한국전기연구원 박준호 박사팀, 비싼 황화리튬과 첨가제가 필요 없는 ‘간단 합성법’ 개발 고체전해질을 저렴한 가격으로 대량생산할 수 있는 또 하나의 기술이 개발되어 큰 주목을 받고 있다. 한국전기연구원(이하 KERI) 이차전지연구단 박준호 박사팀이 고가의 황화리튬은 물론, 첨가제 없이 고순도의 고체전해질을 제조할 수 있는 ‘간단 합성법(One-pot)’을 개발했다고 밝혔다. 고체전해질 제조법은 고에너지 볼 밀링(ball milling) 공정을 통한 ‘건식 합성법’과 용액의 화학 반응을 활용하는 ‘습식 합성법’이 있다. 연구팀은 공정의 스케일업 및 양산화 관점에서 유리한 습식 합성법에 집중했고, 용매 내에서의 최적 합성 반응을 통해 고순도의 고체전해질을 제조하는 데 성공했다. 가장 큰 장점은 고가의 황화리튬(Li2S)을 사용하지 않아도 된다는 것이다. 황화리튬은 고제전해질 제조를 위해 투입되는 시작물질 비용의 95%를 차지할 정도로 비싸다. 또한 습식 합성과정에서 황화리튬이 미반응 불순물로 남아 셀 성능 저하의 원인이 되는 경우도 종종 발생한다. 일부 황화리튬을 사용하지 않는 합성법이 제안되기도 했지만, 고가의 첨가제를 추가로 사용해야 하고, 잔존 불순물이 발생
한국과학기술연구원(KIST)은 물질구조제어연구센터 김종민 선임연구원과 계산과학연구센터 한상수 책임연구원팀이 이재우 한국과학기술원(KAIST) 교수 연구팀과 공동으로 높은 전류 밀도에서도 우수한 성능으로 과산화수소를 대량 생산하는 고효율 탄소 촉매를 개발했다고 11일 밝혔다. 과산화수소 합성에는 고가 팔라듐 촉매를 사용하는 '안트라퀴논 공정'이 주로 쓰이는데, 이는 과산화수소를 저장하고 운송하는 데 비용이 많이 들고 촉매 반응 과정에서 환경오염을 일으키는 유기 오염물질이 나오는 문제도 있었다. 이런 단점을 대체하는 공정으로 산소 환원반응을 활용해 친환경적으로 과산화수소를 합성하는 전기화학적 합성법이 주목받고 있으나 여기에 쓰이는 기존 상업용 탄소 촉매는 높은 전류밀도에서 촉매 활성도가 낮아 대량생산이 어려웠다. 연구팀은 이산화탄소를 수소화붕소나트륨과 반응시켜 붕소를 도핑한 다공성 탄소 촉매를 합성했다. 이 촉매를 실험과 계산과학으로 분석한 결과, 표면 붕소와 산소가 같이 결합한 지점에서 과산화수소 생성률이 극대화되고, 높은 전류밀도에서도 과산화수소가 잘 만들어지는 것으로 나타났다. 개발한 촉매는 실제 반응기에서 촉매 1㎏당 과산화수소 284㎏을 생산했으며 10
탄소 중립에 도달하기 위해 수소가 미래 에너지원으로 주목받고 있다. 수소 연료전지는 수소와 공기 중의 산소를 반응시켜 전기를 생산하는 발전장치로 중소형 발전뿐만 아니라 승용차, 버스, 선박 등과 같은 운송 수단의 동력원으로 개발되고 있다. 그러나 현재 전극 재료로 귀금속인 백금을 사용하고 있어 가격을 낮추는 데 걸림돌이 되고 있다. KAIST는 신소재공학과 에너지 변환 및 저장재료 연구실 조은애 교수 연구팀이 백금을 대체할 수 있는 저렴하지만 고성능을 가진 전극 소재를 개발하는 데 성공했다고 11일 밝혔다. KAIST 조은애 교수 연구팀은 차세대 연료전지로 개발되고 있는 음이온 교환막 연료전지용 전극 소재로 백금보다 우수한 성능을 갖는 '니켈-몰리브데넘 소재'를 개발했다. 신규 개발 촉매를 실제 연료전지에 적용하는 경우 다양한 변수에 의해 실성능을 얻지 못하는 경우가 많았지만 연구팀은 이번 연구에서 이를 극복하고 실제 연료전지에 신규 개발 촉매를 적용하는 것에 성공했다. 니켈은 음이온 교환막 연료전지용 비귀금속 전극 소재로 주목받았으나, 백금 성능의 100분의 1에도 미치지 못해 실제 적용되지 못하고 있었다. 그러나 이번에 연구팀이 개발한 니켈-몰리브데넘 촉
차세대 광통신, 바이오 이미징, 양자 계산 분야에 활용 가능 서울대학교 공과대학은 화학생물공학부 오준학 교수 연구팀이 원편광의 선택적 감지가 가능한 고분자 반도체 기반 나선형 초분자체 제작과 이를 활용한 고성능 원편광 감지 및 이미징 기술을 개발했다고 밝혔다. 빛은 전기장과 자기장이 진행 방향에 대해 수직으로 진동하며 전파되는데, 이때 전자기파가 원을 그리며 나아가는 빛이 원편광이다. 원편광은 외부 반사광 차단 필름을 통과할 수 있어 디스플레이의 발광 효율을 개선하고 양안에 맺히는 상을 다르게 해 3차원 디스플레이의 구현이 가능하다. 또한 기존 빛의 파장과 광량 정보 이외에도 고유의 스핀 각운동량 정보를 지니고 있어 암호화된 광통신 및 양자 계산 분야에 활용될 수 있다. 이처럼 원편광은 빛의 응용범위를 넓힐 수 있는 차세대 광원으로 주목받고 있다. 하지만 기존에 원편광 제어를 위해서는 편광판 및 위상지연판과 같은 외부 광학 장치가 필요해 장치의 소형화 및 집적화에 많은 어려움이 있었다. 이를 해결하고자 최근 고유한 원편광 분별 능력을 지닌 키랄성 소재가 개발돼 왔으나 원편광 분별 능력이 낮으며, 복잡하고 값비싼 제작 공정이 요구돼 실제 응용에는 한계가 있었다
레이저로 반도체 칩 내에서 정확한 타이밍의 클럭 신호 분배 가능 최근 반도체 칩의 성능이 급격하게 향상됨에 따라, 보다 정확한 타이밍으로 칩 내의 다양한 회로 블록들의 동작을 동기화시키는 클럭(clock) 신호를 공급하는 기술이 중요해지고 있다. KAIST는 기계공학과 김정원 교수 연구팀이 레이저를 이용해 반도체 칩 내에서 초저잡음 클럭 신호를 생성하고 분배할 수 있는 기술을 개발했다고 9일 밝혔다. 기존에는 클럭 신호의 정확성이 통상적으로 피코초(1조 분의 1초) 수준이었으나 이번에 개발된 기술을 이용하면 기존의 방식보다 월등한 펨토초(femtosecond, 10-15초, 천 조 분의 1초) 수준의 정확한 타이밍을 가지는 클럭 신호를 칩 내에서 생성하고 분배할 수 있으며, 클럭 분산 과정에서 발생하는 칩 내에서의 발열 또한 획기적으로 줄일 수 있다. KAIST 기계공학과 현민지 박사과정 학생이 제1 저자로 참여하고 고려대학교 세종캠퍼스 정하연 교수팀과의 공동연구로 이루어진 이번 논문은 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈' 4월 24일 자로 게재됐다. 고성능의 반도체 칩 내에서 클럭 신호를 분배하기 위해서는 클럭 분배 네트워크(clock distribution
개요 다중화(muxed) SAR(successive approximation register) ADC 애플리케이션은 크기와 전력의 제약이 있는데, 이들 제약은 종종 채널당 아날로그 신호 체인 설계 선택에 따라 달라진다. 이 글에서는 다중화 SAR ADC에 아날로그 입력 high-Z(고 임피던스) 기술을 사용함으로써 어떻게 성능과 정확도를 떨어트리지 않으면서 솔루션 크기와 전력 소모를 크게 줄일 수 있는지 알아본다. 머리말 다중화 SAR ADC는 시스템에서 다양한 변수들을 연속으로 모니터링해야 하는 애플리케이션에 흔히 사용된다. 광 통신 애플리케이션에서는 레이저 바이어싱을 광 전력 측정을 통해 모니터링할 수 있으며, VSM 애플리케이션에서는 전극으로부터 EEG/ECG 신호를 모니터링할 수 있다. 이들 다중화 애플리케이션은 공통적으로 다음과 같은 요구 사항들이 있다. ∙ 모니터링해야 할 채널이 많다. 일반적으로, ADC가 모든 채널을 순서대로 처리한다. ∙ 대체로 채널들의 전압이 서로 연관성이 없다. ∙ 시스템 차원의 풋프린트와 전력 소모의 제약이 크다. 이러한 요건들 때문에 해결해야 할 몇 가지 과제들이 있다. ADC가 어느 한 채널에서 변환을 마치면 ADC
기존 산업 오토메이션 분야의 증기·천연가스 등의 유체 관리나 거래 등에 더해, 최근에는 탄소 중립에 대한 대응 등 유량 계측의 고정도화 요구는 여전히 중요시되고 있다. 여기서는 디지털 통신을 활용해 관리 호스트 경유로 유체 정보를 다운로드함으로써 고정도 계측을 실현한 차압 전송기 기반 질량 유량계의 최신 기술, 실류 시험 결과를 소개한다. 또한 IoT화·스마트화를 바탕으로 한 장래 동향에 대해 디지털 트랜스포메이션(DX) 실현을 위한 상위 시스템의 유량계 데이터 유효 활용의 관점에서 가능성을 설명한다. 차압·압력 전송기 기반 유량계 측정기기로서 차압·압력 전송기의 용도는 그림 1에 나타낸 바와 같이 유량 측정, 압력 측정, 레벨 측정의 세 가지 용도로 분류된다. 측정 대상의 종류는 액체, 가스, 스팀 등 폭넓게 대응할 수 있으며, 기기의 비용이 비교적 저렴하다는 특징이 있다. 또한 기기의 보수·조정 작업이 제로점 조정 등으로 끝나고, 가동 중에 정기적으로 기기를 현장 교정에 보낼 필요도 없어 관리가 용이한 특징도 있다. 이 차압·압력 전송기에 오리피스판 등의 조리개 기구로 대표되는 유량 프라이머리 기기를 조합해 유량 계측에 사용한다. 이 경우 조리개 기구에서
지난 호에는 이더넷의 요구 조건에 대해서 개략적으로 살펴봤다. 또한 이더넷-APL에 적용되는 모든 기술적 특성에 대해서도 소개했다. 이번 글에서는 이더넷-APL의 주요 기술적 특성과 국내외 시장에 대해서 살펴본다. 이더넷-APL의 채택 이더넷은 상호운용성에 대한 강력한 요구사항이 있는 환경에서 신뢰할 수 있는 통신 기술임이 입증됐다. 이것은 산업현장, 사무실 및 건물, 그리고 많은 개인 주택단지에도 적용된 바가 있다. 이더넷 기술의 고도화는 제품개발과 프로토콜 스택에 있어서 네트워크망의 계획, 설치 후 커미셔닝 및 여러 문제를 해결할 수 있는 다양한 도구들을 사용하여 널리 수용할 수 있도록 환경 조성하는 것을 포함한 개념이다. 끊김 없는(seamless)는 설치는 빠른 도입, 높은 참여도를 보장하므로 모든 사용자에게 장기적인 비즈니스 환경을 제공한다. 따라서 프로세스 자동화 시스템의 수명 주기업무의 당사자들, 예컨대 벤더, 종합 건설사 및 엔지니어링 회사, 건설현장의 테스크포스 부서 해당 책임자, 시설을 관리하는 공무 및 보전설비 관리자, 계측 제어 부, 동력 및 운전관리 부서운영 담당자, 석유, 석유화학, 종합화학공장 공정부서 책임자, 운영반장 등은 이더넷
2차원 소재 기반의 이중 플로팅 게이트 소자 구현…고밀도 데이터 정밀 제어 가능해 UNIST 신소재공학과 및 반도체 소재·부품 대학원 서준기 교수팀이 2차원 물질 기반의 뇌 기능을 정밀하게 모방할 수 있는 이중 플로팅 게이트(Double-floating-gate) 반도체 소자를 개발했다. 일반적으로 사용하는 컴퓨팅 시스템은 데이터의 ‘연산’과 ‘저장’이 독립적인 영역으로 구분돼 있어 동작 과정이 순차적으로 진행된다. 이러한 컴퓨팅 시스템은 데이터가 복잡해지고 회로당 소자의 수가 늘어남에 따라 높은 전력 소모와 느린 연산 속도를 유발한다. 반면, 인간의 뇌는 약 1000억 개의 뉴런 및 뉴런과 뉴런 사이에 존재하는 약 1000조 개의 시냅스가 병렬적으로 연결돼 있다. 뇌는 시냅스의 연결 강도에 의해 데이터의 ‘연산’과 ‘저장’ 기능이 통합돼 있어 약 20W 이하의 적은 전력으로도 고밀도의 복잡한 데이터를 처리할 수 있다. 최근 인공지능을 활용한 방대하고 복잡한 이미지를 처리하고 자연어 학습과 같은 기술이 급속하게 발전함에 따라 인간의 뇌를 모방한 시냅스 소자와 뉴로모픽 컴퓨팅(neuromorphic computing) 시스템의 필요성이 요구되고 있다. 인공 시
김형범 연세대 교수팀, 국제학술지 '셀' 게재…유전자치료제 개발 가능성 기대 유전자를 정밀 교정하는 차세대 유전자 가위를 인공지능(AI)으로 정밀하고 안전하게 설계하는 기술이 개발됐다. 과학기술정보통신부는 김형범 연세대학교 의과대학 의과학과 교수 연구팀이 차세대 유전자가위인 '프라임 편집기'를 교정을 원하는 유전자 정보를 입력하는 것만으로 설계하는 AI 모델을 개발했다고 29일 밝혔다. 유전자 편집 기술은 유전자를 절단하거나 교정하는 기술로, 프라임 편집기는 유전자 가위에 새로운 유전 정보를 합성할 수 있는 효소를 연결해 원하는 유전자를 치환하는 기술이다. 특히 프라임 편집기는 DNA 이중가닥을 완전히 자르지 않고 한 가닥만 잘라 기존 유전자 가위보다 안전하다는 장점이 있다. 그러나 프라임 편집기는 다른 유전자가위보다 구조적으로 복잡하고 경우의 수가 많아 설계에 어려움이 컸다. 연구팀은 프라임 편집기 데이터 33만개 이상을 확보해 각각 프라임 편집기 효율을 실험적으로 측정하고, 효율을 높이는 데 필요한 요소들을 찾아냈다. 예를 들어 프라임 편집 가이드 리보핵산(RNA)의 구성요소인 '역전사 주형'과 '프라이머 결합 부위'의 길이가 어떤 범위에서 높은 효율을
울산과학기술원(UNIST)은 에너지화학공학과 이현욱 교수 연구팀이 금속 화합물을 활용한 전극 공정 기술을 개발해 리튬 금속 전지의 성능을 크게 향상시켰다고 25일 밝혔다. UNIST에 따르면 연구팀은 금속 플루오라이드 화합물을 이용해 금속 표면은 내화학성이 좋은 보호층으로, 내부는 리튬 원자의 이동성이 향상된 리튬 합금으로 이뤄진 전극 공정 기술을 개발했다. 리튬 금속은 높은 용량과 낮은 구동 전압으로 이상적인 차세대 음극재로 주목받고 있다. 그러나 전기화학적으로 증착된 리튬이 불균일한 수지상을 형성하거나 전해질과의 부수적인 반응으로 인해 수명이 짧고, 전기적 단락에 의한 화재 위험이 있다는 점이 단점이다. 특히 리튬을 전착(전기 분해로 전극 상에 물질이 형성하는 것)할 때 발생하는 새로운 리튬 표면은 지속해서 유기 전해질과 반응하는데, 이는 리튬 전해질에 손실을 입히고 두꺼운 피막층을 형성하게 해 성능을 크게 저하시킨다. 연구팀은 전지 성능 향상을 위해 낮은 열처리 조건에서도 리튬과 활발히 반응하는 금속 플루오라이드의 성질을 이용했다. 리튬 플루오라이드는 표면 보호층을 형성하면서 내부 리튬 합금을 전해질로부터 보호할 수 있게 된다. 이 리튬 합금 전극은 전
양자정보통신 기술에 필수적인 양자광원을 구현하기 위한 플랫폼으로 반도체 양자점이 주목받고 있다. 양자점을 이용하면 빛의 최소 알갱이인 광자를 정확히 원하는 시점에 하나씩 발생하는 단일광자 발생기를 만들 수 있기 때문이다. 다만 양자점과 광학적 특성이 꼭 들어맞는 공진기 구조를 정밀하게 설계하고 결합해야만 발광 성능이 우수한 단일광자 발생기를 만들 수 있다. 한국과학기술연구원(이하 KAIST)는 물리학과 조용훈 교수 연구팀이 한국전자통신연구원(ETRI) 고영호 박사 연구팀과 KIST 송진동 박사 연구팀과의 공동연구를 통해, 고성능의 단일 양자점 양자광원을 고밀도 양자점 기판 위에서 식각과 같은 파괴적인 공정없이 맞춤형으로 다량 만들 수 있는 원천 기술을 개발했다고 18일 밝혔다. 공동 연구팀은 우선 고밀도 양자점 중에서 단 하나의 양자점을 선별해 내는 비파괴적인 선택 방법을 고안하고, 이렇게 선택된 양자점의 광학적 특성을 분석해 그 특성과 꼭 들어맞는 맞춤형 공진기를 양자점 위치에 맞추어 제작하는 방식으로 접근했다. 조용훈 교수 연구팀은 최근 개발한 집속 이온빔을 이용한 초정밀 나노 소광 기법을 고밀도 양자점에 적용했는데 이는 집속 이온빔을 약하게 조사하면 시
이종원 교수팀 연구...능동 메타렌즈·홀로그램 기술에 응용 울산과학기술원(UNIST)은 전기로 광학적 특성과 기능을 조절할 수 있는 메타표면을 개발했다고 17일 밝혔다. UNIST 전기전자공학과 이종원 교수 연구팀은 전기로 빛의 세기와 위상을 독립적으로 제어해 파면과 편광 상태를 조절할 수 있는 '중적외선 영역 능동 메타표면'을 개발했다. 메타표면은 파장보다 작은 크기의 구조체가 2차원 배열로 이뤄져 두께가 매우 얇다. 국부적으로 빛의 위상과 세기, 편광 등을 조절할 수 있는데, 제작 이후에는 이를 변화시킬 수 없어 다양한 방식으로 응용하는 데 한계가 있었다. 연구팀이 개발한 중적외선 영역 능동 메타표면은 전압으로 국부적인 빛의 세기와 위상을 독립적으로 조절할 수 있어 제작 이후에도 다양한 방식으로 활용할 수 있다. 또 빛의 편광을 변화시키는 기존 광학기기인 편광자나 파장판과 비교해 두께가 얇아 경량화가 가능하다. 특히 작동 범위가 단일 파장인 파장판과 비교해 광범위한 파장에서 작동할 수 있는 장점이 있다. 이종원 교수는 "이번에 개발한 메타표면 기반 광소자는 빛의 편광 상태를 자유자재로 변조시킬 수 있는 능동 파장판, 빛의 초점 거리를 다양하게 할 수 있는
경북대학교 첨단정보통신융합산업기술원 의료융합기술센터는 3D프린팅 기술을 적용해 인체삽입형 의료기기 양산에 성공했다고 17일 밝혔다. 경북대 첨단기술원 의료센터는 정부 기관 지원을 받아 의료기기를 제조할 수 있는 금속 3D프린터 8대를 구축 했으며 식약처 GMP, 제조업허가, ISO13485, 45001, FDA(510k) 허가 등 관련 인증 취득을 통해 국내 15개사와 제조위탁 계약을 체결했다. 한국기술은 경북대 첨단기술원 의료센터에 3D시스템즈사의 'DMP(Direct Metal Printing) Flex 350 4대를 공급했다. 이 장비는 최대 275x275x380mm 크기의 부품을 생산할 수 있는 대형 금속 3D프린터로 500W에 달하는 고출력 레이저가 탑재됐다. 경북대 첨단기술원 의료센터는 DMP Flex 350 장비를 활용해 다공성 구조가 적용된 정형외과용 임플란트 제품인 '추간체유합보형재'를 양산하고 있다. 최근 국내 최초로 시도한 다층 적층 구조 공정 연구를 통해 8일 만에 한 장비로 1300개 이상의 제품을 양산할 수 있는 공정 기술을 개발했다. 이러한 공정 기술을 바탕으로 연 10만 개 이상의 3D프린팅 의료기기를 양산할 수 있는 체계를 구축
챗GPT, GPT-4가 산업혁명을 이끈 증기기관 발명에 비견되고 있지만, 텍스트와 이미지 중심인 GPT 시리즈가 아직 다루지 못하는 영역이 있다. 바로 영상 생성 기술이다. 그런데 국내 연구진이 영상 인공지능(AI) 기술에서 괄목할만한 성과를 잇달아 내놔 독자적인 파운데이션 모델(근간이 되는 AI) 기술이 귀한 국내 AI 업계에 희소식을 전하고 있다. 14일 AI 업계와 학계에 따르면 오태현 포스텍 교수 연구팀은 AI가 소리만 듣고 시각 장면을 영상으로 재현하는 기술을 오는 6월 캐나다 밴쿠버에서 열리는 세계 최고 권위의 AI 학회 'CVPR'에서 발표할 예정이다. '사운드 투 신'(Sound2scene)으로 이름 붙인 연구는 말 그대로 소리 정보를 영상으로 바꿔주는 기술에 관한 것이다. 가령 참새 소리를 AI에 입력하면 나뭇가지에 앉아 지저귀는 참새 영상이 자동 생성된다. 오 교수는 "사람은 방 안에서도 바깥에서 들리는 놀이터 아이들 노는 소리, 자동차 경적 등을 듣고 놀이터 풍경이나 자동차가 지나가는 장면을 상상할 수 있듯 인공지능도 소리를 듣고 배경이 되는 장면을 만들어낼 수 있는 것"이라고 설명했다. 하지만 AI라고 해서 아무나 영상을 쉽게 생성할 수
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