다아라 매거진 _ 2017.02

기술뉴스

기술이슈 #실리콘  #반도체  #열전모듈  

[Technical News]구부러지는 실리콘 열전모듈로 열을 전기로 바꾼다

한국연구재단(이사장 조무제)은 김상식 교수(고려대) 연구팀이 실처럼 가늘고 구부리기 쉬운 실리콘 나노선으로 열을 전기로 바꾸는 열전 모듈을 최초로 개발했다고 밝혔다. 열전모듈은 반도체에 열을 가하게 되면 내부에 있는 전하는 뜨거운 곳에서 차가운 곳으로 이동하게 된다. 열전모듈은 이러한 원리를 이용해 열을 전기로 바꾸는 소자이며 n형과 p형 반도체로 구성된다. 연구팀은 현재 사용되는 반도체 CMOS 공정을 이용해 정밀히 조절된 열전 특성을 갖는 단결정 실리콘 나노선을 제작하고 이를 구부러질 수 있는 기판에 적용한 고성능 유연 열전모듈을 구현했다. 이는 그 동안 기술이 개발됐다 하더라도 실리콘 반도체에 적용이 어려웠던 기존 연구와는 차별화된다. 개발된 실리콘 나노선 열전모듈은 전자와 포논의 평균자유행로 차이를 이용해 전기전도도의 큰 손실 없이 열전도도를 5분의 1 이하로 줄여서 열전변환 성능을 최대한 향상시켰다. 특히 구부린 상태에서도 열을 전기로 바꾸는 성능(또는 파워팩터)이 1

기술이슈 #양자점  #엑시톤  #전자  

[Technical News]빛으로 양자점 사이 결합 제어하는 기술 개발돼

한국연구재단(이사장 조무제)은 김광석 교수(부산대)가 영남대 김종수 교수와 KIST 송진동 박사와의 공동연구를 통해 나노 크기의 두 양자점 사이의 결합을 기존의 전기가 아닌 빛으로 제어할 수 있는 새로운 기술을 개발했다고 밝혔다. 양자점 내 존재하는 서로의 양자상태(전자)들이 중첩돼있는 현상이 양자 통신의 기본 단위다. 중첩이 되는 전자 상태의 신호들이 많을수록 정보 전송 효율이 기하급수적으로 올라간다. 전자들이 중첩되려면 두 양자점이 나노 크기로 가까이 있어야 한다. 기존에는 양자점 사이 전자 결합을 전기적 제어 기술로 유도했다. 강력한 전압을 받은 한 양자점 내 전자 파동이 다른 양자점 전자 파동과 결합해 신호를 중첩시켰다. 그러나 위 방법은 양자점 사이 수십 나노미터 크기의 작은 공간에 전기회로를 구성해야 하는 번거로움이 따랐다. 전기회로를 이용 시 전압의 방향을 바꿀 수 없어 전자의 정렬 방향도 변경 불가능했다. 김광석 교수팀은 영남대 김종수 교수, KI

기술이슈 #태양광  #이산화탄소  #화학연료  

[Technical News]이산화탄소, 합성연료로 바꿔서 활용한다

지구가 따뜻해지는 이유 중 하나인 이산화탄소. 2015년 파리기후변화협약 이후 전 세계적인 이산화탄소 감축 움직임이 진행되는 가운데 물과 햇빛만으로 이산화탄소(CO2)를 합성가스로 바꾸는 원천기술이 개발됐다. 한국연구재단(이사장 조무제)은 손호진 교수(고려대) 연구팀이 물과 태양빛을 이용해 지구온난화의 주 원인인 이산화탄소를 합성가스로 전환시키는 기술을 최초로 개발했다고 밝혔다. 이산화탄소를 전환하기 위해서 기존 연구에서는 전기, 열을 가했다. 하지만 연구팀은 태양빛과 물만으로 이산화탄소를 합성가스로 바꿨다. 이 기술은 태양 빛에 감응하는 염료와 이산화탄소와 물을 선택적으로 전환시키는 2개의 촉매(레늄(Re)과 코발트(Co) 분자촉매)를 값싼 이산화티탄에 결합시킴으로써 이산화탄소를 합성가스로 전환시키는 것이다. 이번 연구의 결과물은 광촉매 제조가 용이하고, 광촉매 활성과 안정성이 뛰어나 이산화탄소의 대용량 전환도 가능하다. 메탄올과 같은 합성연료를 생산할 수 있는 핵심 기술로

[Contribution]특수 기능이 추가되는 최근의 연산 증폭기

일반적인 제조사들은 수십, 수백 개의 연산증폭기를 보유하고 있다. 전자회로 설계자들이 필요로 하는 요구사항이 계속 발전함에 따라 연산 증폭기도 어떻게 발전해 왔는지를 수많은 연산증폭기를 통해 확인할 수 있다. 여러 가지 전기적 사양 중 일부에 우선순위를 두게 되면 다른 사양은 항상 손해를 볼 수 밖에 없게 된다. 예를 들어, 일반적인 고속 연산증폭기는 낮은 대역폭을 가진 제품보다 더 많은 전력을 소모하게 되는 것이다. 이 미묘한 균형은 왜 ‘완벽한’ 연산증폭기가 존재하지 않는 지에 대한 답을 제공한다. 모든 애플리케이션은 각기 다른 요구사양을 갖고 있으며 이러한 이유로 지난 70년 동안 많은 연산증폭기 제품이 존재하게 되었던 것이다. 몇몇 제조사들의 제품을 교차-참조해보면 4가지의 일반적인 제품 카테고리를 발견하게 된다. 그것은 범용, 고속, 정밀 및 저전력이다. 이들 카테고리를 검토하면 설계자들이 오늘날 어떤 연산 증폭기를 찾는지에 대한 정보를 얻을 수 있다. 모든 연산 증폭

기술이슈 #3진법  #웨어러블  #지능형 로봇  

[Technical News] 3진법 이해하는 초절전형 반도체 소자·회로 개발

미래창조과학부(장관 최양희)는 ‘0’과 ‘1’을 사용하는 기존 2진법 기반 컴퓨터가 전력 소모량 측면에서 기술적 한계에 다다른 현 시점에서 3개의 논리 상태인 ‘0’, ‘1’, ‘2’를 사용해 대용량 정보처리가 필요한 프로그램의 원활한 수행을 지원할 수 있는 차세대 초절전 반도체 소자·회로 기술을 개발했다고 밝혔다. 3진법과 부성미분저항특성에 기반한 이 기술은 미래 초절전 반도체 소자/회로 개발 시 필수적인 원천기술이다. 3진법을 이해하는 컴퓨터는 2진법 컴퓨터의 60%에 해당하는 소자만으로도 동일한 기능을 수행할 수 있어 반도체칩의 소형화, 저전력화, 고속화가 가능하다. 박진홍 교수 연구팀(성균관대) 미래창조과학부 기초연구사업(개인연구)의 지원으로 연구를 수행했으며, 이 연구결과는 권위 있는 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communication)에 게재됐다. 3진법을 이해하는 컴퓨터를 구현하는 다치논리 컴퓨터 기술은 2진법 컴퓨터의 60%에 해

[Technical News] 휘어짐 가능한 그물망 반도체 개발

영화 속에서 볼 수 있었던 자유자재로 휘어지면서 매우 투명한 전자기기의 등장을 성큼 다가오게 할 그물망 반도체가 개발됐다. 한국연구재단(이사장 조무제)은 이광희 교수(광주과학기술원) 연구팀이 쉬운 용액공정으로 박막을 만들 수 있고, 자유롭게 휘어지고 가시광 투과도가 100%에 가까운 새로운 그물망 구조의 유기 반도체 재료를 개발하는데 성공했다고 밝혔다. 현재 반도체 재료 중에는 유연성이 우수하고, 가시광선 투과도가 완벽한 사례가 없다. 유연한 반도체 재료로 각광을 받던 유기 고분자 반도체는 특유의 가시광 흡수 특성으로 인해 투명하게 만들기 어려운 한계가 있다. 이에 연구팀은 소량의 고분자 반도체를 가시광 영역에서 투명한 절연체 고분자에 도입해 마치 그물망과 같은 구조를 가지는 고분자 반도체를 구현했다. 이 반도체/절연체 고분자 혼합 그물망 반도체는 고분자 반도체가 절연체에 도입되지 않은 순수한 박막형태일 때보다 전하이동도가 약 4배 정도 향상됐으며, 매우 얇은

기술이슈 #레이저  #에너지  #이황화레늄  

[Technical News] 레이저 빛 흡수되는 에너지 준위 조절 최초 성공

한국연구재단(이사장 조무제)은 최현용 교수(연세대) 연구팀이 레이저 빛이 흡수되는 특정영역의 에너지 준위를 제어하는데 최초로 성공했다고 밝혔다. 레이저를 통해 만든 빛은 전자기장이 특정한 방향으로 진동하는 편광 현상이 나타난다. 이 편광 현상을 통해 물질의 에너지 준위를 조절한다면 새로운 고속 동작 광소자의 제작이 가능하지만 현재까지 이 기술은 개발되지 않았다. 연구팀은 이황화레늄(ReS2) 물질이 빛의 편광 방향에 따라 에너지 준위가 다른 두 개의 엑시톤을 가지는 것을 착안해, 그동안 불가능했던 에너지 중첩이 없는 두 개의 엑시톤 준위를 선택적으로 제어하는 데에 성공했다. 이로써 빛 편광 제어 광 스타크 효과를 통해 두 개의 엑시톤 준위를 선택적으로 제어할 수 있게 된 것이다. 이 연구에 사용된 ReS2 물질에는 중요한 두 개의 엑시톤 준위가 존재한다. 중요한 것은 이들 두 엑시톤 준위가 각기 다른 빛의 편광에만 반응한다는 사실이다. 입사하는 초단파 레이저 빛의

[Technical News] 지구상에 없던 물질, 공중부양장치로 찾아냈다

국제우주정거장(ISS)에서는 우주라는 특수한 환경을 이용해 다양한 실험이 이뤄지고 있다. ‘단백질 결정’에 관한 실험도 그 중 하나다. 미시중력으로 인해 물체가 공중에 뜨고, 대류 현상이 없어 결정이 만들어질 때 방해요소가 없다는 우주 환경 특성상 완벽한 결정체 구현이 가능하기 때문에 단백질 분자구조를 정확히 파악할 수 있다. 국내 연구진이 지상에서 우주와 같은 극한 환경 구현을 통해 지구에는 존재하지 않는 새로운 물질 상을 발견하는데 성공했다. 한국표준과학연구원(KRISS, 원장 직무대행 박상열) 창의융합센터 이근우, 이수형 박사팀은 정전기 공중부양장치로 액체(수용액)를 공중에 띄운 뒤 물을 증발시켜 준안정상태의 초과포화 결정을 얻는 방법으로 기존에 없었던 새로운 물질상을 발견했다. 정전기 공중부양장치는 두 전극 사이에 중력을 극복할 만큼의 강한 전압을 걸어 물체를 부양시키는 장치다. 미국(NASA), 일본(JAXA), 독일(DLR) 등의 선진 항공우주국에서만 보유

기술이슈 #4진수  #DNA  #미세로봇  

[Technical News] 4진수 DNA로 로봇에 정교함 더한다

단순히 접거나 펴기만 가능했던 기존 기술의 한계를 뛰어 넘어 자유자재로 형태를 변형시킬 수 있고, 원하는 형태로 구동할 수 있는 부드러운 재질의 미세로봇 구동기술이 개발됐다. 한국연구재단은 박소정 교수·이대연 교수·존 크로커 교수(이상 미국 펜실베이니아대) 한·미 공동연구팀이 인공 DNA의 염기서열 정보 등을 이용해 연성재질 미세로봇을 구동할 수 있는 핵심기술을 최초로 개발했다고 밝혔다. 연성재질 미세로봇은 기존의 로봇과 달리 고분자나 나노입자와 같은 유연한 재료로 이뤄져 특정 물리적 혹은 화학적 신호에 의해 작동되는 초소형 로봇이다. 연성재질 미세로봇은 전기적 신호뿐만 아니라 다양한 물리적, 화학적 자극에 의해 구동할 수 있는 새로운 개념의 구조제어기술이다. 연구팀은 기존에 미세로봇을 제어하던 온도, 빛 등의 자극과 달리 DNA가 갖는 염기서열 정보를 이용해 원하는 형태로, 원하는 정보를 입력하고, 복잡하고 다양한 형상을 만들 수 있으며, 정교하게 명령을 내릴 수

[Technical News] 100배 빨리 충전되는 하이브리드 에너지 저장기술 개발

기존 에너지 저장장치보다 충전속도가 최대 100배까지 빠른 새로운 에너지 저장장치가 개발됐다. 미래창조과학부(장관 최양희)는 “이차전지(리튬이온) 소재와 슈퍼커패시터 소재의 장점만을 조합한 하이브리드 에너지 저장기술을 개발해 기존 이차전지보다 높은 에너지밀도를 가지고 약 100배 빠른 급속충전이 가능한 차세대 하이브리드 에너지 저장 기술을 개발했다”고 밝혔다. 이번 연구는 미래창조과학부가 세계 최고 원천기술 확보를 위해 추진하는 글로벌프런티어사업(하이브리드인터페이스기반 미래소재연구단, 단장 김광호)의 지원으로 KAIST 강정구 교수팀이 이룬 연구성과로 에너지재료분야의 세계적 학술지인 ‘Advanced Energy Materials’紙에 온라인판으로 게재됐고 VIP논문으로 추천됐다. 기존의 대표적인 전기에너지 저장장치인 리튬이온 전지는 에너지 저장밀도(약 185Wh/kg 수준)가 높은 반면에 충전·출력 특성(200W/kg)이 낮고, 슈퍼커패시터는 충전·출력 특성(20k

기술이슈 #나노  #초미세유체  #의료기기  

[Technical News] 초미세유체 수송현상 예측 가능해졌다

한국연구재단은 김보흥 교수(울산대) 연구팀이 세계 최초로 초미세유체(Nanofluidics)의 유동 및 열전달 현상을 정확하게 예측하는 새로운 예측 모델을 개발했다고 밝혔다. 초미세유체는 분자 수십 개에서 수백 개 정도가 일렬로 나열된 폭 정도의 미세한 나노채널 구조물에서 흐르는 유체다. 극소량의 혈액으로 질병과 DNA 등을 판별하는 것 등이 초미세유체의 대표적인 활용 방법이다. 일상생활에서 접하게 되는 대부분의 거시유체는 유동의 세기에 비례해 발생한 열과 온도 분포를 쉽고 정확하게 예측할 수 있으며 그 인과관계가 에너지 보존법칙을 기반으로 아주 간단하고 완벽하게 설명된다. 그러나 초미세유체의 유동 및 에너지 수송현상은 정확히 예측하기가 어려웠다. 이는 초미세유체 경계면에서 분자 간의 인력에 의해 점도나 밀도의 불균형 현상 등이 나타나기 때문이다. 이에 연구팀(김보흥 교수, 보꾸옥쯔엉 연구원)은 초미세유체의 수송현상 시 모델링을 통한 예측 값과 실제 분자들의 흐름

기술이슈 #나노물질  #미세입자  #음파  

[Technical News] 대량의 나노물질, 소리로 정렬한다

한국연구재단(이사장 조무제)은 심우영 교수(연세대) 연구팀이 소리(음파)를 이용해 나노 및 미세물질을 원하는 위치에 정렬할 수 있는 기술을 세계 최초로 개발했다고 밝혔다. 나노물질은 수나노미터에서 100나노미터 정도 크기의 물질로, 뛰어난 강도, 전기 전도도, 열전도율과 화학적 안정성을 보인다. 이는 전자, 바이오, 의료분야 등 광범위한 연구·산업 분야에서 응용될 수 있다. 나노물질이 각종 소자와 바이오센서 등으로 활용되려면, 대량생산 공정이 적용된 대면적 소자의 형태여야 한다. 대면적 소자의 형태는 직접회로의 반도체 소자와 같이, 개개의 소자들이 규칙적인 배열을 가진다. 이와 같은 형태를 이루기 위해서는 원재료인 나노물질을 실리콘 기판 위 원하는 위치에 배열해야 한다. 그러나 나노물질을 기판 위에 프린팅 기법으로 직접 전사하는 기술은 공정비용이 많이 소요되고 시간 소모가 커서 산업적 활용에 제한적이었다. 나노물질의 공간적 제어는 보통 전기적 혹은 화학적 기술

[Technical News] 정밀도 12배 높아진 초고성능 가스 센서 개발

한국연구재단은 김형준 교수 연구팀이 이차원 소재인 이황화텅스텐(WS2)을 이용해 적은 양의 아세톤과 이산화질소 분자를 검출할 수 있는 초고성능 가스센서를 개발했다고 밝혔다. 이차원 소재는 부피에 비해 표면적이 넓어 주변 환경에 민감하게 반응한다. 최근 이를 이용해 가스 센서로 응용하려는 연구가 활발하다. 가스 센서는 생활 속에서 대기오염을 측정하거나 산업·연구 현장에서 가스 누출을 확인할 때 유용하게 쓰인다. 최근까지 이차원 소재로는 가스 노출의 반응 여부만 확인 가능했다. 특정 가스를 잡아내는 가스 센서로의 상용화를 위해서는 특정 가스의 검출 원리와 검출 기능 향상 방법에 대한 연구가 필요하다. 이차원 소재는 박막 제작 시 층수(두께)에 따라 전기적 특성이 달라져 균일한 층수로 합성해야 한다. 기존에는 화학 기상 증착법을 통해 제작돼 왔으나, 이는 대면적으로 균일한 층수의 박막을 만들기 어렵다. 연구팀은 이차원 이황화텅스텐 합성 기술을 토대로 은 나노선을 도입해

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