다아라 매거진 _ 2018.08

기술뉴스

[Technical News]게르마늄 황화물 전극으로 차세대 나트륨이차전지 개발 앞당겨

리튬 자원의 부족으로 인해 리튬이차전지를 대체할 에너지 저장장치의 연구가 활발하다. 그중 나트륨이차전지는 원료가 자연에 풍부해 저렴하게 구할 수 있고, 안전성이 우수해 빠른 상용화가 기대된다. 그러나 아직까지 나트륨이차전지는 성능의 제약이 있다. 리튬이차전지의 음극으로 쓰이는 흑연, 고용량 실리콘, 전이금속 산화물 등을 나트륨이차전지에 적용하면 전기전도도가 낮아 충전·방전 속도가 느려지거나, 부피 팽창으로 인해 장기적 안정성이 부족하다. 이에, 차세대 나트륨이차전지의 새로운 음극 소재가 개발돼 고용량 전지 소재의 한계를 극복할 것으로 기대된다. 김도경 교수(한국과학기술원) 연구팀이 게르마늄 황화물 전극을 개발하고, 전기화학적인 구동 원리를 규명했다고 한국연구재단은 밝혔다. 연구팀은 그래핀에 게르마늄 황화물이 균일하게 분포된 나노 전극을 개발했다. 전기전도도가 높고 부피팽창도 줄어드는 동시에, 이론값을 뛰어넘는 우수한 초기 용량(805mAh/g)과 수명 안정성을 나타

[Technical News]기능성 다공소재, 합성 통해 정밀하고 손쉬운 제어 가능해져

물질 내부에 2~50nm(나노미터, 1nm=10억분의 1m)의 기공을 가지고 있는 메조다공성 소재는 표면적이 넓고 기공 부피가 커서 물질 이동이 용이하다. 또 많은 활성물질을 담을 수 있어 에너지 전환 및 저장장치, 약물전달, 촉매 등 다양한 분야의 기초 소재로 주목받고 있다. 하지만 합성 절차가 복잡하고 모양과 구조 제어가 어려워 소재 활용에 한계가 있었다. 지금까지 메조다공성 소재의 입자 형태와 기공 구조를 제어하려면 크기가 다른 주형을 순차적으로 사용하거나 스프레이 기법과 같은 별도의 기기가 필요했다. 이러한 방법은 입자의 형태와 크기 같은 매크로 구조와 기공의 크기, 구조, 배향과 같은 나노구조를 동시에 제어하지 못해 범용적으로 사용할 수 있는 새로운 합성기술 개발이 요구됐다. 이에, 국내 연구진이 고분자를 이용해 다공성 무기질 소재를 정교하게 설계할 수 있는 기술을 개발했다. 이진우 교수(포항공과대학교) 연구팀이 형상과 구조를 정밀하고 손쉽게 제어할 수 있는

[Technical News]슈퍼커패시터 성능, 2차원 실리콘으로 개선

각종 전자기기 안에서 에너지를 모았다가 필요에 따라 방출해주는 슈퍼커패시터의 주된 소재는 지금까지 실리콘 박막, 나노와이어, 나노트리, 다공실리콘, 비결정질 실리콘 등이 있는데, 이같은 기존 소재를 이용한 성능 발전은 한계에 달했다. 최근에는 새로운 소재인 그래핀, 이황화몰리브덴 등을 적용하려는 시도들도 있었지만, 현재의 실리콘 기술과의 상호 호환성이 문제되어 별다른 진전이 없는 상태이다. 이에, 김상재 교수, 케이 카티케얀 박사, 파자말라이 파르티반 박사과정생(제주대학교) 연구팀이 실리콘 기반 2차원물질인 실록신(Siloxene)을 전극으로 사용해 높은 에너지밀도와 전력밀도의 고성능 슈퍼커패시터 소자를 개발했다고 한국연구재단은 밝혔다. 연구팀은 나노 시트 형태의 실리콘 물질인 실록신을 전극으로 썼다. 실록신 전극은 최대 전력밀도가 272.5mW/cm2에 이르렀고, 이를 이용한 슈퍼커패시터는 에너지밀도가 10 mJ/cm2에 달했다. 이 값은 실리콘기반 전극을 적용한

[Technical News]광 스위치 소재 작동과정, 국내 기술로 규명 성공

과학자들은 주로 극초단 레이저 기술을 이용해 짧은 시간에 일어나는 화학 반응의 분자의 움직임, 전자 구조의 변화 등을 연구해 왔지만 레이저 측정법의 한계로 레이저 기술만으로는 분자의 움직임 및 전자 구조 변화에 대한 자세한 정보를 얻을 수 없다. 짧은 시간에 변화하는 전자 구조 변화 측정을 위해서는 레이저 기술과 엑스선 분광 기술을 결합한 시간분해 엑스선 분광법을 이용해야 한다. 국내 연구진이 초고속 카메라로 촬영하듯이 분자의 움직임을 관찰해 빛에 의해 이성질체로 변하는 화학반응 과정을 밝혀냈다. 김태규 교수(부산대학교) 연구팀은 엑스선 분광법을 이용해 루테늄(Ru) 기반 물질의 광 변색 과정을 규명했다고 한국연구재단은 밝혔다. 연구팀은 화학반응의 과정을 밝혀내기 위해 레이저 기술과 엑스선 분광법을 결합했다. 레이저 기술은 다양한 분자 및 전자 구조를 관찰하기 위해 활용돼 왔다. 여기에 1초에 1조번 이상 촬영할 수 있는 엑스선을 결합해 분자의 움직임, 전자의 재배치

[Technical News]전자소자의 소멸시점 조절 가능해져

반도체 소자는 과거에는 보다 오랫동안 사용될 수 있도록 개발됐던 반면, 최근에는 일정 시간 안정적으로 동작한 후에 완전히 소멸 및 분해되도록 연구되고 있다. 이와 같은 ‘사라지는 전자소자’는 인체 삽입형 의료기기, 일회용품, 보안용 전자제품 등 여러 분야에 적용될 것으로 기대돼 주목받고 있다. 한국연구재단은 최성진 교수(국민대학교), 김성호 교수(세종대학교) 연구팀이 3D 프린터를 이용해 소멸 및 분해 시간을 정확히 조절할 수 있는 반도체 소자를 개발하는 데 성공했다고 밝혔다. 연구팀은 사용자가 원하는 시점에 완전히 소멸 및 분해될 수 있도록 전자소자를 제작하는 방법을 개발해, 사라지는 전자소자의 실제 상용화에 크게 기여했다. 연구팀은 3D 프린터를 이용해 물에 잘 녹는 폴리비닐알코올(PVA)을 전자소자의 기판으로 출력하고, 그 위에 반도체성 탄소나노튜브로 이루어진 전자소자를 제작했다. 폴리비닐알코올 기판이 물에 녹으면 전자소자로서의 기능이 상실되고 손쉽게 소멸된다.

[Technical News]그래핀-실리콘 결합으로 광센서 성능 끌어올려

광센서는 빛에너지를 흡수해 전기에너지를 출력하는 장치로, 디지털카메라, 자율주행차, 광통신 등 활용되는 산업분야가 늘어나고 있다. 최근에는 특히 감도가 높고 제조비용이 저렴한 보급형 광센서에 대한 관심이 높아지고 있다. 이에 국내 연구진이 그래핀과 실리콘반도체를 접합해 시너지 효과로 성능이 보다 강화된 광센서를 개발했다. 이병훈 교수(광주과학기술원) 연구팀이 그래핀과 반도체 접합면에서의 특이한 전하이동 현상을 이용해, 저전력 고성능 광센서를 개발했다고 한국연구재단은 밝혔다. 연구팀은 그래핀의 탁월한 전기이동도, 실리콘반도체의 빛에너지 흡수 능력 뿐만 아니라, 이들의 접합면에서 발생하는 특이한 전류 증폭 현상을 이용했다. 이들의 접합을 통한 상승효과는 지금까지의 광센서에서 알려지지 않은 새로운 작동 원리이다. 개발된 센서는 광반응성, 누설 전류량, 광검출 측면에서 가장 뛰어난 상용 광센서(실리콘 APD)보다 수십 배 우수한 성능을 보였다. 또한 그래핀을 반도체에 접합

[Technical News]홀스타인 플라론 입자, 고온초전도 비밀 풀어낸다

홀스타인 폴라론은 물질 속 전자가 주변 원자를 강하게 끌어당겨 원자 배열의 왜곡을 동반하며 움직이는 합성 입자이다. 1950년대 처음 예측됐고, 고온초전도나 태양전지 효율성 저하 등 여러 물리학 난제를 설명해 줄 열쇠로 기대됐으나, 지금까지 발견이 어려웠다. 이에, 국내 연구진이 물질의 고온초전도 현상에 숨은 비밀을 밝혀줄 중요한 입자로 이황화몰리브덴(MoS2)에서 ‘홀스타인 폴라론’ 입자를 발견했다고 한국연구재단은 밝혔다. 연구팀은 최근 초전도 현상이 보고된 2차원 물질인 이황화몰리브덴에 주목했다. 이 물질의 표면에 도핑된 전자를 분광학적 방법으로 정밀하게 측정한 결과 홀스타인 폴라론의 흔적을 발견한 것이다. 연구팀은 2차원 물질의 전자구조 측정에 있어 세계 최고 수준의 분해능을 달성했다. 그렇기에 홀스타인 폴라론 입자의 미묘한 신호를 감지하는 데 성공한 것이다. 연구팀은 초전도성이 나타날 때 폴라론 입자의 결합 세기가 점차 증가함을 밝혀내기도 했다. 폴라론 입

[Technical News]액체 금속 전자회로, 웨어러블 기기에도 사용 가능해져

고체 도선을 사용하는 기존 전자회로는 휘거나 늘어나는 변형에 취약했다. 이에 그래핀이나 탄소나노튜브처럼 전도성과 유연성을 동시에 갖는 전자섬유를 이용한 전자회로 연구가 활발하게 진행되고 있지만, 열에 취약하고 제조과정이 복잡해 대량생산이 어려운 단점이 있었다. 이에 국내 연구진이 웨어러블 기기에 활용할 수 있는 액체 금속 기반의 전자회로 제작 기술을 개발했다. 이정철 교수(서강대학교, 교신저자), 김도윤 박사과정생(서울대학교, 제1저자)이 탄성체 금형을 사용하지 않고도 액체 금속을 수 마이크로미터(㎛)폭으로 패터닝(patterning)하는 기술을 개발했다고 한국연구재단은 밝혔다. 최근 저항은 낮고 전기 전도성이 높은 액체 금속이 대안으로 주목 받으면서 독성 없는 갈륨 혼합물을 이용한 프린팅과 패터닝 방식 개발이 증가했다. 하지만 높은 표면장력으로 인해 수십 ㎛ 이하로는 제작이 어렵고, 굴곡 없는 평면에서만 프린팅이 가능하다는 한계가 있었다. 연구팀은 평면뿐만 아니라

[Technical News]표준온도, 세계 최초로 국내 연구진이 실현시켜

한국표준과학연구원(이하 KRISS) 연구진은 액체 금속이 고체로 응고하기 시작하는 순간을 포착하고 온도를 측정하는 데 성공했다. 이는 이상적으로만 존재하는 표준온도를 세계 최초로 실현한 성과이다. KRISS 열유체표준센터 정욱철 책임연구원은 독자적 온도제어 원천기술을 통해 이상적 표준온도인 금속의 액상선 온도를 측정, 현재 국제온도표준에서 기준온도로 사용하는 응고 온도에 큰 오차가 있다는 사실을 밝혀냈다. 물질들은 저마다 응고 온도, 용융 온도, 액상선 온도와 같은 다양한 상변화 온도를 가지고 있다. 만약 물질이 순수하다면 이러한 상변화 온도들의 값은 모두 동일하다. 고체가 액체로, 액체가 고체로 변하는 동안만큼은 온도의 변화 없이 같은 온도가 유지되는 것이다. 국제온도표준(ITS-90)은 -259.3467℃~961.78℃의 범위에 대해 물질의 상변화 온도를 이용해 온도를 정의하고 있으며 저온에서는 기체, 고온에서는 금속의 상변화를 이용한다. 하지만 지구상에 순수

[Technical News]메모리소자, 과일 속 포도당으로 구현 가능해져

실시간 생체 신호를 감지해 맞춤형 헬스케어를 제공하기 위해, 체내로 이식하는 전자기기가 발전하고 있다. 그러나 현재 전자기기의 주재료인 실리콘 또는 합성유기물은 장기적으로 인체에 유해할 수 있고, 추후 이를 제거하기 위한 2차 수술의 위험부담이 있다. 김현재 교수(연세대학교) 연구팀은 과일 등을 통해 흔히 섭취하는 포도당 물질을 활용해 저항 스위칭 메모리 소자를 제작하는 데 성공했다고 과학기술정보통신부(장관 유영민)는 밝혔다. 연구팀은 일상생활에서 흔히 섭취하는 천연재료인 포도당을 전자소자에 접목했을 때 데이터 저장 기능이 있다는 것을 발견했고, 이를 기반으로 몸에 친화적인 저항 스위칭 메모리를 개발했다. 개발된 전자소자는 유연하고, 장기간 체내에 삽입돼도 인체에 무해하다. 또한 몸속에서 자연스럽게 녹아서 흡수될 수 있다. 포도당은 자연에서 쉽게 추출할 수 있고, 기존 합성고분자와 달리 복잡한 화학공정이 필요하지 않은 장점이 있다. 뿐만 아니라, 폐기물의 환경 파

[Technical News]초박막 유연 디스플레이, 2차원 반도체로 개발 성공

기존의 디스플레이는 딱딱한 것이 주를 이뤘으나 구부리거나 입을 수 있는 전자기기의 개발을 위한 초박막 디스플레이에 대한 연구가 활발히 이뤄지고 있다. 지금까지의 연구는 디스플레이에서 빛을 발산하는 OLED 부분에 집중됐다. 그러나 이들이 상용화되기 위해서 발광소자의 스위치 역할을 하는 반도체 트랜지스터를 얇고 유연하게 제작되는 기술이 핵심적이다. 이에 국내 연구진이 2차원 물질로 반도체 트랜지스터의 성능을 크게 향상시켜 피부에 부착할 수 있는 얇고 유연한 디스플레이를 제작했다. 안종현 교수(연세대학교) 김수영 교수(중앙대학교) 연구팀이 차세대 반도체 소재로 주목받는 이황화몰리브덴(MoS2) 트랜지스터를 기반으로 초박막 OLED 디스플레이를 개발했다고 한국연구재단은 밝혔다. 연구팀은 단단한 실리콘 및 산화물반도체 대신 이황화몰리브덴을 이용해 높은 전기이동도를 갖는 고성능 반도체 트랜지스터를 제작함으로써, 매우 유연하고 얇은 OLED 디스플레이를 개발했다. 이황화몰리

[Technical News]유연하고 투명한 생분해성 유기 광트랜지스터

빛을 전기 신호로 변환하는 광트랜지스터에 유연함과 투명함 뿐만 아니라 친환경적 특성까지 더해졌다. 주병권 교수 및 박준수 박사과정 연구원(고려대학교), 서정훈 교수(뉴욕주립대학교), 전영민 박사(한국과학기술연구원) 국제공동연구팀이 셀룰로오스를 기반으로 생분해성 유기 광트랜지스터를 개발했다고 한국연구재단은 밝혔다. 유기 광트랜지스터는 사물인터넷 등에 광범위하게 적용될 수 있어, 그 중요성이 강조되고 있다. 그러나 독성 물질이나 불투명한 전극이 사용돼, 생체의료 기기에서의 활용이 제한적이다. 또한 버려지는 전자기기 폐기물에 의한 환경오염 문제가 대두되면서 자연 분해될 수 있는 전자소자 연구가 필요한 실정이다. 연구팀은 유연한 유기 광트랜지스터의 장점을 유지하면서 독성이 없고 자연 분해될 수 있는 친환경적인 광소자를 개발했다. 개발된 소자는 나무의 주성분인 셀룰로오스 소재를 기반으로 하여, 목재 부후균에 의해 분해된다. 기존의 독성 물질은 무독성 유기 반도체로 대체되었다. 또

[Technical News]미세유체 바이오칩 기반으로 새로운 항암제 개발 나선다

한국기계연구원(원장 박천홍) 대구융합기술연구센터 곽봉섭 박사 연구팀이 체내 종양을 모사한 3차원 종양을 대량 생산하는 ‘미세유체 기반 바이오칩’을 개발했다. 3차원 종양의 대량 생산이 가능해지면 신약개발 효율을 크게 높일 수 있을 것으로 기대된다. 연구팀은 액적(Droplet·물방울) 기반의 미세유체 바이오칩을 이용해 우리 신체 내부의 종양과 유사한 3차원 종양을 대량 생산하는데 성공했다. 기존의 항암제 개발 연구는 2차원의 암세포를 배양해 이뤄져왔다. 하지만 실제 체 내 종양은 3차원 형태의 복잡한 구조를 가지고 있다. 2차원의 암세포는 복잡한 구조를 정확히 모사하는데 한계가 있어 임상 결과 예측에 어려움이 있었다. 최근에는 종양을 체내 환경과 보다 유사한 3차원으로 모방해 전임상의 효과를 높이는 새로운 연구들이 많이 이뤄지고 있다. 2차원 종양 세포는 구조가 단순하다. 신체의 저항체계를 잘 나타내지 못하기 때문에 항암제 유효성을 검증할 때 실제 보다 약물에 더

트랜드 #양자점  #실리카  #반데르발스  

[Technical News]양자점-실리카 결합해 발광세기 극대화 성공

기본 양자점에 비해 최대 690% 까지 증대된 발광세기를 나타내는 광소재가 국내 연구진에 의해 개발됐다. 한국연구재단은 한국과학기술연구원의 우경자 박사 연구팀이 반데르발스 힘에 의해 양자점과 실리카입자를 하이브리드 함으로써, 최고의 발광세기와 안정성을 확보했다고 최근 밝혔다. 양자점(Quantum dot)은 에너지를 흡수해 빛을 내는 반도체 나노입자를 일컫는다. 유기염료에 비해 우수한 광안정성과 색 순도, 광효율을 가지므로 차세대 발광소자의 핵심기술로 기대된다. 그러나 양자점은 서로 응집되면서 그 특성을 심각하게 잃어버리는 근원적 문제가 있다. 따라서 양자점보다 10배 이상 큰 친환경 실리카입자 표면에 균일하게 배열하고, 실리카 코팅으로 고정시켜서 응집되지 않도록 하는 기술이 중요하다. 기존에는 양자점 표면을 바꿔야만 이것이 가능했는데, 공정도 복잡하고 광 손실이 적지 않았다. 연구팀은 원래의 입자 사이에 작용하는 약한 힘인 ‘반데르발스 힘’을 이용해 하이브리드

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