다아라 매거진 _ 2018.10

기술뉴스

[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.

[Technical News]에너지 수확기, 스스로 발전하고 빛에 반응하는 수준까지 이르러

나노발전기는 아주 작은 크기의 물질을 이용해 인체의 움직임과 같이 주변에서 흔히 발생하는 기계적 에너지로부터 전기 에너지를 수확한다. 발전기가 작고 가벼우며 구동회로가 단순화·집적화될 수 있어, 착용형·휴대용·신체이식형 기기에 적용될 미래지향적 기술이다. 이러한 나노발전기에 빛을 검출하는 능력도 더해졌다. 김상재 교수(제주대학교)와 연구팀(유바스리 프루소다만, 나가말레스와라 라오알루리, 아룬구말 찬다르세카르 박사과정생)이 안티모니 요오드화황(SbSI) 화합물 소재를 사용해 다기능 감광성 압전 나노발전기를 개발했다고 한국연구재단은 밝혔다. 연구팀은 압력·진동에 의한 자가발전과 광검출 특성을 동시에 갖는 새로운 강유전성 나노소재를 활용해 나노발전기를 한층 발전시켰다. 소재로 쓰인 SbSI은 3원계 물질로서, 압전, 반도체, 광반응 특성 등 다양한 기능이 있다. 이를 사용하여 처음으로 제작된 압전나노발전기는 2N(뉴턴)의 작은 외력에도 5V(볼트), 150nA(나노암페어

[Technical News]차세대 이차전지의 광합성 반응 모사 가능해져

현재 상용되는 리튬이온전지로는 전기자동차의 주행거리가 200~300 km 내외에 그치며, 한 번 충전으로는 서울에서 부산까지 가기 어렵다. 반면 리튬공기전지는 리튬이온전지보다 에너지밀도가 2~3배 높으며, 전기자동차가 500 km 이상 장거리 운행할 것으로 기대된다. 이에, 광합성 반응을 모사한 리튬공기전지가 개발돼, 차세대 전지 기술의 새로운 연구방향이 기대된다. 류원희 교수(숙명여자대학교)와 류정기 교수(울산과학기술원) 공동연구팀이 인공광합성 촉매를 적용해 리튬공기전지용 촉매 시스템을 개발했다고 한국연구재단은 밝혔다. 리튬공기전지는 구동할 때의 생성물로 인해 전지의 수명이 저하되는 한계가 있다. 리튬공기전지의 성능을 향상시키기 위해서 고효율 촉매가 도입돼야 하며, 전기자동차의 대중화를 위해 촉매는 친환경적이고 저렴해야 한다. 연구팀은 자연모사 광합성 기술에서 사용되는 물분해 촉매 물질을 리튬공기전지에 도입했다. 리튬공기전지 내부의 전해액에 폴리옥소메탈레이트(Po

[Technical News]배터리 성능 향상, 실시간 이미징 기술로 현실화

리튬금속은 리튬이온전지의 에너지 용량을 끌어올릴 차세대 음극 물질로 주목된다. 음극 물질 중에서 구동 전압도 가장 낮고, 현재 상용화된 흑연 음극보다 용량이 10배 가량 우수하다. 그러나 충·방전 반응이 일어날 때 전극에 나뭇가지 모양으로 결정이 생겨 전지의 성능이 낮아지는 문제가 있었다. 배터리 내부 관찰을 통해 성능이 향상된 리튬금속전지가 개발됐다. 배터리 실시간 이미징 전문가 이현욱 교수(울산과학기술원) 연구팀이 싱가포르 A 스타 연구소(A Star)와의 공동연구를 통해 리튬금속전지의 수명과 안정성을 향상시켰다고 한국연구재단(이사장 노정혜)은 밝혔다. 연구팀은 리튬금속 표면에 실리콘을 코팅해서 나뭇가지 모양의 결정이 성장되지 않도록 제어했다. 그 결과 전지의 성능도 개선되고, 수명도 더 길어졌다. 특히 배터리가 구동할 때의 반응을 실시간으로 관찰해, 개발된 리튬금속 전극이 어떤 원리로 성능이 개선되는지 시각적으로 입증했다. 일반 리튬금속 음극은 수지상 결정이

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