울산과학기술원(UNIST)은 에너지화학공학과 이동욱 교수 연구팀이 홍합의 수중 접착력을 모방한 해수전지용 결착제(바인더) 물질을 개발, 전지 전극 성능을 개선했다고 13일 밝혔다. 연구팀에 따르면 해수전지의 양극은 탄소 섬유가 엮인 집전체(전기를 모으는 역할)와 섬유 표면의 촉매(전기가 모이고 나가는 화학 반응을 촉진) 입자로 이뤄져 있는데, 결착제는 촉매와 집전체를 접착시켜 고정하는 물질이다. 촉매와 집전체가 제대로 붙어 있지 않으면 과전압이 높아지고, 탄소 부식이 쉽게 일어나 전지 성능을 떨어뜨린다. 특히 일반적으로 연료전지에 사용되는 결착제인 이소불화비닐의 경우 유기 용매에서와는 달리 물속에서 접착력이 크게 떨어지는 문제가 있었다. 연구팀은 이러한 한계점을 보완하고자 홍합의 접착 단백질 성분을 모방해 우수한 수중 접착성을 지닌 새로운 결착제를 합성했다. 개발한 결착제를 쓴 해수전지는 기존에 사용하던 결착제를 썼을 때보다 과전압이 최대 60% 이상 줄었고, 전극 성능(충·방전 과전압 차이)이 4배 정도 향상됐다. 전자현미경 관찰 결과 집전체의 부식도 크게 개선됐다. 또 결착제 내부에서는 촉매 입자가 검출됐는데, 이는 결착제가 집전체 부식 보호뿐만 아니라
매우 낮은 온도에서 전기 저항이 ‘0’이 돼 전류가 흐르는 물질을 초전도체라고 한다. 이 초전도체는 대용량의 전류를 에너지 손실 없이 보낼 수 있어 MRI, 자기부상열차 등 다양한 기술에 활용될 수 있다. 특히 비싼 액체헬륨을 사용하는 저온초전도체와 달리, 고온초전도체는 값이 싼 액체질소를 사용할 수 있지만 작동원리가 아직 베일에 싸여 있다. 이 가운데 최근 국내 연구진이 두 조각의 초전도체를 비틀리게 쌓아 고온초전도체의 원리를 확인했다. 포스텍 물리학과 이후종 명예교수·이길호 교수, 통합과정 이종윤 씨 연구팀은 산화구리 기반 Bi2Sr2CaCu2O8+x(이하 Bi-2212) 조각의 각도를 비틀어 쌓음으로써 고온초전도체의 비등방 초전도성을 검증했다. 같은 물질이더라도 각도를 비틀어 쌓으면 지금까지 존재하지 않았던 물성이 나타날 수 있다. 초전도체가 아닌 두 개의 그래핀을 약 1.1도 비틀어 쌓으면 초전도성을 띠는 현상이 그 예다. 그래핀은 결정 방향과 관계없이 물성이 동일한 등방성 결정층인데, 방향에 따라 물성이 달라지는 비등방성 결정층의 경우 비틀어 쌓는 각도에 따라 물성이 더 극적으로 바뀐다. 특히 비등방성 결정 구조에서 비롯하는 비등방 초전도성은 고온초
이더넷은 이미 모든 산업 제어 시스템에 널리 사용되고 있다. 많은 산업용 프로토콜은 독점적인 레이어 2 솔루션을 사용하여 이더넷을 통해 결정적인 문제들을 해결하고 있다. 새로운 IEEE 802.1 TSN 표준은 산업 제어에서 직면하는 동일한 부류의 문제들을 목표로 표준 기반 접근 방식을 위해 독점적 솔루션들을 대체할 것을 약속하고 있다. EtherNet/IP는 결정론적인 성능을 제공하기 위해 항상 상업적으로 이용 가능한 표준 이더넷 기술에 의존해 왔으며 새로운 표준을 활용할 수 있는 유리한 위치에 있다. 이 백서에서는 특정 사용사례에 대해 논의하고 새로운 TSN 표준을 EtherNet/IP 네트워크에 적용하여 향상된 결정성과 성능 제공을 하는 방법을 조사하고자 한다. 또한, TSN 기반 네트워크에서 예상되는 결과를 현재 사용 중인 기술의 결과와 대조해 보려고 한다. 결정론적 이더넷의 개요 결정론적 이더넷은 공장자동화, 프로세스제어, 자동차 네트워크와 같은 크리티컬 한 실시간 응용 프로그램에서 표준 이더넷을 사용할 수 있는 확장된 기능집합을 가리킨다. 이더넷은 “최선의” 네트워크였다. 이더넷이 미션 크리티컬 애플리케이션에 배치될 수 있도록 하려면 시간 동기화,
카이스트(한국과학기술원)은 생명화학공학과 이진우 교수팀이 가천대 김문일 교수팀·포항공대(POSTECH) 한정우 교수팀 등과 함께 새 나노자임(Nanozyme) 합성을 통해 6개 표적 물질을 동시에 검출할 수 있는 종이 센서를 개발했다고 7일 밝혔다. 나노자임은 단백질로 이뤄진 효소와 달리 무기물질로 합성된 효소 모방 물질이다. 인체 속 다양한 화학 반응에 촉매로 작용하는 효소 가운데 특히 과산화효소는 과산화수소를 배출하는 아세틸콜린, 글루코스를 포함한 다양한 물질을 시각적으로 검출할 수 있다. 하지만 산성에서만 활성화하는 과산화효소 모방 나노자임의 경우 중간에 수소 이온 농도 지수(pH)를 조절하기 위해 용액을 변경해줘야 하거나, 최적 지점이 아닌 곳에서 반응이 일어나면 미세한 표적 물질을 검출하기 어려워 바이오 센서로 적용하기에는 무리였다. 연구팀은 산화 세륨 위에 코발트 원소를 도핑하는 방식으로 중성에서도 과산화효소 최적 활성을 지니는 나노자임을 새로 만들었다. 연구팀은 해당 나노자임을 기반으로 중요한 질병 진단물질인 글루코스, 아세틸콜린, 콜린, 갈락토스, 콜레스테롤의 산화효소를 담아 6개 물질을 동시에 검출할 수 있는 종이 센서를 개발했다. 20분 만
국내 연구진이 인간 신경계를 모방한 '인-센서 컴퓨팅'의 핵심 기술을 개발했다고 한국과학기술연구원(KIST)이 6일 밝혔다. 인-센서 컴퓨팅은 전력과 통신망 의존도가 큰 기존 인공지능(AI) 기술을 극복하기 위해 자연 상태의 저전력·고효율 컴퓨터라 할 수 있는 인간 신경계의 정보처리 메커니즘을 모방한 차세대 AI 기술이다. KIST에 따르면 이 기관 인공뇌융합연구단 이수연 박사팀이 인-센서 컴퓨팅 실용화를 위해 필요한 '인공감각 뉴런소자' 개발에 성공했다. 뉴런은 눈·코·입·귀·피부 등 인간의 감각기관이 받아들이는 방대한 외부 자극을 일차적으로 '스파이크(spike) 정보'로 정제해 두뇌가 인지·학습·추론·예측·판단 등 복잡한 작업을 적은 에너지로도 신속하게 통합 수행하는 데 중요한 역할을 한다. 연구진은 2단자로 구성된 OTS(Ovonic Threshold Switch) 소자가 전압에 따라 저항 상태가 변하는 특성을 이용해, 입력 신호가 특정 세기를 넘을 때 스파이크 신호를 발생하는 뉴런의 동작을 흉내내는 인공 뉴런소자를 개발했다. 나아가 감각기관에 입력되는 방대한 데이터에서 빠르게 패턴을 찾아내 추상화하는 뉴런의 작동을 모사하기 위해 전압을 제어할 수 있
최근 퀀텀닷은 차세대 핵심 디스플레이용 소재로 각광받고 있다. 이를 잉크젯 프린팅 기술을 이용해 패터닝(형태화)하려는 노력을 크게 하고 있지만, 양산성이나 해상도의 제한적 문제 그리고 공정 과정 중에 발생하는 커피링 현상으로 효율이 크게 떨어지는 이슈가 큰 문제로 지적되고 있다. 카이스트(KAIST) 기계공학과 김형수 교수팀이 디스플레이 소자의 핵심 물질인 퀀텀닷의 마름 자국을 패턴의 형태에 상관없이 원형부터 다각형까지 완벽하게 균일 패터닝 할 수 있는 기술을 구현했다고 지난 2일 밝혔다. 커피링 자국은 용매 방울이 고체 표면 위에서 마르면서 물방울 표면의 상대적 불균일 증발률 때문에 발생하게 된다. 김 교수는 커피링을 제어하는 연구를 수년간 해오면서 얻은 노하우를 바탕으로 최근 획기적으로 커피링을 소멸시키는 기술을 발표한 바 있다. 커피링 자국 이외에도 디스플레이의 해상도를 높이기 위해 다양한 모양의 패턴들이 제안되고 있으나, 일반적으로 다각형의 경우 커피링의 정도가 원형의 경우보다 더욱 심해지는 경향을 띤다. 이번 연구에서는 퀀텀닷 패턴의 기하학적 형태에 무관하게 커피링을 완전히 소멸시킬 수 있는 기술을 소개하고 있다. 연구팀은 퀀텀닷이 녹아 있는 용매의
최근 스마트워치와 같은 웨어러블 기기를 이용해 혈당을 측정하는 등의 헬스케어의 수요가 증가하고 있다. 따라서 이같은 기술에 사용되는 광신호를 감지할 수 있는 광검출기의 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만 기존에 제안된 광검출기의 제작 방식은 구조가 복잡해서 제작하기 어렵고, 공정 단계가 많아 공정시간이 오래 소요될 뿐만 아니라 열에 약한 유연기판에 적용하기 어렵다는 문제점이 있었다. DGIST(총장 국양) 전기전자컴퓨터공학과 권혁준 교수는 미국 Lawrence Livermore National Laboratory의 Jake Yoo 박사, UNIST 서준기 교수팀과 함께 디지털 레이저 산화 공정을 통해 한번에 내 마음대로 반도체 물질을 형성할 수 있는 ‘구리 산화물 기반의 동질접합 광검출기’를 개발했다. 권 교수팀은 단 한번의 디지털 레이저 산화 공정을 이용하여 원하는 형태로 제작이 가능한 유연 광검출기를 제작했다. 나아가 자유자재로 디자인할 수 있다는 디지털 레이저 산화 공정의 장점을 살려 다양한 채널 크기의 광검출기를 제작하여 광응답 특성을 함께 규명했다. 그 결과, 유연한 구리 기반의 동질접합 광검출기 제작에 성공했다. 권교수팀은 광검출기의 공정시간을
눈에 보이는 ‘가시광선’과 안 보이는 ‘자외선’, 두 가지 빛으로 이중 자물쇠를 채울 수 있는 위변조 방지 기술이 개발됐다. 이 기술은 빛의 성질을 자유자재로 조절할 수 있어 다양한 분야의 활용이 기대되는 ‘메타표면’을 이용한 것으로, 지금까지 자외선 영역에 작동하기 어려웠던 메타표면의 난제를 풀어내 더욱 의미가 있다. 포항공과대학교 기계공학과·화학공학과 노준석 교수‧기계공학과 통합과정 김주훈 씨 연구팀은 자외선과 가시광선 영역에서 동시에 작동하는 암호화 디바이스 시스템을 개발해 미국화학회 국제학술지 ‘ACS 나노(ACS Nano)’에 발표했다. 이 시스템을 이용하면 지폐나 여권 등의 위조를 더욱 효과적으로 막을 수 있을 것으로 기대된다. 메타표면을 활용하려면, 메타표면을 구성하는 구조체 하나가 빛의 파장보다 작은 크기여야 한다. 그러나 자외선은 파장이 매우 짧아 이에 맞는 구조체를 만들기 어려웠다. 게다가 메타표면에 주로 사용되는 실리콘과 같은 물질이 자외선을 쉽게 흡수한다는 점도 한계로 꼽혔다. 연구팀은 자외선을 잘 흡수하는 성질이 있어 그간 가시광선 영역에서만 사용됐던 질화규소의 물성을 조절해 흡수를 줄였다. 그리고 이 물질로 자외선 레이저를 쏘면 이미
KAIST(물리학과 박용근 교수 연구팀)가 기존에는 이론조차 존재하지 않았던 물리학 난제 중 하나인 유전율 텐서의 3차원 단층 촬영 방법을 개발했다. 유전율 텐서는 빛과 물질의 상호작용을 근본적으로 기술하는, 물질의 광학적 이방성(방향에 따라 달라 보이는 특성)을 정량적으로 표현할 수 있는 중요한 물리량이다. 유전율은 고등학교 물리학에서도 다루는 기본적인 개념이지만, 지금까지 3차원 유전율 텐서를 실험적으로 측정할 수 있는 방법이 존재하지 않았다. 병리학, 재료과학, 연성물질 과학, 또는 디스플레이 등 다양한 분야에서 갖는 중요성에도 불구하고, 직접적으로 측정할 방법이 없다는 한계가 있었다. 현재까지도 3차원 광학적 이방성은 2차원 편광현미경 측정 및 시뮬레이션을 통해 부정확하게 추정할 수밖에 없다. 3차원 유전율 텐서의 측정은 물리학, 광학 분야의 오래된 난제 중 하나였다. 이 문제가 풀리지 못했던 까닭은, 3개의 고유치를 가지는 유전율 텐서를 측정하기에는 빛의 편광 방향 자유도가 2개로 제한되기 때문이다. 연구팀은 이러한 한계를 극복하고 광학적 이방성 구조의 3차원 유전율 텐서 단층 촬영 이론을 개발해 구현하는 데 성공했다. 기존의 고정관념에서 벗어나,
헬로티 임근난 기자 | DGIST 에너지융합연구부 김대환·성시준 책임연구원 연구팀은 범용원소 셀렌화안티몬(Sb2Se3)을 활용한 3차원 나노 구조 기반의 고효율, 저비용 3차원 태양전지 기술을 개발했다고 22일 밝혔다. 친환경 고성능 태양전지 소자에 적용하는 등 다양한 분야로의 활용이 가능할 것으로 기대된다. 범용원소 기반 화합물 반도체는 두 종류 이상의 원소로 구성된 반도체로 손쉽게 구할 수 있고 널리 사용되는 소재를 기반으로 한 것이 특징이다. 특히, 매장돼 있는 곳이 매우 한정적임에 따라 최근 무역 분쟁의 화두로 떠오르고 있는 희토류 및 희소금속과 자원의 대체재로 주목 받고 있다. 이에 따라 저가의 범용 소재를 활용하여 다양한 소자를 만드는 연구가 전 세계적으로 활발히 진행되고 있다. 이 중에서도 3차원 나노 구조가 적용된 화합물 반도체 소재는 나노 구조의 다양한 물리·화학적 특징을 활용할 수 있어 많은 관심이 집중되는 분야다. 이에 에너지융합연구부 김대환·성시준 책임연구원 연구팀은 셀렌화안티몬(Sb2Se3)이라는 물질을 활용하여 저렴하고 유연한 태양전지 기술을 개발했다. 셀렌화안티몬(Sb2Se3)은 범용원소로만 구성되어 있어 저렴하고, 증착 온도가 낮
헬로티 이동재 기자 | 국내 대학 연구팀이 기존 차량에 탑재된 CAN-FD(Controller Area Network-Flexible Data rate) 및 버스형 차량용 이더넷 기술보다 데이터 전송률 대비 20배 이상, 전송 지연을 100배 이상 향상시킬 수 있는 썬더버스(Thunderbus) 기술을 개발했다. 썬더버스는 기존 차량 내부 버스 구조에서 10Mbps 수준의 낮은 데이터 전송률의 한계를 극복하기 위해 고도화된 송수신 기법을 적용하여 200Mbps 이상의 고속 데이터 전송률을 제공하며, 기존 CAN/CAN-FD(Flexible Data rate) 및 이더넷 ECU(Electronic Control Unit) 인터페이스와의 호환으로 기존에 활용된 차량용 네트워크를 대체할 수 있는 기술이다. 기존 차량 네트워크의 대부분을 차지하는 CAN 통신은 브레이크, 엔진, 조향 제어 등 저속의 데이터 전송을 지원하기에 충분했으나 스마트자동차 및 자율주행차의 개발로 인해 카메라 센서, 주변 정보의 고속 전달 및 제어, 인포테인먼트 등이 중요해짐에 따라 기존 CAN 통신의 용량으로는 대용량의 정보를 고속으로 원활하게 전달할 수 없었다. 이를 해결하기 위해 CAN-
헬로티 김진희 기자 | 지구가 태양 주위를 돌면서 자전하듯이, 전자도 원자핵 주위를 돌며 스스로 회전하는 것과 비슷한 성질을 가진다. 전자의 자전에 해당하는 ‘스핀’이란 성질을 이용해 자성 메모리 소자의 소비 전력을 획기적으로 낮출 수 있는 기술이 나왔다. 포스텍 물리학과 이길호 교수·통합과정 신인섭 씨 연구팀은 위상물질과 자석을 합쳐 스핀 전류를 높은 효율로 발생시키는 소자 구조를 개발했다. 이 물질은 크기가 작지만 많은 스핀 전류가 흘러 차세대 자성 메모리 소자로 활용할 수 있을 것으로 기대된다. 흔히 ‘반도체’로 줄여 말하는 반도체 기반의 메모리 소자는 전자가 가지는 전하의 성질만을 이용해 전류를 흐르게 한다. 그러나 사실 전자는 전하 뿐만 아니라 스핀이라는 성질을 갖기 때문에, 스핀도 흐르게 할 수 있다. 단, 이 성질은 불순물의 영향을 받으면 쉽게 사라져 실제 소자로 적용하는 데 한계가 있었다. 최근 웨어러블 기기 등 소자를 필요로 하는 기기의 크기가 작아지면서 더 작은 소자를 만들기 위한 연구가 지속되는 가운데, 소자의 크기가 작아짐에 따라 불순물의 영향이 줄어들어 스핀을 활용한 차세대 메모리 소자로 만들 수 있다는 가능성이 제기됐다. 일반적으로
헬로티 함수미 기자 | 호서대는 배병성(전자융합공학부) 교수팀이 반도체와 디스플레이산업 최신 기술인 계면 산화막을 절연막으로 사용하는 수직구조 트랜지스터를 세계 최초로 개발했다고 지난 28일 밝혔다. 호서대에 따르면 이번 기술을 이용하면 별도의 진공증착 없이 산소 분위기에서 열처리를 진행, 트랜지스터 구조의 절연층을 형성해 저전압 구동이 가능한 수직 구조의 트랜지스터를 형성할 수 있다. 저전압 저전력의 신규 소자 구조 개발을 했다는 데 이번 연구의 의미가 있다고 연구팀은 설명했다. '계면산화를 이용한 수직구조 박막트랜지스터'라는 제목의 이 연구는 세계적인 과학 저널 네이처의 자매지 '사이언티픽 리포트' 온라인판에 지난 23일 게재됐다. 배병성 교수는 "이 연구는 트랜지스터의 게이트 절연막을 형성하는 방법으로 기존 화학기상증착기(CVD)를 사용하지 않고 반도체 재료와 금속과의 경계면에서의 반응을 이용해 산소 분위기에서의 열처리로 얇은 산화막을 형성한 것"이라고 밝혔다. 연구팀은 앞으로 연구개발 된 트랜지스터의 성능을 향상하고 신뢰성을 높여 안정된 저전력 소자로 발전시킬 예정이다.
UNIST 연구팀, 식물 광합성의 효율적 전자전달 모방하는 염료 화학분자 설계 전략 제시 식물 광합성 방식처럼 염료가 태양빛을 흡수해 만든 전자를 손실 없이 전극에 전달할 수 있는 새로운 염료분자 디자인 전략이 나왔다. 이 염료를 쓴 염료감응 태양전지는 기존보다 최대 60% 이상 향상된 효율을 보였다. UNIST 화학과 권태혁·권오훈 교수팀은 기존 염료 분자의 도너-억셉터 분자구조에 새로운 화학 구조를 추가해 식물광합성의 전자전달 방식을 모방할 수 있는 염료를 개발했다. 이 염료는 분자 유닛간 강한 상호작용과 약한 상호작용을 모두 가진다는 특성이 있다. 강한 상호작용은 분자 내에서 전자를 빠르게 전달하지만 전자(-)와 정공(+) 재결합도 빠른 단점이 있었는데, 약한 상호작용을 추가로 형성해 전자를 빠르게 전달하면서 재결합 손실을 줄일 수 있다는 것이 연구진의 설명이다. 이 염료 분자를 쓴 태양전지는 최대 10.8%의 효율을 기록했으며, 이는 염료 분자 내 상호작용을 조절하지 않는 태양전지 대비 60% 이상 향상된 수치다. 제1저자인 화학과 노덕호 연구원은 “분자 내 서로 다른 상호작용을 형성해 각기 다른 상호작용의 장점을 살리고 단점은 상호 보완함으로써, 식
헬로티 김진희 기자 | 전기에너지를 이용해 물에서 수소를, 그리고 필요시 다시 전기로 변환하는 미래형 에너지저장 기술인 양방향 고온수전해-연료전지 기술의 핵심 부품 ‘평관형 셀’ 제조기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 양방향 고온수전해-연료전지 기술은 하나의 장치 안에 650-750℃의 고온에서 수증기를 전기분해해 수소를 생산하는 수전해와 수소를 활용해 전기를 발생시키는 연료전지 기술이 공존하는 미래형 에너지저장 기술이다. 특히 기존 200℃ 미만의 저온에서 작동하는 수전해-연료전지 기술과 달리 수전해 스택효율 및 발전효율이 약 10% 이상 높은 장점이 있다. 한국에너지기술연구원 고온에너지전환연구실 서두원 책임기술원 연구진은 국내 최초로 100cm2 활성면적의 대면적 평관형 고체산화물 셀 핵심 부품 기술을 개발했다. 연구진이 개발한 평관형 셀은 기존 평판형, 원통형 셀 각각의 장점인 고효율고안정성을 담보하면서도 부피당 높은 출력밀도를 보였다. 연구진이 개발한 평관형 셀은 압출공정으로 제작돼 크기, 두께, 길이 등을 자유롭게 변형 가능하다. 여기에 연구원 고유의 디자인인 납작한 튜브형상을 적용해 양 끝단을 밀폐시킨 후 수증기 이동을 위한 채널은 평관형 셀의
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