다아라 매거진 _ 2017.05

기술뉴스

[Technical News]리튬이온 전지 성능, 균일한 구멍(공극)이 결정한다

한국연구재단(이사장 조무제)은 “3차원 다공성구조 설계를 이용해 리튬이온 전지의 양극(+극)으로 손쉽게 오갈 수 있게 만들어 리튬이온 전지 사용시간을 향상시키거나 전기 저장 용량을 크게 늘릴 수 있는 가능성을 열었다”고 밝혔다. 김동철 교수(서강대) 연구팀은 전지의 양극(+극)을 구성하는 금속재료를 작은 구멍(공극)을 갖는 다공성 구조로 설계할 때 이들 구멍(공극)의 분포가 리튬이온 전지의 성능에 큰 영향을 미칠 수 있다는 사실을 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 밝혔다. 연구 결과, 다공성 구조로 양극재를 설계할 때 리튬이온 전지의 성능인 비용량이 크게 향상될 수 있었다. 또한 고출력 사용 조건에서의 비용량 손실은 다공성 구조의 양극재의 경우 기존의 단순 구형의 양극재를 사용했을 경우 대비 최대 98%까지 줄어들 수 있는 것으로 나타났다. 이와 함께 다공성 구조 설계에 있어 공극이 균일하게 분포하지 않으면 오히려 전지 성능 향상에 악영향을 끼칠 수 있음을 밝혔다. 공극이

[Technical News]인간처럼 학습하고 판단하는‘뇌’를 닮은 전자회로 개발

사람의 인지능력을 모방한 인공두뇌시스템이 개발됐다. 한국연구재단(이사장 조무제)은 “인간의 뇌를 모방해 학습하고 판단하는 인지능력을 가진 인공두뇌시스템을 개발했다”고 밝혔다. 최성진 교수(국민대), 김성호 교수(세종대) 공동 연구팀은 탄소나노튜브를 기반으로 뇌의 신경세포처럼 작동하는 신경세포모방소자를 개발했다. 기존의 컴퓨터가 정보를 0과 1의 디지털 방식으로밖에 인식할 수 없었던 것과 달리 신경세포모방소자는 신경세포의 전기적 특성을 모사해 사람의 뇌처럼 아날로그 방식으로 정보를 처리하고 학습할 수 있도록 개발됐다. 연구팀은 개발된 신경세포모방소자에 인간 두뇌에서 시각 정보 처리를 담당하는 신경망의 학습 알고리즘을 적용해, 사람의 실제 필기체를 어떻게 인식하는지 시뮬레이션을 통해 살펴봤다. 그 결과, 완성된 인공두뇌시스템은 수만 번의 반복 학습을 통해 사람의 다양하고 서로 다른 필기체 이미지를 기억하고 구별할 수 있었다. 이는 기존의 컴퓨터가 소프트웨어로 이미지를

[Technical News]스스로 선택·학습하는 초저전력 인공지능 시냅스 소자 최초 개발

한국연구재단(이사장 조무제)은 “인간의 ‘뇌’처럼 스스로 선택해 학습할 수 있는 인공지능(AI) 시냅스 소자를 최초로 개발했다”고 밝혔다. 현재 사용되는 인공지능 하드웨어는 부피가 크고, 에너지 소모가 많다. 박배호 교수(건국대) 연구팀은 강유전체, 분극, 전환과 금속 이온 이동을 이용해 인공지능을 인간의 뇌와 비슷한 크기로 만들 수 있고, 에너지 소모가 아주 적은 시냅스 소자를 개발했다. 이 소자의 두께는 기존에 비해 1/2~1/20의 크기로 매우 얇다. 에너지 소비량도 매우 적다. 또한 고집적 소자이다. 나노미터 두께의 작은 크기 소자이어서 동일한 면적에 들어가는 소자를 고밀도로 쌓을 수 있다. 기능도 인간의 뇌를 닮았다. 단순 학습·기억에 머물렀던 기존의 연구와 달리 스스로 선택적으로 학습·기억을 할 수 있다. 이 성과는 강유전체 분극과 금속 이온 이동 기반의 소자를 개별적으로 연구한 기존 연구과 달리 양자를 동시에 결합해 연구를 진행했다. 그 결과, 원활

[Technical News]은 소재 반도체 스위치 소자, 누설전류 잡았다

차세대 반도체 메모리가 해결해야 할 과제인 누설전류. 사용하지 않아도 자체 소모되는 전류를 줄일 수는 없을까? 한국연구재단은 “은(Ag)을 소재로 나노미터 크기의 반도체 스위치 소자 개발에 성공해 전력소모를 획기적으로 줄일 수 있는 가능성이 제시됐다”고 밝혔다. 이장식 교수(포항공대) 연구팀은 전기화학증착법을 이용해 산화아연(ZnO) 물질에 적정량의 은(Ag)을 첨가함으로써 전류의 흐름을 끊거나 흐르게 할 수 있는 저항값이 10억 배가 높아진 반도체 스위치 소자를 개발했다. 전기화학증착법은 전극간의 전위차를 유도해 금속 또는 산화물을 박막형태로 전도성 기판에 형성하는 용액공정의 일종이다. 현재 메모리 소자는 많은 양의 정보를 저장할 수 있는 집적도를 높이는데 한계가 있다. 차세대 저항변화메모리는 전원이 꺼지더라도 저장된 정보가 그대로 유지된다. 하지만 전력 소모가 많고, 저장된 정보를 읽을 때 오류가 나타나기도 한다. ‘은’은 다른 소재에 비해 결정구조를 가진

기술이슈

[Technical News] 효율 21%·광안성 1천 시간↑ 광전극 태양전지 개발

인류가 사용할 수 있는 무한한 청정에너지 중 하나인 태양에너지는 태양전지를 통해 유용한 에너지원으로 변환할 수 있다. 그러나 현재 약 90% 이상 사용되고 있는 결정질 실리콘 태양전지는 효율은 높지만 고도의 기술과 다량의 에너지가 필요해 가격이 고가라는 문제점이 있다. 낮은 가격으로 제작 가능한 유기 및 염료감응 태양전지와 같은 기존 차세대 태양전지 역시 다수의 연구가 진행됐지만 낮은 효율을 보여 대규모 상용화에 어려움이 따랐다. 그러나 최근, 미래창조과학부(장관 최양희)는 세계 최고의 안정성을 가진 무-유기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지를 제조할 수 있는 핵심 소재 및 제조 기술이 개발됐다고 밝혔다. 2012년부터 본격적으로 연구되기 시작한 무-유기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지는 저가의 화학 소재를 저온에서 용액 공정을 통해 손쉽게 제조가 가능할뿐만 아니라 22% 이상의 높은 광전변환 효율을 보여 기존 실리콘 단결정계 태양전지 수준의 높은 효율이 가능한 차세대

[Technical News]다이아몬드 구조의 광결정 제조법 최초 개발

빛의 방향을 제어하기 위해서는 전자를 제어하는 실리콘 반도체 소재와 같은 광결정 소재가 필요하다. 하지만 일정 수준 이상의 광밴드갭을 가지며, 실용화할 수 있는 광결정 소재는 아직 보고되지 않은 상태이다. 한국연구재단(이사장 조무제)은 이기라 교수(성균관대) 연구팀이 “손실 없이 빛의 흐름을 마음대로 제어할 수 있는 다이아몬드 구조의 광결정을 나노입자들이 스스로 모여 만들어지도록 하는 방법을 최초로 개발했다”고 밝혔다. 연구팀은 서로 짝을 이루는 유전자 정보를 갖는 DNA를 구형 나노입자와 4면체 모양의 나노입자에 각각 붙이고, DNA가 짝을 이뤄 결합하게 했다. 그 결과, 다이아몬드(Diamond) 구조와 파이로클로로 구조가 서로 침투한 구조인 라베스(Laves) 구조를 만들어졌다. 연구팀은 이 구조에서 파이로클로로 구조를 없애면 다이아몬드 구조가 얻어질 수 있다고 설명했다. 특히 연구팀이 개발한 다이아몬드형 광결정 구조는 1990년 다이아몬드 구조가 우수한 광결정

[Technical News]높은 온도에도 빛이 줄지 않는 LED형광체 최초 개발

미래창조과학부(장관 최양희)는 “백색 LED가 작동할 때 발생하는 열에 의해 빛의 세기가 감소하지 않는 신개념 형광체를 개발했다”고 밝혔다. 형광체는 LED의 빛을 받아 색을 변환하는 물질로 백색 LED 구현을 위해 가장 중요한 핵심소재이다. 하지만 대부분의 형광체는 온도가 높아지면 빛의 세기가 감소해 효율이 저하된다. 연구팀은 온도가 증가할 때 능동적으로 상변화를 수행해 고온에도 빛이 줄지 않아 효율 저하가 없는 ‘스마트 자가치유 형광체’를 개발했다. 연구팀은 형광체의 열적 소광 현상에 대해서 고민하던 중 사람의 세포가 스스로 상처를 치유하는 점에서 아이디어를 착안해 상처(열적 소광)를 치료할 수 있는 치유센터(빛으로 전환될 수 있는 광자 또는 전자)가 형광체 내부에 있다면, 형광체의 열적 안정성을 개선할 수 있다고 가정하고 여러 재료들을 탐색했다. 연구팀이 개발한 스마트 자가치유 형광체는 인산염(phosphate) 기반의 나시콘(NASICON) 구조를 가지고

기술이슈 #구리  #폐자원  #수소  

[Technical News]구리 촉매 기술로 폐자원의 에너지화 성공

구리를 이용한 촉매기술로 폐자원에서 수소를 생산해내는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 한국연구재단은 정대운 교수(창원대) 연구팀이 종이, 비닐, 플라스틱 등 버려지는 자원에서 수소를 생산할 수 있는 친환경 구리 촉매 제조 기술을 개발했다고 밝혔다. 연구팀은 고품질화연료전환 공정에 높은 전환 효율을 보이는 구리와 세륨, 알루미늄이 주성분인 촉매에 주목했다. 구리는 활성은 높으나 고온에서 스스로 뭉치는 특성이 있어 빠르게 비활성화 되는 문제점을 가지고 있다. 연구팀은 구리-알루미늄 제조 후에 세륨이 구리 표면을 덮도록 설계함으로써 스스로 뭉치는 구리의 특성을 억제시켜 단점을 보완했다. 그 결과, 기존 촉매보다 활성과 처리용량이 높아 효율적이다. 촉매 활성을 나타내기 위한 과정의 전처리 조건이 단순하다. 발암물질인 크롬을 사용하지 않아 친환경적이다. 정대운 교수는 “이 연구성과는 버려지는 폐자원으로부터 청정에너지인 수소를 경제적으로 생산하는데 필요한 친환경 구리 촉매 제조

기술이슈 #한국연구재단  #점토  #방사성  

[Technical News]친환경 점토로 방사성 물질 흡착 가능해졌다

기존의 화학성분 제품이 아닌 친환경 점토를 이용해 방사성 물질을 흡착해 제거할 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 한국연구재단(이사장 조무제)은 허윤석 교수(인하대)·노창현 박사(한국원자력연구원) 연구팀이 원전 사고나 핵실험 때 방출되는 방사성 세슘을 제거할 수 있는 흡착제를 대량생산 할 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다. 방사성 세슘은 인체에 흡수되면 장기와 근육에 쉽게 축적돼 불임증, 전신마비, 골수암 등의 각종 질병을 유발한다. 최근 후쿠시마 원전사고로 방사성 세슘 흡착제 개발이 주목받고 있다. 연구팀은 점토와 알지네이트로 구성된 껍질 안에 세슘을 선택해 흡착하는 프러시안 블루 나노입자가 들어간 캡슐형 흡착제를 개발했다. 점토에 프러시안 블루와 알지네이트가 섞인 용액을 상온에서 떨어뜨리는 것만으로 제작할 수 있다. 연구팀이 2015년 개발한 그래핀 기반의 흡착제와 비교하면 제작공정이 보다 간단하면서 대량생산이 더욱 수월하다. 약 2밀리미터(mm)

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