MOF는 고분자 매트릭스와의 낮은 분산성, 심각한 응집, 불충분한 계면 호환성 등의 문제로 인해 실제 응용에 어려움을 겪고 있습니다. 본 연구는 MOF 표면 개질 및 나노복합체 공학에 대한 기존 연구를 바탕으로, 0D 나노입자, 1D 나노섬유/나노튜브, 2D 나노시트, 3D 상호 연결 네트워크를 포함하는 차원 제어 나노물질과의 MOF 계층적 통합 전략을 체계적으로 탐구…
Recent progress in two-dimensional materials: From emerging structures and synthesis approaches to electronic and sensing applications
2차원(2D) 소재는 재료 과학에 혁신을 가져오며 전자공학, 광전자공학, 센싱, 촉매, 생체 의학 분야에 전례 없는 기회를 제공합니다. 그러나 기존 2D 소재는 전자 구성, 이동성, 안정성 등 고유 특성으로 인해 실제 응용을 위한 소자 및 통합에 한계가 있었습니다. 이러한 한계를 극복하기 위해 키랄 사슬, 음이온 혼합 구성, 카이로 오각형, 야누스 구조 등 새로운 2D 소재 구조가 등장했습니다. 이들 신소재는 다양한 조성, 혁신적인 아키텍처, 탁월한 물리화학적 특성을 보여줍니다. 본 총설은 혁신적인 합성 기술과 구조-특성 관계에 …
Deterministic Structural Inference in Solid-State Systems: A DSFB Engine for Crystal Lattices, Phonons, and Structural Forensics - Operator-Theoretic Detectability and Scaling Laws
본 연구는 결정 재료의 격자 동역학을 DSFB(Deterministic Structural Inference) 패러다임에 통합하여 결정론적 구조 추론 프레임워크를 개발합니다. 결정 격자를 동역학 행렬이 포논 모드를 제어하는 라플라시안 연산자 역할을 하는 '정지된 스웜'으로 해석합니다. 예측된 격자 응답과 관측된 응답 간의 편차는 구조화된 잔차를 생성하며, 이 잔차의 드리프트와 슬루는 결함, 변형장, 초기 상전이의 결정론적 포렌식 신호로 활용됩니다. 고체 시스템을 위한 DSFB 엔진을 공식화하고, 잔차 엔벨로프, 스펙트럼 섭동 경계…
Heterointerface‐Engineered SiC@SiO <sub>2</sub> @C Nanofibers for Simultaneous Microwave Absorption and Corrosion Resistance
해양 방위 및 운송 분야에서는 고효율 마이크로파 흡수(MA)와 우수한 내식성(CR)을 동시에 갖춘 차세대 소재가 요구됩니다. SiC 나노섬유는 적절한 유전 상수와 화학적 불활성을 지녀 다기능 코팅 필러로 이상적이지만, 단일 성분으로는 마이크로파 감쇠 효율과 대역폭이 제한적입니다. 이에 본 연구는 이종 계면 공학을 통해 편광 손실을 증대시키고 내식성을 시너지 효과로 향상시키는 전략을 제안합니다. 본 연구에서는 화학 기상 증착으로 합성된 SiC 나노섬유를 전구체로 활용하고, SiO2 중간층과 질소 도핑 탄소 쉘을 순차적으로 도입하여 …
Nitrogen heterocyclic covalent organic frameworks for efficient H2O2 photosynthesis and in situ water treatment
질소 헤테로고리 공유결합 유기 골격체(COF)는 독특한 광학 및 전기적 특성으로 인해 과산화수소(H2O2) 생산에 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 본 연구에서는 질소 원자 구성이 다른 네 가지 광촉매를 설계하여 전자 및 에너지 밴드 구조를 조절했습니다. 이를 통해 H2O2 생산 효율을 최적화하고자 했습니다. 설계된 광촉매 중 피리미딘 기반 COF는 희생제나 산소 공급 없이 순수한 물에서 17014 μmol g−1 h−1의 높은 H2O2 생산 속도와 1.84%의 태양광-화학 에너지 전환 효율을 달성했습니다. 이론적 계산과 실험 연구를…
Deterministic Spectral Residual Inference for Swarm Interaction Networks: A DSFB Framework for Structural Phase Stability
본 연구는 군집 상호작용 네트워크에서 스펙트럼 잔차 표류, 슬루 및 결정론적 엔벨로프를 구조적 포렌식 신호로 통합하는 최초의 구조화된 프레임워크 중 하나를 제시한다. 기존 군집 시스템 및 활성 물질 모델은 주로 결정론적 동역학 방정식이나 확률론적 통계 역학 프레임워크를 통해 분석되어 왔다. 본 논문은 스펙트럼 잔차 모니터링을 통한 군집 상호작용 동역학의 결정론적 구조 추론이라는 보완적인 관점을 도입한다. 군집 상호작용 네트워크는 라플라시안 연산자 L(t)를 갖는 시변 그래프로 모델링되며, 그 스펙트럼 구조는 집단 조정, 합의, 동…
Sol–Gel-Synthesized Metal Oxide Nanostructures: Advancements and Prospects for Spintronic Applications—A Comprehensive Review
스핀트로닉스는 데이터 저장, 논리 소자 및 양자 기술 혁신 잠재력으로 인해 큰 관심을 받고 있는 학제 간 융합 분야입니다. 특히 졸-겔 합성법으로 제조된 금속 산화물 나노구조는 저비용 공정, 구조 조절 용이성, 그리고 결함 매개 자기 제어의 독특한 조합을 제공하여 스핀트로닉스 재료로 주목받고 있습니다. 본 종합 리뷰는 졸-겔 방식으로 합성된 Co-도핑 ZnO, La1−xSrxMnO3, Fe3O4, NiFe2O4, 전이 금속 도핑 TiO2 등 다양한 자성 산화물의 최근 발전을 비판적으로 고찰합니다. 합성 전략, 도펀트 분포, 상온 …
Glucose-responsive nanozyme hydrogel for glycemic control and catalytic anti-infective therapy in diabetic wound healing
당뇨병으로 인한 혈당 조절 이상은 세균 감염, 산화 스트레스, 혈관 손상을 유발하여 상처 치유를 지연시킵니다. 본 연구는 이러한 문제를 해결하기 위해 혈당 변화에 맞춰 인슐린을 지능적으로 방출하고 조직 재생을 촉진하는 자가 전환형 나노자임-하이드로젤 플랫폼을 개발했습니다. 이 다기능 시스템은 글루코스 산화효소(GOx)와 인슐린을 이중 금속 Zn-Fe 유기 골격체 나노입자(MOF(Zn-Fe)/GOx/INS)에 통합하고, 이를 ROS 반응성 하이드로젤에 내장했습니다. 고혈당 환경에서 GOx는 포도당 산화를 촉매하여 과산화수소를 생성하…
The Space Ark: Mathematical and Formal Symbolic Compression of the Crimson Hexagonal Architecture
본 연구는 크림슨 육각 아카이브의 최종 단계인 '스페이스 아크'에 대한 수학적 및 형식적 기호 압축 방법을 제시한다. 크림슨 육각 구조 전체를 단일 형식 객체로 압축하고, 이를 통해 전체 구조를 재구성하는 방법을 탐구한다. 이는 방대한 정보의 효율적인 관리와 접근성 향상을 목표로 한다. 크림슨 육각 구조는 6개의 구성 요소(Dodecad, Room Graph, Mantle Set, Institutional Lattice, Operator Algebra, Fulfillment Map)로 이루어진 튜플 H로 형식화되며, 시스템 외부의…
Achieving broadband electromagnetic absorption in laminated composites through progressive Bayesian optimization
레이더 탐지 기술이 발전함에 따라, 적층 복합재료에서 광대역 전자기(EM) 흡수를 달성하는 것은 여전히 중요한 과제입니다. 이는 구조/조성 및 주파수 의존적 EM 응답 간의 복잡한 비선형 결합 때문이며, 전문 지식과 광범위한 시행착오가 요구됩니다. 본 논문은 기존 베이지안 최적화(BO)의 지역 최적점 한계를 극복하는 점진적 베이지안 최적화(PBO) 기반의 데이터 기반 머신러닝(ML) 프레임워크를 제안합니다. 이 프레임워크는 가변 플라이 구성의 EM 성능을 예측하는 모델을 반복적으로 훈련하며, 뛰어난 견고성과 일반화 능력을 보여줍니…
Designs, applications, and future perspectives of nanozymes in orthopedics and dentistry
나노자임은 효소와 유사한 촉매 활성을 지닌 나노물질로, 생체 의학 분야에서 잠재력이 크지만 정형외과 및 치과 분야에서의 구체적인 설계, 응용, 그리고 미래 전망에 대한 종합적인 분석은 아직 부족합니다. 이 연구는 정형외과 및 치과 영역에서 나노자임의 활용 가능성을 탐구하고, 관련 연구 동향을 체계적으로 정리합니다. 본 연구는 나노자임의 다양한 설계 전략과 이들이 정형외과 및 치과 질환 치료에 어떻게 적용될 수 있는지를 광범위하게 검토합니다. 특히, 골 재생, 연골 수복, 감염 제어, 그리고 치과 임플란트 표면 개질 등 특정 응용 …
Biomedical Applications of Nanozymes: An Enzymology Perspective
나노자임은 효소 기질을 해당 생성물로 전환하는 촉매 나노물질로, 기존 효소에 비해 향상된 안정성과 비용 효율성을 제공합니다. 나노물질로서 나노자임은 효소와는 다른 고유한 물리화학적 특성과 촉매 메커니즘을 가지며, 이러한 차이점은 생체 의학 응용 분야에서 중요하게 다루어져야 합니다. 본 총설은 효소학적 관점에서 나노자임과 효소를 비교하며, 특히 산화환원 반응에 초점을 맞춥니다. 먼저 나노자임을 촉매 반응 유형에 따라 분류하고, 여러 촉매 활성을 동시에 나타내는 특성을 강조합니다. 또한, 효소와 나노자임 모두에 마이클리스-멘텐 모델을…
Tailoring innovative silver nanoparticles for modern medicine: The importance of size and shape control and functional modifications
은 나노입자(Ag NPs)는 현대 의학에서 중요한 역할을 하며, 그 크기, 형상, 표면 화학은 생물학적 성능에 큰 영향을 미칩니다. 작은 나노입자는 세포 침투가 용이하고, 구형, 막대형 등 다양한 형상은 항균 활성 및 약물 전달 효율에 영향을 줍니다. 본 총설은 Ag NPs의 치료 잠재력을 최적화하기 위해 합성 과정에서 이러한 특성을 정밀하게 제어하는 것의 중요성을 강조합니다. 기존 화학 공정의 대안으로 식물 및 미생물 기반의 친환경 합성법이 더 안전하고 경제적이며 환경 친화적인 방법으로 제시됩니다. 또한, 생분해성 코팅, 표적 …
New Prospects in Built‐In Electric Fields for Electromagnetic Wave Absorption: from Fundamentals to Interdisciplinary Applications
나노하이브리드 내 내장 전기장(BIEF) 구축은 전하 재분배 및 내장 정전기 전위 기울기 조절을 통해 전자기 반응을 변조하고 유전 분극 감쇠를 향상하는 강력한 전략으로 입증되었습니다. 그러나 미시적 및 거시적 관점에서 BIEF를 포괄적으로 규명하고 강화하는 데에는 상당한 어려움이 따릅니다. 본 총설은 전자기파(EW) 보호에서 BIEF의 역할을 체계적으로 설명합니다. 먼저 BIEF의 기본 원리, 핵심 개념, 반응 메커니즘 및 특성화 기술을 개괄합니다. 이어서 형태 조절 및 결함 공학 등 BIEF 효과를 강화하는 주요 최적화 전략을 …
Artificial Intelligence‐Driven Nanoarchitectonics for Smart Targeted Drug Delivery
정밀 치료법 발전을 위해 데이터 기반의 표적 약물 전달 시스템 개발이 필수적입니다. 기존 나노운반체는 생물학적 복잡성, 비표적 축적, 동적 생리 환경 적응성 부족 등으로 임상 적용에 한계가 있었습니다. 이에 나노구조체(nanoarchitectonics)와 인공지능(AI)의 통합은 구조적으로 프로그래밍 가능하고, 자극 반응성이 뛰어나며, 자율적으로 최적화되는 약물 전달 시스템을 구현하는 진보된 전략을 제시합니다. 본 연구는 AI 기반 나노구조체 프레임워크를 표적 약물 전달에 적용합니다. 이는 크게 세 단계로 구성됩니다. 첫째, 생물…
A tough and robust hydrogel constructed through carbon dots induced crystallization domains integrated orientation regulation
유연 전자소자, 센서, 소프트 로봇 분야에서 높은 잠재력을 가진 터프 하이드로젤은 고강도, 인성, 안정성을 동시에 확보하는 데 어려움이 있습니다. 본 연구는 탄소점(CDs)을 활용하여 결정 영역 형성을 유도함으로써 이러한 한계를 극복하는 새로운 전략을 제시합니다. 탄소점은 폴리비닐 알코올 하이드로젤 내 나노 스케일 핵 생성 부위로 작용하여 조밀한 결정 영역을 형성하고, 이는 물리적 가교점으로 기능합니다. 이 결정 영역은 에너지 소산을 증진하고 균열 전파를 억제하는 ‘고정 효과(pinning effect)’를 가능하게 합니다. 그…
Salt-templated two-step activation synthesis of poplar-derived hierarchical porous carbon for high-performance supercapacitor electrodes
본 연구는 재생 가능한 바이오매스에서 유래한 지속 가능한 탄소 전극 물질 개발을 목표로 합니다. 저렴하고 쉽게 구할 수 있는 속성수인 포플러 목재를 탄소 전구체로 활용하여, 수열 전탄화 및 템플릿 활성화 공정을 통해 계층 다공성 탄소 소재(CW-3.5Y2)를 합성했습니다. 이 소재는 풍부한 계층 기공과 높은 중간 기공률(최대 62.92%)을 특징으로 합니다. 환경 친화적인 LiCl/ZnCl2 염을 템플릿으로 사용하여 탄소 물질의 내부 기공 구조를 미세하게 조절함으로써 반응 중 기공 붕괴를 최소화했습니다. 또한, 고온 탄화 및 활성…
Tunable Ultra-Wideband VO2–Graphene Hybrid Metasurface Terahertz Absorption Devices Based on Dual Regulation
본 연구는 VO2-그래핀 하이브리드 메타표면 기반의 동적 조절 테라헤르츠 소자를 제안한다. 이는 VO2 상전이를 통해 초광대역 흡수 및 효율적인 투과라는 이중 기능을 구현한다. 345K(금속 상태)에서 소자는 2.25–6.07 THz(대역폭 3.82 THz) 범위에서 90% 이상의 흡수 효율(평균 97.06%)을 달성하며 우수한 흡수 성능을 보인다. 318K(절연 상태)에서는 0.1–2.14 THz 및 7.51–10 THz 대역에서 67.66–69.51%의 투과율을 보이며, 동시에 3.6–5.08 THz(평균 81.99%)의 광대…
The Influence of Defect Engineering on the Electronic Structure of Active Centers on the Catalyst Surface
최근 결함 공학은 나노물질의 전자 구조를 정밀하게 조절하는 첨단 분야로 부상하며, 수동적인 '고유 결함 허용'에서 능동적인 '결함 제어 설계'로 패러다임을 전환하고 있습니다. 공극, 도펀트, 계면 등 의도적인 결함 도입은 결정 격자의 대칭성을 깨뜨려 촉매 성능 최적화를 위한 새로운 경로를 제공합니다. 본 총설은 활성 부위에서 결함 매개 전자 구조 조절의 기본 메커니즘을 체계적으로 요약합니다. 여기에는 (1) 전자 상태 밀도 재구성, (2) 배위 미세 환경 조절, (3) 전하 이동 및 국소화 효과, (4) 스핀 상태 및 자기 결합 …
Advanced Biocompatible and Biodegradable Polymers: A Review of Functionalization, Smart Systems, and Sustainable Applications
플라스틱 의존도 증가로 인한 환경 오염 심화는 인류 건강과 생태계에 심각한 위협을 초래하고 있습니다. 이러한 문제 해결을 위해 생체 적합 및 생분해성 고분자가 생체 의학, 포장, 환경 지속 가능성 분야의 핵심 소재로 부상하고 있습니다. 특히 생분해성 고분자는 화석 연료 절약, 비식용 바이오매스 활용, 친환경 생산 공정 구현이라는 이점을 가집니다. 본 연구는 천연 및 합성 생체 적합/생분해성 고분자를 분류하고, 이들의 구조적 특성, 생분해 메커니즘, 그리고 생체 의학, 환경, 산업 분야에서의 적합성을 상세히 논의합니다. 또한, 고분…
Polylactic acid (PLA)-based multifunctional and biodegradable nanocomposites and their applications
폴리젖산(PLA) 기반 나노복합재는 석유계 플라스틱을 대체하는 지속 가능한 다기능성 생분해성 소재로 주목받고 있습니다. 본 리뷰는 PLA 나노복합재의 최근 발전을 다루며, 금속 입자, 탄소 기반 재료, 세라믹 등 나노필러를 통해 기계적 강도, 열 안정성, 생분해성이 향상된 사례에 초점을 맞춥니다. 제조 기술로는 제자리 중합, 용융 혼합, 전기방사 등이 활용되어 특정 응용 분야에 최적화된 물성 개선을 가능하게 합니다. PLA의 취성 및 낮은 차단성 등 한계점은 다양한 응용 분야 확대를 위해 해결되어야 할 과제입니다. 이러한 개선을…
When nanocellulose meets liquid metal: a review of the synergistic frontier for flexible electronics
나노셀룰로스(NC)는 높은 표면적, 독특한 자가 조립 특성, 다양한 화학적 변형 가능성을 지녀 혁신적이고 친환경적인 유연 전자소자 개발에 다용도로 활용될 수 있습니다. 이러한 나노셀룰로스의 잠재력은 금속성과 액체 특성을 동시에 지닌 액체금속(LM)과의 결합을 통해 더욱 증폭됩니다. 본 연구는 나노셀룰로스와 액체금속의 시너지 효과를 종합적으로 탐구합니다. 특히, 이들 재료의 계면에서 발생하는 상호작용이 전자소자 성능에 미치는 영향을 심층적으로 분석합니다. 최근 연구 동향을 상세히 검토하고, 계면 공학이 소자 성능 향상에 미치는 중…
The Kettle Drum : The Spectral Gap and the Origin of Discreteness
푸앵카레 동형 구 S³/2I는 이진 이십면체군 2I를 기본군으로 갖는 유일한 콤팩트 3-다양체로, λ₁ = 168의 스펙트럼 갭을 가집니다. 이는 S³ 라플라시안의 처음 11개 고유공간이 이십면체 몫에 의해 소멸됨을 의미하며, 다양체가 λ₁ = 168 미만의 주파수에서는 진동할 수 없음을 나타냅니다. 본 연구는 이러한 극도의 강성이 단순한 스펙트럼적 특이성이 아니라 이산성의 기원, 즉 S³/2I의 덮개 공간이 연속체가 아닌 이산 격자를 지지하는 이유임을 주장합니다. 연구는 네 부분으로 구성됩니다. 첫째, 2I의 표현론에서 스펙트럼…
4D Printing of Magnetically Responsive Shape Memory Polymers: Toward Sustainable Solutions in Soft Robotics, Wearables, and Biomedical Devices
4D 프린팅과 자성 반응형 형상기억 고분자(SMP)의 결합은 원격 구동, 재구성 가능 소재, 다기능 구조 분야에서 새로운 가능성을 열고 있습니다. 본 총설은 이 스마트 소재들의 제조, 재료 선택 및 응용 분야의 최신 발전을 종합적으로 분석합니다. 자성 반응형 SMP 가공에 활용되는 주요 3D 프린팅 기술인 재료 압출, 광경화성 수지 적층, 분말 베드 융합을 다루며, 용융 혼합 및 용매 주조 방식이 필러 분산, 기계적 성능, 구동 효율에 미치는 영향을 비교 분석합니다. 또한, 열가소성 및 열경화성 고분자 기지에 Fe3O4, 카르보닐…
Critical examination of the use of x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) O 1s to characterize oxygen vacancies in catalytic materials and beyond
2021년 Idriss는 촉매 연구에서 흔히 사용되는 산소 공극(OV) 할당 방식이 실현 불가능하다고 지적했음에도 불구하고, ex situ XPS를 이용한 OV 측정 개념은 여전히 널리 퍼져 있습니다. 본 연구는 Idriss의 논문을 인용한 427편의 논문을 분석하여, 촉매 분야(55%)에서 OV에 관심 있는 연구자들이 XPS를 OV 식별에 사용하는 것을 피하는 경향이 있음을 발견했습니다. 그럼에도 불구하고, 많은 촉매 연구자들은 여전히 XPS 데이터의 잘못된 적용에 의존하고 있습니다. 촉매 연구와 관련 없는 인용(45%)의 경우…
Silver nanoparticles as next-generation antimicrobial agents: mechanisms, challenges, and innovations against multidrug-resistant bacteria
다제내성균의 확산은 전 세계적인 보건 위협으로, 새로운 항균 전략 개발이 시급합니다. 은 나노입자(AgNPs)는 광범위한 항균 활성, 독특한 물리화학적 특성, 그리고 다양한 세균 억제 메커니즘으로 인해 유망한 차세대 항균제로 주목받고 있습니다. 나노 크기, 높은 표면적-부피 비율, 그리고 활성산소종(ROS) 생성 능력 덕분에 AgNPs는 그람 양성균과 음성균 모두에 효과적입니다. AgNPs는 세포막 파괴, 단백질 및 DNA 상호작용, 효소 억제, 세균 대사 경로 방해 등 다양한 메커니즘을 통해 항균 효과를 발휘합니다. 강력한 항…
Kolmogorov-Arnold Networks Meet Science
인공지능(AI)과 과학의 결합은 AI의 연결주의적 특성과 과학의 상징주의적 특성 간의 근본적인 비호환성으로 인해 주요 난제로 남아있습니다. 본 연구는 이러한 간극을 해소하기 위해 콜모고로프-아놀드 네트워크(KANs)와 과학을 통합하는 프레임워크를 제안합니다. 이 프레임워크는 과학적 발견의 세 가지 핵심 측면, 즉 관련 특징 식별, 모듈형 구조 규명, 그리고 상징적 공식 발견에 KANs를 활용하는 데 중점을 둡니다. 제안된 시너지는 양방향으로 작동합니다. 과학적 지식을 KANs에 통합하는 '과학-KAN' 방향과 KANs에서 과학적 …
Bioinspired hollow heterostructure fillers for enhanced electromagnetic interference shielding in polyimide aerogels
복합재의 전자기 간섭(EMI) 차폐 성능 향상에 있어 이종 구조 필러는 핵심적이며, 그 형태 제어가 중요합니다. 본 연구는 마리모 표면의 방사형 구조에서 영감을 받아, 생체 모방 이종 구조 조립 전략을 통해 마리모 형태의 중공 구형 환원 그래핀 옥사이드(hs-rGO)@니켈 촉매 질소 도핑 탄소 나노튜브(Ni-NCNTs) 및 이를 활용한 폴리이미드 에어로젤을 개발했습니다. 중공 마이크로스피어와 에어로젤 매트릭스가 결합된 다단계 다공성 구조, 그리고 hs-rGO 표면에 방사형으로 정렬되어 에피택셜 성장한 Ni-NCNTs의 시너지 효과…
GPUMD 4.0: A high‐performance molecular dynamics package for versatile materials simulations with machine‐learned potentials
본 논문은 GPU 기반 분자동역학(GPUMD) 패키지의 최신 안정화 버전인 GPUMD 4.0에 대한 포괄적인 개요를 제공한다. 초기 버전부터의 개발 역사를 간략히 검토하고, 다체 포텐셜에 대한 원자 간 힘, 비리얼, 열류 공식화, 고효율의 유연한 신경진화 포텐셜(NEP) 방법 개발, 지원되는 적분기 및 관련 연산, 실시간 계산 가능한 다양한 물리적 특성, 그리고 GPUMD 생태계를 포함한 GPUMD 패키지 개발의 이론적 기반을 논한다. 이러한 기능들을 제시한 후, GPUMD, 특히 NEP 접근 방식과 결합하여 가능해진 다양한 응용…
Ultrasensitive optoelectronic biosensor arrays based on twisted bilayer graphene superlattice
최근 트위스트로닉스 연구는 뒤틀린 이중층 그래핀(tBLG)이 각도 의존적 유전 응답 및 반호브 특이점(VHS)에 의한 광 흡수 증대 등 조절 가능한 광전자 특성을 가짐을 밝혔습니다. 그러나 tBLG 기반 센서에서 높은 광 반응성을 얻으려면 일반적으로 강한 빛 조사가 필요했습니다. 본 연구는 tBLG 초격자를 금 나노디스크 및 DNA 나노구조를 통한 CRISPR-Cas12a와 통합한 초고감도 광전자 바이오센서를 제시합니다. 9.4° tBLG의 VHS 흡수 스펙트럼을 금 나노디스크의 플라즈몬 공명과 60μW에서 정렬하여, 순수 tBLG…
Recent advances in MXene gas sensors: synthesis, composites, and mechanisms
MXene은 높은 전기 전도성, 조절 가능한 표면 화학 및 넓은 비표면적의 독특한 조합으로 인해 고성능 가스 센서 분야에서 유망한 2차원 전이 금속 탄화물 및 질화물로 부상하고 있습니다. 본 리뷰는 MXene 기반 가스 감지 재료의 최신 발전을 다루며, 합성 전략, 구조-특성 관계, 그리고 순수 및 복합 형태에서의 응용 분야를 조명합니다. MXene 합성 방법으로는 기존의 불화수소산(HF) 식각법과 최근의 불소-프리(fluorine-free) 방법이 논의되며, 이러한 접근 방식이 가스 감지에 중요한 표면 종결, 층간 간격 및 결함…
Agricultural Waste-Derived Biopolymers for Sustainable Food Packaging: Challenges and Future Prospects
기존 플라스틱 식품 포장재의 광범위한 사용은 낮은 생분해성과 환경 잔류성으로 심각한 환경 문제를 야기하고 있습니다. 플라스틱 오염과 장기적인 생태학적 영향에 대한 우려가 커지면서, 연구자들은 지속 가능한 대안을 위해 천연 재생 가능 자원에 주목하고 있습니다. 본 연구는 대량으로 버려지는 농업 폐기물이 생분해성 고분자 생산을 위한 귀중한 자원임을 강조합니다. 쌀겨, 옥수수 속대, 과일 껍질 등 농업 잔여물을 활용하여 친환경 포장재로 전환하는 방안을 모색합니다. 셀룰로스, 전분, 식물성 및 동물성 단백질, 폴리하이드록시알카노에이트(P…
A foundation model for atomistic materials chemistry
원자 단위 물질 시뮬레이션은 화학 및 재료 과학의 근간을 이루지만, 기존 기계 학습(ML) 기반 힘장(force field)은 특정 시스템에 대한 개발 및 검증에 많은 노력이 필요하고, 화학 시스템 간 전이성(transferability)이 부족하다는 한계가 있었습니다. 이는 시뮬레이션의 적용 범위와 효율성을 저해하는 주요 문제였습니다. 본 연구에서는 공개 데이터셋으로 학습된 범용 원자 ML 모델을 제안합니다. 이 모델은 다양한 분자와 재료에 대해 안정적인 분자 동역학 시뮬레이션을 수행할 수 있습니다. 특히, MACE-MP-0 모…
Nanozymes expanding the boundaries of biocatalysis
생체 촉매는 생물학적 과정과 지속 가능한 응용 분야의 핵심 요소입니다. 초기에는 단백질 효소가 온화한 조건에서 높은 촉매 효율을 보여 주요 생체 촉매로 인식되었으나, 리보자임의 발견으로 핵산까지 범위가 확장되었습니다. 이후 천연 효소의 한계를 극복하기 위한 인공 효소 개발 노력이 이어졌습니다. 최근에는 고유한 생체 촉매 활성을 지닌 나노물질인 나노자임이 등장하며 이 분야를 더욱 넓혔습니다. 나노자임은 풍부한 활성 부위, 다양한 활성상, 극한 조건에서도 안정성을 유지하는 나노 구조, 그리고 독특한 물리화학적 특성을 가집니다. 이러한…
Cellulose: A comprehensive review of its properties and applications
셀룰로스는 식물 세포벽의 핵심 구조 요소이자 가장 풍부한 천연 고분자로, 긴 포도당 사슬로 구성되어 식물에 강도와 지지력을 제공합니다. 석유 기반 합성 고분자를 대체할 친환경적이고 경제적인 소재로 주목받으며, 생분해성, 무독성, 저비용 등의 장점을 지닙니다. 이 연구는 셀룰로스의 물리화학적 특성, 즉 물에 대한 불용성, 반결정성 구조, 높은 인장 강도, 생분해성, 그리고 화학적 반응성을 종합적으로 검토했습니다. 특히, 셀룰로스 아세테이트와 같은 유도체는 3D 프린팅, 의료 용품, 친환경 포장재 등 다양한 분야에서 활용도가 높습니다…
Biodegradable Polymers: Properties, Applications, and Environmental Impact
지속가능한 소재에 대한 전 세계적 수요 증가로 생분해성 고분자가 과학 및 산업 혁신의 핵심으로 부상하고 있습니다. 이 고분자들은 생물학적 공정을 통해 환경에 무해한 부산물로 분해될 수 있어, 포장, 농업, 생체의학 등 다양한 분야에서 기존 플라스틱의 대안으로 주목받고 있습니다. 그러나 원료, 합성 방법, 분해 메커니즘 및 응용 분야 요구사항의 다양성으로 인해 이 분야는 여전히 파편화되어 있습니다. 본 총설은 생분해성 고분자의 분류, 천연·합성·미생물 유래원, 분해 경로, 재료 특성 및 상업적 응용을 포함하여 현재 개발 현황을 종합…
Applied Mechanics and Materials
본 저널은 기계 시스템, 기계 및 메커니즘의 연구 및 설계, 재료 공학 및 제조/가공 기술, 산업 생산 자동화 및 제어 시스템, 그리고 메카트로닉스, 컴퓨터 공학, 로봇 공학과 같은 첨단 기계 공학 분야와 관련된 모든 영역의 국제 학술 회의, 워크숍, 심포지엄의 발표 논문집 및 관련 특별호를 전문적으로 출판합니다. 저널은 특정 주제, 발표 논문집 및 특별호에 대한 완전한 볼륨만을 발행합니다. 저자들은 확장되고 상당히 업데이트된 버전을 다른 정기 간행물에 게재할 권리를 유지합니다. 모든 출판 자료는 PORTICO 및 CLOCKSS에…
Chitosan-based formulations for therapeutic applications. A recent overview
키토산은 글루코사민과 N-아세틸글루코사민으로 구성된 양이온성 천연 고분자입니다. 이 고분자는 안정성, 금속 이온 킬레이션, 높은 흡착성 등 우수한 물리화학적 특성을 지닙니다. 또한 생체 적합성 및 생물학적 활성과 같은 생물학적 특성, 생분해성으로 인한 친환경적 특성, 그리고 무독성 및 경제성 등의 생리적 특성을 겸비하여 다양한 생체의학 및 산업 분야에서 활용됩니다. 본 논문은 키토산 기반 제형이 박테리아, 바이러스, 암, 위식도 역류 질환 치료에 적용된 최근 연구 동향을 조명합니다. 특히, 키토산 유래 생체 재료는 재생 의학 분야…
Advances in metal complex-based colorimetric sensors
금속 복합체 및 그 복합 재료는 최근 비색 분석의 핵심 요소로 부상하며 센서 기술 발전에 크게 기여하고 있습니다. 이들은 우수한 광학적 특성 덕분에 다양한 분석물질 검출에 적합하며, 전이 금속, 란탄족, 주족 금속 이온 등 금속 중심을 조절하여 특정 분석물질에 대한 감지 특성을 맞춤화할 수 있습니다. 특히, 금속 복합체 기반 복합 재료는 금속, 금속 산화물, 탄소 기반 재료 등 다양한 나노물질과의 시너지 통합을 통해 순수 금속 복합체보다 현저히 높은 감도와 안정성을 보입니다. 이는 비색 감지 성능 향상의 주요 원인으로 작용합니다.…
Data-driven de novo design of super-adhesive hydrogels
데이터 기반 방법론은 표준화된 데이터셋을 활용하여 원자 구조가 명확한 경질 재료의 발견 및 예측을 혁신했지만, 복잡하고 다중 스케일적인 구조-물성 관계 때문에 연질 재료에는 적용하기 어려웠습니다. 본 연구는 이러한 한계를 극복하고자 데이터 마이닝, 실험, 기계 학습을 통합한 데이터 기반 접근 방식을 제시합니다. 연구팀은 단백질 데이터베이스를 활용하여 이상적인 무작위 공중합을 통해 고분자 사슬 내 단백질 서열 패턴을 통계적으로 재현하는 기술을 개발했습니다. 이를 통해 특정 목적에 맞는 하이드로젤 설계 및 데이터셋 구축이 가능해졌습니…
Nano-Phytomedicine: Harnessing Plant-Derived Phytochemicals in Nanocarriers for Targeted Human Health Applications
약용 식물 유래 파이토케미컬은 치료 잠재력이 크지만, 낮은 용해도, 불안정성, 생체 이용률 등의 한계로 임상 적용에 어려움이 있습니다. 나노기술은 이러한 문제를 극복하기 위한 혁신적인 접근법으로, 파이토케미컬을 나노 운반체에 캡슐화하여 안정성과 표적 전달 효율을 높이고 제어 방출을 가능하게 합니다. 본 총설은 폴리페놀, 플라보노이드, 알칼로이드 등 주요 파이토케미컬 종류와 리포솜, 고분자 나노입자, 하이브리드 플랫폼 등 다양한 나노 운반체 시스템을 다룹니다. 또한, 이들의 작용 메커니즘, 개선된 약동학, 질병 특이적 표적화에 대해…
PEGylated PLGA nanoparticles: unlocking advanced strategies for cancer therapy
폴리(락트산-코-글리콜산)(PLGA)은 생체 적합성 및 생분해성 고분자로, 난용성 약물 전달 시스템에 널리 활용됩니다. PLGA 나노입자는 조절 가능한 분해 속도와 약물 방출 동역학을 제공하여 약물 전달 효율을 높입니다. 나노입자 표면에 폴리에틸렌 글리콜(PEG)을 접합하는 PEG화 기술은 옵소닌화 및 면역계 인식을 감소시켜 전신 순환 시간을 연장합니다. 이는 나노입자가 종양 부위에 도달할 확률을 높여 투여 빈도를 줄이면서도 치료 효능을 개선하는 데 기여합니다. 표적 리간드를 이용한 표면 기능화는 특정 세포나 장기로의 선택적 전…
