다아라 매거진 _ 2018.12

기술뉴스

[기술뉴스] 전자소자, 인체 이식 가능해졌다

유기생체전자소자는 기존의 무기물 및 탄소 기반 소자보다 우수한 생체신호 감지능력, 기계적 유연성, 생체적합성과 낮은 공정비용 등의 특성에 따라 차세대 인체 이식용 전자의료기기의 핵심기술로 주목받고 있다. 하지만 인체 내 장시간 사용 시 필요한 체내 구동 안정성과 고온·고압 멸균처리 중 발생하는 변성이 약점으로 지적돼 왔다. 이에 국내 연구진은 인체 이식용 전자의료기기의 성능과 안정성을 높이는 전자소자 개발에 성공했다. 윤명한·이광희 교수(광주과학기술원) 연구팀이 고온·고압의 멸균처리 후에도 체내에서 장시간 안정적으로 작동하는 고성능 플라스틱 전해질 전자소자를 개발했다고 한국연구재단(이사장 노정혜)은 밝혔다. 연구팀은 유기생체전자소자의 한계를 극복하기 위해 계면활성제와 가교제 등 첨가제를 추가하는 기존의 개선방식 대신 근본적인 재료공학적 접근법을 통해 높은 성능과 안정성의 동시 확보를 시도했다. 특히, 유기생체전자소자 개발 분야에서 가장 대표적인 물질인 전도성 고분자

[기술뉴스] 하이브리드 봉지막, 두루마리 디스플레이 현실화 앞당긴다

OLED 발광소자는 공기나 수분에 민감하게 반응해 열화되는 치명적인 문제점이 있다. 따라서 소자를 외부 환경으로부터 완전히 차단하는 봉지막 기술이 필수적이다. 주로 사용되는 무기물 기반 봉지막은 디스플레이 기판이 유리일 때만 적용할 수 있고 고분자 필름과 같은 유연한 기판에는 적용할 수 없어 한계가 있었다. 이에, 유연 디스플레이가 산화되지 않도록 철저히 보호해주는 하이브리드 봉지막 기술이 보고됐다. 성명모 교수(한양대학교) 연구팀이 휘어지는 디스플레이에 적용할 수 있는 고밀도의 유-무기 하이브리드 소재를 개발했다고 한국연구재단(이사장 노정혜)은 밝혔다. 연구팀은 순차적기상침투법을 이용해 유-무기 복합 박막을 제작했다. 유기 고분자 재료의 틈새를 무기 분자들로 모두 메우고 화학 결합하여 완벽하게 하이브리드 되도록 한 것이다. 유-무기 복합 박막은 접거나 휘는 외부 변형에도 공기를 차단하는 특성이 유지되고 저비용 생산이 가능한 장점이 있다. 기존 유-무기 복합 연구

[기술뉴스]태양전지, 친환경 페로브스카이트 이용해 생산 비용 낮추고 효율 높여

페로브스카이트는 사면체, 팔면체 또는 입방체의 결정구조를 가지는 물질이다. 구성 원자에 따라 강유전 특성 및 초전도 현상과 같은 우수한 물리적 특성을 보인다. 태양전지에 응용했을 때 실리콘 태양전지보다 높은 23.3%의 전력 변환 효율을 나타낸다. 하지만 기존 페로브스카이트 태양전지는 광 활성층 물질로 효율이 높은 납을 사용하고 있으며, 태양전지 셀의 상부 전극으로는 값비싼 귀금속 전극을 주로 사용한다. 또한 귀금속 전극은 진공장비를 이용해 증착하여 사용되기 때문에 대면적 증착이 어렵고 증착 속도도 느린 단점이 있다. 뿐만 아니라, 태양전지는 빛을 받아 형성된 정공(+)을 전극으로 이동시켜주는 역할을 하는 홀(정공) 전도체를 사용하는데, 이는 에너지 효율을 높이는데 도움이 되지만 수분이나 산소에 노출되면 쉽게 부식되는 등 낮은 안정성으로 대량 합성이 어렵고 공정이 복잡해 가격이 높은 단점을 가진다. 이에, 재료연구소(소장 이정환, KIMS) 표면기술연구본부 에너지융

트랜드 #로봇피부  #감각  #자극  

[기술뉴스]감각 느끼는 로봇 상용화, 한 걸음 더 다가왔다

오늘날 로봇연구는 인간과 같은 기능을 가진 휴머노이드, 몸에 착용하는 헬스케어 장치 등 인간처럼 촉각을 구현하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나, 하지만 현재 개발되고 있는 로봇피부의 경우 상용화되기에 공정적인 부분과 기능적인 부분에서 각각의 한계점을 가지고 있다. 이에, 한국연구재단은 최근 스티브 박 교수‧김정 교수(한국과학기술원) 공동연구팀이 3차원 표면에 코팅이 가능하며 자극을 구분할 수 있는 로봇피부를 개발해 로봇도 인간처럼 감각을 구분하고 느낄 수 있게 되어, 한층 인간에 가까워졌다고 밝혔다. 연구팀은 로봇의 복잡한 형상에 균일하게 코팅할 수 있는 로봇피부를 개발했다. 균일한 코팅은, 로봇피부에 가해진 자극을 보다 정확히 측정할 수 있게 해주는 핵심 기술이다. 개발된 로봇피부 용액을 원하는 물체에 뿌린 뒤 굳히면 로봇피부가 형성된다. 매우 간편한 용액공정을 통해 제작하므로 저비용으로 대면적 및 대량생산이 가능하다. 또한 복잡한 형태를 지닌 로봇에도

[Technical News]친환경 냉각소재, 구부러지면서 색깔까지 변한다

친환경 냉각 소재는 최근 화석 연료 고갈과 지구온난화 등의 환경 문제 속에서 그 중요성이 강조되고 있다. 그 중 수동형 냉각 복사 소재는 장적외선을 방출함으로서 외부 전원 공급 없이 주변 온도를 낮춰주고 전력 소모를 최소화해, 연구가 활발히 이루어지고 있다. 그러나 이들 대부분은 태양빛을 반사하기 위해 은색이나 흰색을 띠고 있어, 극심한 광공해를 일으킨다. 또한 유연성이 없는 딱딱한 물질로 이뤄져 평면 구조로만 제작 가능하고, 활용 범위가 다소 제한적이다. 발열제품 및 빌딩의 온도를 낮추어주는 친환경 냉각 소재에 유연함과 다채로운 색깔이 더해졌다. 송영민 교수(광주과학기술원) 연구팀이 전원 공급이 필요 없는 구부러지는 색채 냉각 소재를 개발했다고 한국연구재단(이사장 노정혜)은 밝혔다. 연구팀은 기존 기술의 한계를 극복하고 다양한 색채를 가진 유연한 냉각 복사 소재를 개발했다. 개발된 소재는 가시광선을 증폭해 색채를 표현하는 부분과 냉각을 위해 장적외선 복사열을 방

[Technical News]열 문제 잡은 페로브스카이트, 태양전지 효율 높여

페로브스카이트 태양전지가 상용화되기 위해서는 수분 및 열에 대한 안정성 확보가 필수적이다. 그중에서도 열에 대한 안정성 연구는 현저히 부족한 실정이다. 그나마 열 안정성을 확보하기 위해 무기물 페로브스카이트를 사용하는 방법이 보고됐다. 하지만 밴드갭이 넓어, 효율이 13%에 그칠 뿐이었다. 열 안정성을 추구하다 효율이 낮아진 것이다. 이에, 페로브스카이트 태양전지의 고질적인 문제, 열 안정성을 향상시키는 기술이 개발돼, 상용화에 한걸음 다가갔다. 박태호 교수(포항공과대학교) 연구팀이 열적으로 안정한 고효율의 페로브스카이트 태양전지 제작 기술을 개발했다고 한국연구재단(이사장 노정혜)은 밝혔다. 연구팀은 전자 및 정공 전달층을 제어함으로써 페로브스카이트 태양전지의 높은 효율을 유지하면서도 열에 대한 취약성을 개선했다. 이 연구에서는 전자 전달층을 쯔비터 이온으로 개질했고 첨가제가 필요 없는 전도성 고분자를 정공 전달층으로 사용했다. 기존 정공 전달층 물질은 수분과 열

[Technical News]플렛밴드와 강자성 원인, 2차원 카고메 격자 물질에서 찾아내

고체 내 전자들의 배열 상태는 물질의 특성과 밀접한 연관이 있다. 특히 전자들이 국소적으로 밀집되어 플랫밴드 상태일 때는 강자성을 비롯해 독특한 양자 상태를 가지게 된다. 이를 심도 있게 규명하고 응용하기 위해 연구가 진행 중이지만, 플랫밴드는 아직까지 인위적 구조물에서만 발견될 뿐이며 그 원리도 많이 밝혀지지 않았다. 이에, 한·중 연구팀이 자연계 고체물질에서 플랫밴드와 강자성의 원인을 규명해, 신소재 개발 연구의 저변을 넓혔다. 조준형 교수(한양대학교) 연구팀이 2차원 카고메 격자 물질에서 플랫밴드의 존재를 입증하고, 강자성의 원인을 규명했다. 연구팀은 자연계에 존재하는 철 기반 고체물질(Fe3Sn2)에서 플랫밴드의 존재를 관찰해냈다. 또한 플랫밴드를 갖는 기하학적인 전자 구조에 의해 강자성 현상이 생긴다는 것을 밝혀냈다. Fe3Sn2는 마치 대나무로 바구니를 엮은 듯한 형태(카고메 격자)로 입자가 배열되어 있다. 연구 결과, 육각형의 상호 네트워크에서 국소적

[Technical News]이차원 반도체소재, 에너지 발전 극대화 가능해져

충격이온화가 일어나면 전하반송자의 수가 증가하여 반도체 성능 향상 외에, 태양전지, 광검지센서, 광에미터와 같은 광전소자의 에너지효율과 광전변환속도를 크게 높일 수 있으므로 산업응용의 측면에서 매우 중요하게 활용할 수 있다. 기존에는 실리콘 등의 전자재료에서 충격이온화에 대한 연구가 있었지만, 소재의 삼차원 구조적 한계로 효과가 거의 없는 걸로 알려져 있었다. 그러나 최근 이차원 소재 연구가 활발해지면서 이차원 소재 중 흑린에서 충격이온화가 활발히 일어나는 게 관찰됐다. 특히 이차원 소재에서는 수직방향으로 전자운동이 제한되므로 충격이온화는 새로운 모양으로 전개될 것을 기대할 수 있었다. 유원종 교수(성균관대학교) 연구팀이 이차원 흑린 소재를 활용해 전자 소재 내에서 가속적 충격이온화에 따른 전자 발생 기술을 개발했다고 한국연구재단(이사장 노정혜)은 밝혔다. 연구팀은 종이보다 얇은 이차원 소재의 전자 수송을 연구하던 중, 흑린에서 충격이온화로 인한 전자수 증가 현상

[Technical News]페로브스카이트 태양전지, 모듈 구조 변경해 효율 상승

페로브스카이트 태양전지는 용액 공정이 가능하고 소자의 에너지 전환 효율(2018년 기준 22.7%)이 높아 미래 에너지원으로 주목받고 있다. 하지만 페로브스카이트 태양전지 상용화를 위해서는 정밀한 패턴 공정으로 유효 면적을 극대화해 고효율의 대면적 모듈을 제작하는 기술이 필요하다. 차세대 태양전지로 주목받는 페로브스카이트 태양전지의 모듈 효율을 높이는 기술이 개발됐다. 이광희 교수(광주과학기술원) 연구팀이 전기화학적 패턴 방식을 이용해 페로브스카이트 태양전지의 모듈 효율을 높이는 모듈 구조를 개발했다고 한국연구재단(이사장 노정혜)은 밝혔다. 연구팀은 유·무기 복합 페로브스카이트가 이온 전도성이 있다는 것을 확인하고, 직렬연결 부위에 금속 나노 전극을 형성함으로써 새로운 모듈을 구현하는 데 성공했다. 특히 연구팀이 개발한 페로브스카이트 태양전지 모듈은 유효 면적 94.1%, 모듈 효율 14.0%를 달성했다. 금속 나노 전극을 이용하면 모듈 연결 시 발생하는 단위 셀

[Technical News]‘원자 3개 크기’ 뾰족한 현미경 이온원 나왔다

현미경의 세계에서 ‘빛’, ‘전자’, ‘이온’과 같은 광원은 현미경 특성을 결정짓는 가장 중요한 요소이다. 그리고 이 광원을 ‘어떻게’ 쓰는지가 현미경의 성능을 좌우한다. 광원이 최대한 좁게 모아져 방출돼야 마치 손전등으로 빛을 비출 때처럼 밝은 이미지를 얻을 수 있기 때문이다. 한국표준과학연구원(KRISS)이 차세대 현미경으로 주목받는 헬륨이온현미경의 이온빔 원천기술을 개발했다. 한국표준과학연구원 광전자융합장비팀 박인용 선임연구원팀은 자체 설계한 이온원(ion source) 장치를 이용, 3원자 탐침(probe)에서 이온빔을 생성하는 데 성공했다. 탐침 끝부분 원자의 개수가 작을수록 고휘도의 집속된 이온빔이 방출되고 더욱 밝은 이미지를 얻을 수 있다. 헬륨이온현미경은 전자현미경 수준인 나노미터 이하의 영상 분해능은 물론, 전자현미경에서 하지 못하는 10나노미터 이하의 정밀가공까지 가능하다는 점이 특징이다. 나노 공정기술, 재료과학, 생물학을 포함한 다양한 분야에

[Technical News]금속 액체방울로 새로운 나노물질 개발

꿈의 신소재인 그래핀이 발견된 후, 이와 유사한 2차원 층상구조의 칼코겐 화합물들도 활발히 연구되고 있다. 그 중 텔루라이드는 위상절연체 트랜지스터, 나노소자 내 연결소재, 상변이 메모리 등 다양한 미래 반도체 및 나노 전자소자 분야에서의 높은 응용이 기대된다. 하지만 텔루륨 원자의 낮은 반응성과 안정성 때문에 아직까지 고품위 전이금속 텔루라이드 제조에 많은 어려움이 있다. 그리고 텔루라이드가 대기 중의 수분에 매우 취약하기 때문에 이들의 우수 기능을 장시간 유지시킬 수 있는 봉지막이 필요하다. 새로운 양자전자소자 소재인 ‘텔루라이드 나노벨트’와, 소자를 보호해줄 그래핀 제어 기술이 등장했다. 권순용 교수·곽진성 연구교수(울산과학기술원) 연구팀이 용융금속합금 액체방울을 이용해 고품질 텔루라이드 나노벨트를 제조했고, 이를 수분으로부터 지켜줄 그래핀의 봉지막 기능을 향상시켰다고 한국연구재단은 밝혔다. 연구팀은 텔루륨이 다량 포함된 금속합금 액체방울 속에서 텔루라이드 핵 생

[Technical News]스스로 휘어지는 자가변형 필름, 플렉서블 디스플레이 개발 앞당긴다

최근 휘거나 모양이 변해도 그 기능을 유지하는 플렉서블 전자기기 관련 연구가 활발하게 진행되고 있다. 그러나 아직까지는 외부 힘에 의한 수동적인 변형만을 고려한 수준으로, 여기에서 더 나아가 전자기기 자체의 능동적인 변형을 위한 연구는 진행되지 않았다. 이에, 이종호 교수(광주과학기술원) 연구팀이 플렉서블 전자기기에 활용될 수 있는 ‘자가 변형 필름’을 개발했다고 한국연구재단은 밝혔다. 연구팀은 전기로 동작할 수 있는 얇은 형상 기억 합금을 일정한 간격을 가진 블록으로 필름에 부착해, 자가 변형 필름을 제작했다. 제작된 필름은 두께가 약 250 마이크로미터(㎛)로 매우 얇아서, 플렉서블 전자기기에 결합한 채 휘어져도 전자기기에 가해지는 변형이 최소화된다. 사용된 형상 기억 합금은 열이 가해지면 수축하는 특징이 있다. 형상 기억 합금의 특성과 필름의 탄성을 이용해 굽혔다 펴지는 양방향 동작이 모두 가능하다. 또한 가해진 전류에 따라 휘어지는 정도를 제어할 수 있다.

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