다아라 매거진 _ 2017.12

기술뉴스

기술이슈 #이온충돌  #기묘쿼크  #플라즈마  

[Technical News]양성자 간 충돌 때 기묘입자 증가 세계 최초 발견

한국연구재단(이사장 조무제)은 “윤진희 교수(인하대) 등 국내 연구진 45명이 참여하고 있는 CERN의 초기 우주의 물질 상태와 상호작용을 밝히기 위한 대형이온충돌실험에서 기존의 납과 납의 핵 충돌에서 보였던 기묘입자 생성량 증가를 양성자-양성자 충돌 실험에서도 증가한다는 사실을 세계 최초로 관측했다”고 밝혔다. 현대 우주는 매우 밀도가 높고, 뜨거웠을 태초의 우주가 대폭발, 즉 빅뱅을 통해 팽창우주가 되었을 것이라고 과학자들은 설명한다. 그렇다면 빅뱅 이후 초기 우주 상태는 어떠했을까? ALICE는 빅뱅 이후 초기 우주의 쿼크-글루온 플라즈마(QGP) 상태를 연구하기 위해 대형강입자충돌기(LHC)를 이용해 중이온을 충돌시키는 실험이다. 기존에는 양성자-양성자, 납핵-납핵과 같이 충돌 시스템의 차이에 대해서만 분석을 진행했다. 이는 굉장히 짧은 시간에 짧은 진동으로 일어나며 안정적인 입자만 측정이 가능하다. 이번 연구는 가능한 모든 충돌 시스템으로부터 얻은 결과들을

[Technical News]우주 보는 광학기술, 나노구조 측정기술로 재탄생했다

국내 연구진이 반도체, 디스플레이, 센서 등에 사용되는 다층막 나노구조의 내부를 세계 최고 수준인 1 nm(나노미터)급 이하의 정밀도로 3차원 측정할 수 있는 기술을 개발했다. 한국표준과학연구원(KRISS, 원장 박상열) 첨단측정장비연구소 김영식 박사 연구팀은 우주용 광학기술을 융합해 다층막 나노소자의 구조를 측정하는 단층촬영(Tomography) 기술을 개발했다. 연구팀은 그동안 다층막 측정의 난제로 남아있던 ‘직접적인 비파괴 측정’을 실현함으로써 나노구조의 완벽한 3차원 이미지를 얻을 수 있게 됐다. 나노기술의 핵심은 정해진 2차원 면적에 최대한 많은 소자를 배치하는 것이다. 제한된 공간에서 박막 층을 겹겹이 쌓는 3차원 다층막 구조가 개발되면서 나노기술은 초고속화, 대용량화의 한계를 뛰어넘게 됐다. 다층막 나노소자는 현재 반도체, 플렉시블 디스플레이, IoT 센서, 태양광 전지 등 고도의 성능이 요구되는 첨단산업분야 전반에서 수요가 급증하고 있다. 문제는

기술이슈 #알츠하이머  #치매  #하이드로젤  

[Technical News]하이드로젤 기반 다중유전자로 조기에 치매 예방한다

한국연구재단(이사장 조무제)은 최낙원 박사(한국과학기술연구원)·최정규 교수(고려대학교) 공동연구팀이 하이드로젤을 기반으로 여러 종류의 유전자를 동시에 증폭함으로써 알츠하이머와 같은 질환을 손쉽게 검출할 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다. 실시간 핵산 증폭(qPCR)은 극소량의 유전물질을 증폭시켜 질환과 관련된 유전자의 유무를 판단하는 방법이다. 암, 알츠하이머와 같은 유전질환의 진단과 예후 모니터링에 널리 사용되고 있다. 하지만 기존의 용액 기반 qPCR은 단일 샘플로부터 3~4개의 유전자만 동시에 검출할 수 있도록 제한되고, 프라이머를 대단히 정교하게 디자인하더라도 비특이적 증폭이 일어날 수 있는 한계가 있다. 연구팀은 하이드로젤 안에서 qPCR 반응이 진행됨으로써 복잡한 프라이머 디자인 없이도 여러 종류의 마이크로RNA를 특이적으로 검출해냈다. 연구팀은 제조 과정에서의 경제적인 장점으로 인해 qPCR 기기에 상용화된 플라스틱 칩 안에 여러 개의 하이드로젤 기둥을

[Technical News]근적외선에서 가시광선으로 고효율 변환시키는 나노안테나 개발

한국연구재단(이사장 조무제)은 루크 리 교수(Luke P. Lee, UC 버클리대)와 김민곤 교수(광주과학기술원) 공동연구팀이 업컨버팅 나노입자의 발광효율을 크게 향상시킬 수 있는 초승달 모양의 나노 안테나 구조체를 개발했다고 밝혔다. 업컨버팅 나노입자는 강한 발광 세기, 우수한 광안정성과 조직 침투성, 생체 적합성 등의 특성이 있어 유기염료나 양자점과 같은 형광체 대체 물질로 주목받고 있으며 바이오이미징, 바이오센싱, 태양전지 등 다양한 연구 분야에서 응용 가능성이 높다. 그러나 두 개의 광자를 흡수한 에너지가 하나의 큰 광자로 바뀌기 때문에 업컨버팅 나노입자의 발광 효율이 매우 낮다는 문제점을 갖고 있다. 이에 광 결정 구조를 조절하거나 플라즈몬 나노입자를 이용하는 등 발광 효율을 높이기 위한 연구가 활발하게 진행됐지만, 발광 신호를 공간적으로 제어하는 데 어려움이 있었다. 연구팀은 업컨버팅 나노입자 위에 초승달 모양으로 수 나노미터(nm=10억분의 1m) 두께

[Technical News]파동에너지 기반 미세유체소자 기술 개발

국내 연구진이 머리카락 두께의 미세 환경에서 유체를 혼합하고 분리하는 고효율 기술을 개발했다. 한국연구재단(이사장 조무제)은 “임채승 교수·남정훈 박사(고려대학교) 연구팀이 표면탄성파를 기반으로 미세입자와 유체를 3차원으로 제어하는 미세유체소자 기술을 개발했다”고 밝혔다. 차세대 바이오기술 핵심으로서 각광받고 있는 미세유체소자 기술은 시료의 빠른 혼합·희석, 특정 입자의 선택적 분리·농축 등 다양한 시료전처리에 활용되며, 바이오칩 기반 체외진단의 정확성과 민감도에 매우 중요한 역할을 한다. 특히 파동에너지를 기반으로 미세유체를 제어하는 기술이 최근 주목받고 있는데, 이는 전기나 빛에너지를 이용하는 기존 기술에 비해 전력소모가 낮고 비침습적이며, 다른 분석·제어 시스템과의 통합이 용이하다는 장점이 있다. 연구팀은 표면탄성파가 미세유체소자의 위, 아래 양쪽에서 발생하면서 이종의 유체와 미세입자를 가로·세로·높이 방향까지 3차원으로 제어할 수 있는 소자를 설계했다. 이

[Technical News]전통한지를 이용한 슈퍼커패시터 소자 개발

한국연구재단(이사장 조무제)은 조진한 교수 연구팀(고려대)과 이승우 교수(미국 조지아텍) 연구팀이 주변에서 쉽게 구할 수 있는 전통한지를 이용해 순간적으로 높은 출력을 낼 수 있는 최고 성능의 슈퍼커패시터 소자를 개발했다고 밝혔다. 슈퍼커패시터(supercapacitor)는 기존 커패시터(축전기)에서 축전용량을 향상시킨 에너지 저장 소자로, 일반 이차전지보다 에너지 밀도(충전량)는 적지만 순간적으로 고출력(리튬전지의 5배)을 낼 수 있다. 종이나 천(cotton)과 같은 직물 소재는 표면적이 매우 넓으며, 가볍고 유연해 가공하기 쉽다. 이를 전기·전자 소자에 적용할 경우 넓은 전극 표면적을 요구하는 플렉시블, 혹은 웨어러블 소자를 만들 수 있다. 직물 소재는 절연성이 강해 기존 연구에서는 탄소나노튜브 등 탄소를 기반으로 한 전도성 물질을 도입하는 방법을 시도했으나, 전기 전도도가 금속보다 상대적으로 낮고 에너지밀도가 낮아서 에너지 저장소자의 파워 및 에너지 밀도를 높이

[Technical News]‘센티미터’부터 ‘나노미터’까지…빛과 전자로 동시에 보는 현미경 나왔다

#‘구글 어스’는 1만km 이상의 지구 형상에서부터 10m 미만의 우리 집까지 수백, 수천만 배의 축척을 변화시키며 목표지점의 정보를 손쉽게 얻게 해준다. 보이지 않는 미시세계에서도 cm(센티미터)부터 nm(나노미터)까지 자유자재로 해상도를 변화시키는 현미경이 있다면 ‘구글 어스’처럼 다양한 이미지 정보를 한 번에 얻을 수 있다. KRISS 첨단측정장비연구소 조복래 책임연구원이 신개념 측정검사장비 전문기업인 ㈜모듈싸이를 창업했다. 모듈싸이의 주요 사업 분야는 멀티 해상도 이미징을 위한 광전자 융합현미경의 개발과 제조다. 현미경은 크게 가시광선을 사용하는 광학현미경과 전자 빔을 사용하는 전자현미경으로 구분된다. 광학현미경은 컬러 이미지 및 3차원 정보를 볼 수 있지만 마이크로미터(μm) 미만의 해상도를 제공하지 않는다. 또한 전자현미경은 나노미터(nm)급의 고해상도 정보를 통해 원소단위의 정보를 알 수 있지만, 이미지가 흑백이라는 단점이 있다. 기존에는 이미지 정보를 다양

[Technical News]2차원 자성반도체 페록시하이트 물성 규명

한국연구재단(이사장 조무제)은 홍지상 교수(부경대학교) 연구팀이 2차원 물질 자성반도체인 페록시하이트(δ-FeOOH)의 결정 구조와 에너지 밴드 구조를 규명했다고 밝혔다. 최근 실리콘 트랜지스터 반도체가 가진 물리적·재료적 한계로 속도와 집적도 등 성능 향상이 어려워지면서 스핀트로닉스 소자와 같은 차세대 반도체소자 개발을 위한 연구가 활발해지고 있다. 스핀트로닉스 소자는 전자가 가진 전하의 성질과 양자역학적 물리량인 스핀을 이용한 차세대 반도체 소자로서 전기가 흐르냐 흐르지 않느냐를 따져 0과 1을 구분하는 기존 반도체와 달리 전류가 흐를 때 전자의 스핀상태까지도 이용하는 소자다. 고성능·저전력의 스핀트로닉스 소자 개발을 위해서는 상온에서 강자성 현상을 보이는 물질이 필요한데, 최근 1.2 나노미터(nm) 두께의 페록시하이트라는 2차원 물질이 상온에서 강자성 현상과 2.2 전자볼트(eV) 정도의 광학적 밴드갭을 가진다는 실험 결과가 보고돼 학계의 관심을 끌었다. 하지

[Technical News]사막에서도 광합성 가능한 ‘인공 잎’개발

용기중 교수(포항공과대학교)·이승협 연구원(한국세라믹기술원) 연구팀이 잎의 광합성 기술을 모방해 극한 환경에서도 물을 분해하고 수소를 효율적으로 생산하는 스마트 인공광합성 기술을 개발했다고 과학기술정보통신부(장관 유영민)·한국연구재단(이사장 조무제)은 밝혔다. 식물의 광합성 원리를 이용한 인공광합성 연구는 물을 분해해 수소를 생산하거나 이산화탄소로부터 연료를 얻는 친환경 재생에너지 생산기술로, 청색기술(Blue Technology) 과학자를 중심으로 활발하게 진행돼 왔다. 하지만 지금까지 개발된 인공잎 시스템은 상용화 가능 기준인 태양에너지 변환효율의 10%에도 미치지 못하는 경우가 많았다. 사막과 같이 수분이 부족한 환경에서는 시스템이 제 기능을 발휘하지 못해, 더욱 경제적인 공정 개발과 함께 다양한 자연환경에서도 작동 가능한 효율적인 시스템 개발이 요구돼 왔다. 연구팀은 산소를 생산하는 촉매와 수소를 생산하는 촉매가 단일 표면에 증착된 형태로 소량의 물이 인공

[Technical News]스마트 온실, 삼중발전 시스템으로 효율성 높인다

가스엔진으로 온실 냉난방을 하고, 엔진에서 배출되는 탄산가스는 식물에 비료로 준다. 한국기계연구원이 세계 최초로 만든 ‘스마트 에너지 온실’의 풍경이다. 오염물질 배출은 90% 이상 줄이고 작물은 20% 이상 쑥쑥 자란다. 우리나라의 1인당 시설원예 면적은 세계 1위로 총 면적이 서울시 크기에 달한다. 이 가운데 난방비는 온실 운영비의 30% 이상을 차지하기 때문에 농가의 소득을 크게 높일 수 있는 기술로 기대를 모으고 있다. 과학기술정보통신부(장관 유영민) 산하 한국기계연구원(원장 박천홍)이 세계 최초로 ‘Tri-Gen(삼중발전)’ 시스템을 적용한 스마트 온실 에너지 통합 시스템을 개발했다. ‘Tri-Gen’은 가스히트펌프를 난방, 탄산시비, 냉방(혹은 발전) 3개 용도에 활용한다는 의미다. 기계연 환경기계연구본부 청정연료발전연구실 이상민 실장 연구팀은 세계 최초로 삼중발전이 가능한 시설원예용 가스히트펌프(GHP) 시스템을 개발하고 국내 농가에 실증하는 데 성공했

기술이슈 #KRISS  #광분해 측정기  #컨버터  

[Technical News]이산화질소 농도 정확히 측정해 초미세먼지 감소시킨다

국내 연구진이 초미세먼지와 오존을 생성하는 이산화질소(NO2)를 정확히 측정할 수 있는 광분해 측정기의 국산화에 성공했다. 한국표준과학연구원(KRISS) 대기환경표준센터 연구진은 광분해 방식 컨버터를 활용해 이산화질소의 농도만 정확히 측정할 수 있는 ‘광분해 측정기’를 개발했다. 또한 기존에 사용 중인 측정방법과의 비교측정을 통해 대기 중 이산화질소가 연평균 약 20.4% 초과 측정되고 있다는 사실을 규명했다. 이산화질소(NO2)는 대기환경보전법에서 정한 대기오염물질 중 하나이며 대기환경기준을 설정하여 관리한다. 현재 대기 중 이산화질소는 일산화질소(NO)로 변환한 후 화학발광법을 통해 측정되고 있으며, 변환 과정에서 몰리브데넘을 촉매로 하는 컨버터를 사용한다. 하지만 촉매를 사용하는 지금의 컨버터는 이산화질소뿐만 아니라 다른 질소산화물까지 일산화질소로 변환시켜 결국 이산화질소가 과다 측정된다는 문제가 있다. 과다 측정 문제는 지속적으로 제기됐으나 과다 측정량에

트랜드 #리튬이온전지  #전극  #거미줄  

[Technical News]거미줄 모방 리튬이온전지 전극 소재 개발…다양한 기능성 소재에 적용 가능

최근 기후변화대응에 대한 관심이 커지고 모바일전자기기, 전기자동차, 에너지저장시스템(ESS) 시장이 발전해 기존 리튬이온전지의 성능을 극복하면서 고용량 에너지저장소재의 필요성이 대두되고 있다. 현재 상용화된 음극 소재인 흑연은 이론용량이 약 370mA h/g으로 제한돼 이를 대체하기 위해 고용량 실리콘, 전이금속산화물 등 다양한 소재가 개발되고 있지만, 대부분의 고용량 소재가 그렇듯 느린 충·방전 속도와 부피 팽창으로 인한 장기안정성 저하가 한계로 지적돼 왔다. 이에 한국연구재단은 성균관대 박호석 교수 연구팀이 거미줄의 구조와 기능을 모방해 리튬이온전지의 핵심 소재인 고성능 전극 활물질을 개발했다고 밝혔다. 거미줄을 모방한 청색기술을 통해 고용량 전지 소재의 한계로 꼽히는 느린 충·방전 속도 및 기능저하 문제점을 해결할 수 있을 전망이다. 박호석 교수 연구팀은 거미줄로 벌레를 포획하는 것과 같이 고용량의 철 산화물 나노입자를 3차원 탄소나노튜브 웹 네트워크에 고정시

[Technical News]스마트 온실, 삼중발전 시스템으로 효율성 높인다

가스엔진으로 온실 냉난방을 하고, 엔진에서 배출되는 탄산가스는 식물에 비료로 준다. 한국기계연구원이 세계 최초로 만든 ‘스마트 에너지 온실’의 풍경이다. 오염물질 배출은 90% 이상 줄이고 작물은 20% 이상 쑥쑥 자란다. 과학기술정보통신부(장관 유영민) 산하 한국기계연구원(원장 박천홍)이 세계 최초로 ‘Tri-Gen(삼중발전)’ 시스템을 적용한 스마트 온실 에너지 통합 시스템을 개발했다. ‘Tri-Gen’은 가스히트펌프를 난방, 탄산시비, 냉방(혹은 발전) 3개 용도에 활용한다는 의미다. 기계연 환경기계연구본부 청정연료발전연구실 이상민 실장 연구팀은 세계 최초로 삼중발전이 가능한 시설원예용 가스히트펌프(GHP) 시스템을 개발하고 국내 농가에 실증하는 데 성공했다.지금까지 국내 시설원예 농가는 난방기, 냉방기, 탄산시비 장치, 제습기 등 온실이 필요로 하는 에너지 장치를 개별적으로 설치하고, 농장주의 경험에 따라 독립적으로 제어해왔다. 사정이 이렇다 보니 에너지 효

[Technical News]세포 속에서 빛이 나오는 산화철 광열제 개발

한국연구재단(이사장 조무제)은 김영근 교수(고려대) 연구팀이 세포속에서도 형광이 나와, 광열치료의 치료위치를 실시간으로 볼 수 있는 산화철 광열제 기술을 개발했다고 밝혔다. 그동안 광열치료에서는 금(Au) 나노입자를 주로 연구해왔다. 금 나노입자는 가시광 및 근적외선 빛 흡수에 의해 열이 쉽게 나기 때문이다. 그러나 낮은 조도에서 효과가 낮고, 금 나노입자 표면을 화학적으로 변형시키는데 사용되는 결합은 온도가 높아질수록 안정성이 떨어졌다. 따라서 최근에는 산화철 나노입자가 광열제로서 부각되고 있다. 연구팀은 근적외선 파장의 레이저를 쬐어 산화철 나노입자의 광열효과를 유도했다. 이로 발생하는 열이 나노입자 주변에 있는 고분자의 탄소사슬 구조를 변형해 파이(π)-공액 구조를 가지는 새로운 공액고분자 구조를 형성시킴으로써 강한 형광이 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 나노입자를 세포에 흡수시켜 광열효과를 유도하는 경우도 형광이 나타났다. 세포내에 유기물질이 고분자의 역할

[Technical News]종이 기반 3차원 마이크로유체칩 개발 성공

한국연구재단은 “현진호 교수 연구팀(서울대)이 얇고 투명한 종이 기반의 3차원 채널 마이크로유체칩을 제작하는 데 성공했다”고 밝혔다. 마이크로유체시스템은 마이크로미터(μm) 규모에서 유체의 흐름과 열전달, 물질전달을 제어하는 장치·기술로써, 임신 진단, 단백뇨 검사, 말라리아 검사, 자가진단 키트 등의 의료산업뿐 아니라 독성가스 검출, 중금속 이온 검출 등 환경 분야에까지 널리 사용되고 있다. 4차 산업혁명의 주요 기술로 손꼽히는 3D 프린팅을 활용해 마이크로 유체시스템을 제작하려는 시도가 있었으나, 현재까지는 소재나 제조방법에 있어서 한계가 있었다. 기존에는 3D 프린팅 활용 시에 실리콘이나 아크릴계 수지를 소재로 하고 있어서 응용범위가 제한적이다. 또한 펄프섬유를 이용한 종이기반 마이크로유체시스템 연구도 활발히 진행되고 있으나, 대부분 각 층별로 구조체를 제조하고 여러 층을 적층해서 조립하는 기존의 방식을 이용하는 데 머물러 있다. 이 연구에서는 하이드로겔

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