그래핀과 같은 2차원 물질을 단순히 쌓아 올리는 것만으로 전기를 거의 쓰지 않는 새로운 메모리 원리가 확인됐다. 기존 강유전 물질의 한계를 넘는 방식으로, 초저전력 전자 소자와 미래형 양자 컴퓨터 부품 개발로의 활용 가능성이 주목된다. DGIST는 화학물리학과 김영욱 교수 연구팀이 KAIST 조길영 교수 연구팀과의 공동연구를 통해, 그래핀과 같은 매우 얇은 물질을 샌드위치처럼 겹쳐 전기로 정보를 쓰고 지울 수 있는 새로운 메모리 원리를 발견했다고 밝혔다. 스마트폰과 컴퓨터가 점점 더 얇고 가벼워지기 위해서는 내부 반도체 부품의 두께 역시 획기적으로 줄어들어야 한다. 그러나 기존 정보를 저장하는 강유전 물질은 두께가 얇아질수록 성능이 급격히 저하되거나 복잡한 공정이 필요하다는 한계를 지니고 있다. 이로 인해 기존 강유전 물질을 사용하지 않고도 초박막 소재에서 메모리 성질을 구현할 수 있는 새로운 접근법이 요구돼 왔다. 연구팀은 강유전성이 전혀 없는 소재들을 결합해 인공적으로 강유전성을 만들어내는 방식으로 이 문제에 접근했다. 꿈의 신소재로 불리는 그래핀과 α-RuCl₃ 사이에 매우 얇은 절연체인 hBN을 샌드위치처럼 끼워 넣는 구조를 구현한 것이다. 이 적층
촉매는 수소를 만들고 전기를 생산하는 과정을 좌우하는 수소 에너지의 핵심 요소다. 기존 촉매는 제조가 쉬운 알갱이 형태가 주를 이뤘지만, 귀금속을 비효율적으로 사용하고 장시간 운전 시 성능이 저하되는 한계가 있었다. 이러한 가운데 KAIST 연구진이 촉매 재료가 아닌 구조 자체를 바꾸는 방식으로 수소 생산과 연료전지 성능을 동시에 향상시키는 기술을 개발했다. KAIST는 신소재공학과 조은애 교수 연구팀이 값비싼 귀금속 촉매 사용량을 대폭 줄이면서도 수소 생산과 연료전지 성능을 함께 끌어올릴 수 있는 새로운 촉매 구조를 개발했다고 21일 밝혔다. 이번 연구의 핵심은 머리카락 두께의 수만 분의 1 수준인 초박막 나노시트 구조를 도입해, 기존 촉매의 효율과 내구성 한계를 동시에 극복한 데 있다. 수전해 장치와 연료전지는 수소 에너지의 생산과 활용을 담당하는 핵심 기술이지만, 촉매로 사용되는 이리듐과 백금이 희귀하고 고가라는 점이 상용화의 가장 큰 걸림돌로 지적돼 왔다. 기존 촉매는 작은 입자 형태로 제작돼 실제 반응에 참여하는 면적이 제한적이었고, 장시간 사용 시 성능 저하도 불가피했다. 연구팀은 알갱이처럼 뭉쳐 있던 촉매를 종이처럼 얇고 넓게 펼친 초박막 나노시
전기가오리는 얇은 전기 세포를 여러 개 쌓아 올려 수백 볼트의 고전압 전기를 만든다. 이러한 생체 원리를 모방해 고전압을 낼 수 있는 새로운 발전 기술이 개발됐다. UNIST는 에너지화학공학과 고현협 교수팀이 스스로 전기를 생성하는 두께 0.2밀리미터의 얇은 전기셀을 개발하고, 이를 적층해 100V의 전압을 구현하는 데 성공했다고 21일 밝혔다. 전기가오리는 전기 세포 하나당 약 0.1V의 전압만을 만들 수 있지만, 세포를 직렬로 쌓는 방식으로 100~200V에 이르는 고전압을 생성한다. 이는 각 전기 세포가 동전의 앞뒷면처럼 서로 다른 전하 분포(+,-)를 지녀, 차곡차곡 쌓으면 건전지를 직렬로 연결한 것과 같은 효과를 내기 때문이다. 연구팀은 이러한 구조를 모방해 자극 없이도 전기를 생성할 수 있는 0.2밀리미터 두께의 전기셀을 구현했다. 이 전기셀은 양전하(+) 고분자 박막과 음전하(-) 고분자 박막이 맞닿은 이종 접합 이중층 구조로, 두 박막층이 만나 형성된 전기장이 각 박막 내부의 양이온과 음이온을 계면에 집중시키는 원리를 활용한다. 이온들이 경계면에서 대치하며 생체 세포막의 막전위와 유사한 전압이 발생한다. 막전위는 세포막 안팎에서 양이온과 음이온
전류가 손실 없이 흐르는 초전도 현상을 비롯한 물질 내부 양자현상의 핵심은 전자들이 언제 함께 움직이고, 언제 흩어지는지에 있다. KAIST 연구진이 전자들이 질서를 만들고 깨뜨리는 순간을 직접 ‘눈으로’ 확인하는 데 성공했다. KAIST는 물리학과 양용수·이성빈·양희준·김용관 교수팀이 스탠퍼드대학교와 국제 공동연구를 통해, 양자물질 내부에서 전하밀도파(Charge Density Wave)가 형성되고 사라지는 과정을 공간적으로 시각화하는 데 세계 최초로 성공했다고 20일 밝혔다. 초전도 상태는 에너지 손실 없이 전류가 100% 흐르는 상태로, 아주 낮은 온도에서 특정 물질에서만 나타난다. 음전하를 띠는 전자들은 일반적인 환경에서는 서로 밀어내지만, 초전도 상태에서는 둘씩 짝을 이뤄 움직이는 것으로 알려져 있다. 이러한 특성은 MRI 검사 장비와 자기부상열차 등에 이미 활용되고 있다. 이처럼 전하들이 강하게 얽혀 만들어내는 특별한 양자상태는 양자컴퓨터와 같은 차세대 양자기술의 기반이 된다. 초전도 현상을 비롯한 극저온 양자현상을 양자기술에 활용하기 위해서는 물질 속 전자들을 원하는 대로 정밀하게 제어하는 기술이 필수적이다. 그러나 극저온 환경에서 전자들이 만들
광주과학기술원은 화학과 박찬호 교수와 환경·에너지공학과 문승현 초빙석학교수, 포스코홀딩스 김재훈 박사 공동 연구팀이 동결건조 과일처럼 내부에 구멍이 많은 다공성 구조를 연료전지 전극 설계에 적용해, 연료전지의 출력과 안정성을 동시에 향상시키는 새로운 막-전극 접합체(MEA) 구조를 개발했다고 밝혔다. 이번 연구의 핵심은 동결건조 기술을 활용해 만든 다공성 촉매층과 전해질막을 연속적인 하나의 구조로 결합함으로써, 연료전지 반응이 일어나는 핵심 공간인 삼상계면을 기존의 평면 구조가 아닌 3차원 입체 구조로 확장했다는 점이다. 이를 통해 가스 확산과 전기화학 반응 효율을 동시에 개선하며 이동형 연료전지 적용 가능성을 크게 높였다. 고분자전해질막 연료전지(PEMFC)는 수소를 연료로 전기를 생산하고 부산물로 물만 배출하는 친환경 에너지 변환 기술로, 수소 전기차를 비롯한 중·대형 운송수단에 활용되고 있다. 그러나 백금 촉매 사용량을 줄이면서도 높은 출력과 장기 안정성을 동시에 확보하는 것은 여전히 해결해야 할 과제로 남아 있다. 기존 박막형 촉매층 구조에서는 실제 반응이 일어나는 삼상계면이 촉매층과 전해질막 사이의 얇은 2차원 영역에 국한돼, 가스 확산과 이온 전달
아주 먼 우주의 블랙홀을 선명하게 관측하려면 여러 대의 전파망원경이 마치 하나의 거대한 망원경처럼 정확히 같은 시각에 신호를 포착해야 한다. 이를 위해서는 관측 시점과 위상을 극도로 정밀하게 맞추는 기준 신호 기술이 필수적이다. KAIST 연구진이 레이저 빛을 활용해 전파망원경의 관측 기준을 획기적으로 향상시키는 기술을 개발했다. KAIST는 기계공학과 김정원 교수 연구팀이 한국천문연구원, 한국표준과학연구원, 막스플랑크 전파천문연구소와 공동으로 광주파수빗(optical frequency comb) 레이저를 전파망원경 수신기에 직접 적용하는 기술을 세계 최초로 구현했다고 15일 밝혔다. 광주파수빗 레이저는 단일 주파수를 내는 일반 레이저와 달리, 수만 개 이상의 정밀한 주파수가 일정한 간격으로 배열된 형태의 빛을 생성한다. 각 주파수의 값과 간격을 원자시계 수준으로 정확하게 제어할 수 있어, 과학계에서는 ‘빛으로 만든 초정밀 자’로 불린다. 초장기선 전파간섭계(VLBI) 관측의 핵심은 여러 전파망원경이 수신한 신호의 위상을 정확히 일치시키는 것이다. 기존 전자식 기준 신호 방식은 관측 주파수가 높아질수록 기준 신호 자체의 미세한 흔들림으로 인해 위상 보정에 한
층상 소재에 42종 금속 자유 삽입하는 합성 기술 개발 겹겹이 쌓인 층상 소재 안에 원하는 금속을 손쉽게 삽입해 소재 성능을 전략적으로 조절할 수 있는 합성 기술이 개발됐다. 산업 현장에 필요한 맞춤형 촉매와 이차전지 소재 설계 등 다양한 분야에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. UNIST 신소재공학과 조승호 교수팀은 에너지화학공학과 안광진 교수, 반도체소재·부품대학원 정후영 교수, 서울대학교 한정우 교수팀과 함께 층상 티타네이트(layered titanate)의 층간에 알칼리 금속부터 희토류까지 총 42종의 금속 가운데 원하는 금속을 삽입할 수 있는 새로운 합성 방법을 개발했다고 14일 밝혔다. 층상 티타네이트는 얇은 층이 겹겹이 쌓인 구조의 티타늄 산화물로, 층과 층 사이 공간에 금속 양이온을 수용할 수 있어 배터리 전극이나 촉매 지지체 소재로 주목받아 왔다. 그러나 기존에는 고온 열처리와 강산 세척 과정을 거쳐야 했고, 삽입 가능한 금속 종류도 제한적이라는 한계가 있었다. 연구팀은 수산화암모늄 용액을 활용한 새로운 합성법을 제시했다. 수산화암모늄 용액에 녹아 있는 티타늄 산화물 원료 성분이 화학 반응을 거쳐 층상 구조로 조립되는 상향식 합성 방식으로,
TV, 스마트폰, 조명처럼 빛을 내는 반도체는 우리 일상 곳곳에 쓰이고 있다. 하지만 친환경 반도체를 만들기 위해서는 아직 넘어야 할 기술적 장벽이 많다. 특히 머리카락 굵기(약 10만 나노미터)보다 수만 배 작은 크기의 나노 반도체는 이론적으로는 밝은 빛을 낼 수 있지만, 실제로는 빛이 거의 나지 않는 문제가 있었다. KAIST 연구진이 이 한계를 해결할 수 있는 새로운 표면 제어 기술을 개발했다. KAIST는 신소재공학과 조힘찬 교수 연구팀이 차세대 친환경 반도체 소재로 주목받는 나노 반도체 입자인 인듐 포스파이드(InP) 매직 사이즈 나노결정(Magic-Sized Clusters, MSC)의 표면을 원자 수준에서 제어하는 원천 기술을 개발했다고 14일 밝혔다. 인듐 포스파이드(InP)는 인듐(In)과 인(P)으로 만든 화합물 반도체 물질로, 카드뮴과 같은 환경 유해 물질을 사용하지 않는 친환경 반도체 소재다. 연구팀이 주목한 소재는 ‘매직 사이즈 나노결정’이라 불리는 수십 개의 원자로 이루어진 초소형 반도체 입자다. 이 물질은 모든 입자가 동일한 크기와 구조를 가져 이론적으로는 매우 선명한 빛을 낼 수 있다. 하지만 크기가 1~2나노미터에 불과해 표면에
전력 공급 없이 태양광만으로 바닷물을 가열해 마시는 물로 바꿀 수 있는 해수 담수화 기술이 나왔다. 전력 인프라가 부족한 개발도상국이나 도서 지역의 식수난 해결에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 울산과학기술원은 에너지화학공학과 장지현 교수 연구팀이 햇빛을 받아 바닷물을 가열하는 3원계 산화물 기반 고성능 증발기를 개발했다고 12일 밝혔다. 이 장치는 해수를 증발시킨 뒤 응축 과정을 거쳐 전력 없이도 식수를 얻을 수 있는 구조다. 연구팀이 개발한 증발기를 바닷물 위에 띄워 놓을 경우, 1제곱미터(1㎡) 기준으로 1시간에 약 4.1리터의 식수를 생산할 수 있다. 이는 자연적인 해수 증발 속도의 약 7배에 달하는 수준으로, 현재까지 학계에 보고된 산화물 소재 기반 증발기 가운데 세계 최고 수준의 성능이다. 이 같은 고효율의 핵심은 새로운 광열변환 소재에 있다. 광열변환 소재는 태양빛을 흡수해 열로 바꾸는 물질로, 증발기 표면에 얇게 코팅돼 해수를 가열한다. 연구팀은 내식성이 뛰어난 망간 산화물에서 망간 일부를 구리와 크롬으로 치환해 3원계 산화물 광열변환 소재를 구현했다. 이는 물질 조성을 조절해 태양광 흡수 대역을 설계하는 ‘밴드갭 엔지니어링’ 기술을 적용한
광주과학기술원은 생명과학과 남정석 교수 연구팀이 간암에서 약물 내성과 면역 회피를 동시에 유발하는 핵심 단백질 ‘디스에드헤린(Dysadherin)’을 규명하고, 이를 표적으로 한 치료 전략의 가능성을 제시했다고 밝혔다. 이번 연구는 간암 치료의 최대 난제로 꼽혀 온 재발과 치료 저항성의 공통 기전을 밝혔다는 점에서 의미가 있다. 간암은 치료 이후 재발이 잦고 기존 항암제나 면역항암제에 대한 반응이 제한적인 경우가 많다. 특히 항암 치료 후에도 살아남아 종양을 다시 형성하는 암 줄기세포와, 면역세포의 공격을 차단하는 종양 미세환경이 치료 효과를 떨어뜨리는 주요 원인으로 지목돼 왔다. 연구팀은 임상 환자 데이터 분석과 생쥐 종양 모델, 인간화 마우스 모델을 활용해 디스에드헤린이 발현될 경우 간암의 진행 속도와 공격성이 증가하고 재발 위험도 높아진다는 사실을 확인했다. 아울러 디스에드헤린이 암 줄기세포 형성과 면역 회피를 하나의 신호 흐름으로 동시에 유도한다는 작동 원리도 규명했다. 간암 환자의 유전체 데이터를 분석한 결과, 디스에드헤린 발현이 높은 환자군은 예후가 나쁘고 종양 진행 위험이 뚜렷하게 증가하는 경향을 보였다. 디스에드헤린 발현 증가와 함께 암 줄기세
KAIST는 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 연구팀이 University of California San Diego 생명공학과 연구진과 함께 인공지능을 활용한 미생물 유전자 기능 발견을 획기적으로 가속할 수 있는 최신 연구 전략을 제시했다고 12일 밝혔다. 전장 유전체 해독 기술이 본격화된 2000년대 초반 이후 유전자 구성은 빠르게 규명됐지만, 상당수 미생물 유전자의 기능은 여전히 밝혀지지 않은 상태다. 유전자 기능 규명은 미생물 연구 분야의 대표적인 난제로 꼽혀왔다. 그동안 유전자 결실 실험과 발현 조절, 시험관 내 활성 측정 등 다양한 실험 기법이 활용됐으나, 대규모 실험의 한계와 복잡한 생물학적 상호작용, 실험 결과와 실제 생체 반응 간 차이로 인해 많은 시간과 비용이 소요됐다. 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 전산생물학과 실험생물학을 결합한 AI 기반 접근이 필수적이라고 강조했다. 이번 리뷰 논문에서는 기존 서열 유사성 분석부터 최신 심층학습 기반 AI 모델까지 유전자 기능 발견을 촉진해 온 다양한 전산생물학적 방법을 체계적으로 정리했다. 특히 단백질 3차원 구조 예측 기술은 유전자 기능 추정을 넘어 작동 원리 이해로 연구 범위를 확장하고 있다.
충남대학교는 신소재공학과 박상백 교수와 전남대학교 기계공학부 차진혁 교수 공동 연구팀이 높은 온도에서도 폭발 위험이 없는 차세대 리튬 반고체전지 기술을 개발했다고 8일 밝혔다. 이번 연구는 액체 전해질을 사용하는 기존 리튬전지의 고온·충격 환경에서의 화재 및 폭발 위험을 근본적으로 줄이는 데 초점을 맞췄다. 연구팀은 전해질이 흐르지 않도록 구조적으로 가두는 방식의 새로운 접근법을 적용했다. 연구팀은 액체 전해질을 1차원 나노 구조의 금속유기골격체 내부, 서브나노미터 수준의 초미세 공간에 완전히 가두는 데 성공했다. 이를 통해 전해질이 외부로 이동하지 않는 반고체 상태를 구현했다. 이번에 도입한 1차원 MOF 구조는 연속적인 통로를 통해 기공 외부에 남아 있는 액체 전해질을 제거할 수 있도록 설계됐다. 이 구조를 활용해 전해질 전체를 반고체 상태로 전환했다. 연구팀은 인공지능 기반 시뮬레이션을 활용해 머리카락 굵기보다 수만 배 작은 초미세 공간 속에서 리튬 이온이 이동하는 과정을 분석했다. 이를 통해 초미세 공간에서의 리튬 이온 거동을 세계 최초로 규명했다. 실험 결과 기존 액체 전해질 기반 리튬전지는 100도의 고온 환경에서 성능이 급격히 저하되거나 작동이
비닐처럼 얇고 유연하면서도 높은 열을 견딜 수 있는 차세대 고성능 통신 반도체 스위치가 개발됐다. 고온 환경과 반복적인 굴곡에도 안정적인 5G·6G 통신이 가능해 웨어러블 기기와 자율주행차 등 가혹한 환경에서의 활용이 기대된다. UNIST는 전기전자공학과 김명수 교수 연구팀이 단국대학교 김민주 교수 연구팀과 공동으로 고성능 유연 RF 스위치를 개발했다고 8일 밝혔다. RF 스위치는 신호 간섭을 줄이고 전력을 효율적으로 분배하는 핵심 통신 부품이다. 기존 상용 RF 스위치는 딱딱한 무기물 기반으로, 접힘이나 반복 굴곡에 취약해 완전히 말리거나 착용 가능한 통신 기기 구현에는 한계가 있었다. 연구팀이 개발한 RF 스위치는 비닐처럼 얇고 유연한 고분자 기반임에도 높은 내열성과 무기물 수준의 통신 성능을 동시에 확보했다. 일반적인 유기 고분자 RF 소자는 열에 약하고, 특히 5G·6G 대역에서 성능 저하가 컸다. 실험 결과 해당 RF 스위치는 128.7℃의 고온 환경에서도 10년 이상 데이터가 유지될 수 있는 수준의 안정성을 보였다. 통신 성능 시험에서는 밀리미터파 대역을 포함해 최대 5.38테라헤르츠까지 신호를 안정적으로 전달하고 차단했다. 이는 고분자 기반 스위
메모리와 태양전지 등은 모두 반도체로 만들어지며, 반도체 내부에는 전기 흐름을 방해하는 보이지 않는 결함이 숨어 있을 수 있다. 공동연구진이 이러한 ‘숨은 결함(전자 트랩)’을 기존보다 약 1000배 더 민감하게 찾아낼 수 있는 새로운 분석 방법을 개발했다. 이 기술은 반도체 성능과 수명을 높이고, 불량 원인을 보다 정확히 규명해 개발 비용과 시간을 크게 줄일 수 있을 것으로 기대된다. KAIST는 신소재공학과 신병하 교수와 IBM T. J. Watson 연구소 오키 구나완 박사 공동 연구팀이 반도체 내부에서 전기를 방해하는 결함인 전자 트랩과 전자의 이동 특성을 동시에 분석할 수 있는 새로운 측정 기법을 개발했다고 8일 밝혔다. 반도체 안에는 전자를 먼저 붙잡아 이동을 막는 전자 트랩이 존재할 수 있다. 전자가 여기에 걸리면 전기가 원활히 흐르지 못해 누설 전류가 발생하거나 소자 성능이 저하된다. 따라서 반도체 성능을 정확히 평가하려면 전자 트랩이 얼마나 많고, 전자를 얼마나 강하게 붙잡는지를 파악하는 것이 중요하다. 연구팀은 오래전부터 반도체 분석에 사용돼 온 홀 측정에 주목했다. 홀 측정은 전기와 자기장을 이용해 전자의 움직임을 분석하는 방법이다. 연구
DGIST 에너지공학과 인수일 교수 연구팀은 첨가제 및 반용매 공정 제어 기술을 적용해 페로브스카이트 기반 베타전지의 핵심 구성 요소인 방사선 흡수체 성능을 획기적으로 향상시키는 데 성공했다. 이 기술을 통해 방사선 에너지를 전기로 변환하는 효율과 장기 안정성을 동시에 크게 개선함으로써, 외부 충전 없이 장기간 작동 가능한 고성능 차세대 베타전지 개발에 성공했다고 밝혔다. 최근 인공지능, 사물인터넷, 우주 탐사 기술이 빠르게 발전하면서 극한 환경에서도 유지보수 없이 장기간 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 차세대 에너지원에 대한 수요가 증가하고 있다. 그러나 기존 리튬이온 배터리는 수명이 제한적이고 화재 위험이 있으며, 주기적인 충전과 교체가 필요하다는 한계를 지닌다. 이러한 한계를 극복할 대안으로 주목받는 베타전지는 방사성 동위원소가 붕괴하면서 방출하는 베타선 전자를 전기에너지로 변환하는 장치다. 외부 전력 공급 없이 자체적으로 전력을 생산할 수 있고, 동위원소의 반감기에 따라 매우 긴 수명을 확보할 수 있으며, 방사선 관리 또한 가능한 수준이라는 장점이 있다. 다만 기존 베타전지는 방사선 흡수체 소재의 낮은 에너지 변환 효율로 인해 상용화에 어려움을 겪어
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