국내 연구진이 스마트폰이나 TV 화면을 작동시키는 박막트랜지스터 반도체 소자로 쓰이는 산화물 반도체의 결함을 줄일 수 있는 방법을 발견했다. 울산과학기술원(UNIST) 반도체소재·부품대학원 연구팀은 산화물 반도체의 성능을 좌우하는 산소 빈자리 결함의 성질을 결정하는 것은 반도체 물질 전체의 원자들이 얼마나 촘촘하게 있는지가 아니라 결함 주변 금속 원자 사이 거리라는 것을 이론 계산으로 증명했다고 19일 밝혔다. 이번 연구 결과는 미국 화학회에서 발행하는 화학 분야 국제 학술지 ‘재료 화학’에 실렸다. 산화물 반도체(IGZO)는 인듐, 갈륨, 아연, 산소로 이뤄진 물질로 낮은 온도에서 박막으로 만들기 쉽기 때문에 스마트폰, TV 화면을 작동하는 박막트랜지스터 반도체 소자 재료로 널리 사용된다. IGZO를 박막으로 만드는 과정에서 산소가 들어가는 자리가 듬성듬성 비는 결함이 생기는데 이 결함이 전류 흐름과 작동 전압을 바꿔 소자 성능을 불안정하게 만든다. 산소가 빠진 자리에 남은 두 개의 전자가 빈자리 주변에 갇히는지 전체로 퍼지느냐에 따라 소자의 작동 전압과 성능이 달라진다. 연구팀은 원자와 전자 상태를 계산하는 밀도범함수이론, 구성좌표 분석, 원자들의 움직임을 시간에 따라 재현하는 제일원리 분자동역학 시뮬레이션을 했다. 그 결과, 전자가 빈자리 주변에 갇히거나 박막 전체로 퍼지는 상태는 산소 빈자리 주변 원자 배열에 따라 달라진다는 점을 밝혀냈다. 특정 금속 원자 사이가 가까워지면 전자가 빈자리 주변에 갇히고 멀어지면 박막 전체로 퍼진다는 것이다. 이 차이는 산소 빈자리에 남은 전자가 머무는 에너지 위치인 결함 준위가 낮고 깊을수록 전자는 빈자리에 강하게 붙잡혀 빠져나오기 힘들어진다. 이번 연구를 통해 기존에 서로 맞지 않아 보였던 열처리와 압축이 산소 빈자리의 성질에 미치는 영향도 설명할 수 있게 됐다. 열처리는 산화물 반도체의 원자 배열과 전기적 특성을 조절하기 위해 쓰이는 공정이다. 기존에는 열처리하면 박막 내부의 빈 공간이 줄고 전체 원자 밀도가 높아져 산소 빈자리 주변에 갇힌 전자가 박막 전체로 퍼진다고 봤지만 박막을 압축하면 마찬가지로 밀도가 높아져도 전자가 오히려 산소 빈자리 주변에 갇히는 현상이 보고돼 왔다. 이 연구를 이끈 정창욱 교수는 “이번 연구로 산소 빈자리 결함은 산화물 반도체에서 피하기 어려운 결함이지만 결함의 전기적 역할을 공정 조건으로 조절할 수 있음을 입증했다”며 “열처리 조건이나 박막에 걸리는 응력을 설계하면 문턱전압, 전류가 켜지고 꺼지는 특성, 신뢰성을 함께 제어하는 데 활용할 수 있을 것”이라고 설명했다.

뉴인텍이 전기차 전력변환장치용 필름 커패시터 핵심 소재의 국산화 기술 확보를 진행하고 있다고 밝혔다. 현재 뉴인텍은 산업통상자원부 산업기술혁신사업의 일환인 ‘그린카 전력변환장치용 커패시터 박막필름 및 적용검증기술 개발’ 과제를 수행 중이다. 해당 과제는 친환경차 전력변환장치에 적용되는 필름 커패시터용 박막필름과 관련 검증 기술 확보를 목표로 설정하고 있다. 필름 커패시터는 전기차와 하이브리드차의 인버터 및 컨버터 등 전력변환장치에 탑재되는 부품이다. 전압 안정화와 전력 흐름 제어 역할을 수행하며 고전압·고온 환경에서의 작동 안정성이 요구된다. 이에 따라 필름 소재의 품질, 내열성, 절연성 및 금속 증착 기술이 제품의 주요 사양으로 꼽힌다. 특히 초박막 폴리프로필렌 필름은 필름 커패시터의 원천 소재이며, 여기에 금속을 증착한 증착필름은 커패시터 성능을 결정하는 부품 소재다. 전기차 플랫폼의 고전압화 및 전장부품 소형화 추세에 따라 관련 소재의 안정적 확보가 부품 업계의 과제로 대두되고 있다. 뉴인텍은 이번 국책과제를 통해 그동안 해외 의존도가 높았던 자동차용 폴리프로필렌 필름의 국산화 개발을 지원해 왔다. 회사는 전기차 핵심 부품인 필름 커패시터 분야에서 원소재, 필름 성형, 증착필름, 완제품으로 이어지는 밸류체인 경쟁력 확보를 중장기 과제로 삼고 있다. 차세대 원소재 개발 참여도 이어가고 있다. 뉴인텍은 산업통상자원부 소재부품기술개발사업인 ‘모빌리티 전장부품 소형화용 초고순도 폴리프로필렌 소재 개발’ 과제에도 공동연구개발기관으로 참여한다. 해당 과제는 수입 의존도가 높은 레진 원재료의 국산화 기반을 마련하는 데 목적이 있다고 설명했다. 업계에서는 전기차 부품 시장이 고전압화·소형화 중심으로 재편되면서 고내구 필름 커패시터와 초박막 필름 기술의 중요성이 커질 것으로 보고 있다. 관련 소재를 안정적으로 확보할 수 있는 기업일수록 완성차 및 글로벌 전장 공급망에서 경쟁력을 높일 수 있다는 분석이다. 장기수 뉴인텍 대표는 “뉴인텍의 영문명 NUINTEK의 K는 대한민국의 이미지를 나타내기 위해 붙인 의미도 있다”며 “산업통상자원부 국책과제 수행은 중소기업이 단독으로 감당하기 어려운 장기 연구개발과 검증 기반을 마련하는 데 큰 도움이 됐다”고 밝혔다. 이어 장 대표는 “정부의 꾸준한 지원이 있었기에 국내 중소기업도 전기차 핵심 소재 분야에서 기술력을 축적하고 글로벌 기업들과 경쟁할 수 있는 토대를 마련할 수 있었다”며 “친환경차용 DC 필름 커패시터의 원소재부터 완성품까지 국산화 역량을 높여 ’K커패시터’의 경쟁력을 키워가겠다”고 덧붙였다. 한편, 뉴인텍은 최근 실시한 실권주 일반공모 청약에 장기수 대표가 직접 참여했다고 밝혔다. 회사 측은 최대주주의 이번 청약 참여가 회사가 추진 중인 중장기 기술 경쟁력 확보 및 사업 전개에 대한 책임경영을 이행하기 위한 결정이라고 전했다.

한국에너지공과대학교(켄텍) 에너지공학부 이승진 교수 연구팀이 초실감 디스플레이 핵심 소재로 꼽히는 ‘페로브스카이트 발광다이오드’(PeLED)의 성능과 안정성을 동시에 높일 수 있는 박막 제어 기술을 개발했다. 연구팀은 박막이 만들어지는 초기 단계의 시드(seed) 구조체를 정밀하게 조절, 일정한 방향으로 정렬된 3차원 나노결정 페로브스카이트 박막을 구현하는데 성공했다. 페로브스카이트는 매우 선명하고 정확한 색을 구현할 수 있어 차세대 디스플레이의 핵심 소재로 주목받고 있다. 특히 초고해상도 TV를 비롯해 증강현실(AR), 가상현실(VR), 확장현실(XR) 기기처럼 더 넓은 색 표현력과 높은 밝기가 필요한 초실감 디스플레이 분야에서 활용 가능성이 큰 소재로 평가된다. 최근에는 초실감 디스플레이가 국가전략 산업으로 주목받으면서, 관련 핵심 소재 기술의 중요성도 더욱 커지고 있다. 하지만 페로브스카이트는 실제 소자 제작 과정에서 원하는 결정 구조를 균일하게 형성하기가 쉽지 않다는 문제점을 지니고 있었다. 용액 공정 중 결정이 빠르게 성장하면서 결정의 크기와 배열이 불규칙해지고, 의도하지 않은 상(phase)이나 결함 구조가 함께 형성되기 때문이다. 이러한 비균일성은 발광 효율 저하와 수명 단축으로 이어져 소자 성능을 제한하는 핵심 요인으로 꼽혀왔다. 이에 따라 결정 성장 초기 단계를 정밀하게 제어하는 기술은 페로브스카이트 기반 디스플레이를 상용화하는데 핵심 과제로 주목받아 왔다. 연구팀은 이같은 한계를 극복하기 위해 결정이 모두 성장한 이후가 아니라, 나노결정이 처음 형성되는 초기 ‘핵 생성 단계’에 주목했다. 박막 성장의 출발점이 되는 시드 구조체와 전구체의 화학적 환경을 정밀하게 제어함으로써 의도하지 않은 구조의 형성을 억제하고, 상 안정성을 확보할 수 있는 고순도의 3차원 나노결정이 일정한 방향성을 가지고 자라도록 유도한 것이다. 페로브스카이트가 성장하기 시작하는 순간부터 결정의 방향성과 구조를 올바르게 유도함으로써 종전보다 균일하고 안정적인 박막 구현에 성공한 것이다. 연구 결과, 이렇게 제조된 박막은 광발광 양자효율이 크게 향상된 것은 물론 섭씨 100도에서도 구조적·광학적 특성을 유지하는 등 높은 안정성을 보였다. 이러한 박막을 기반으로 제작된 페로브스카이트 발광다이오드는 최대 외부양자효율(EQE) 22.1%를 달성했으며, 1만cd m-2의 고휘도 조건에서도 20% 이상의 EQE를 유지해 고휘도 구간에서 일반적으로 나타나는 효율 저하를 효과적으로 억제하는 성능을 확인했다. 제1저자인 정진주 켄텍 대학원생은 “루이스 산-염기 상호작용을 활용한 표면 리간드 전략을 통해 원치 않는 구조 형성을 억제하고, 더 작고 균일한 3차원 나노결정이 정렬되어 성장하도록 유도함으로써 상 순도가 높은 3D 나노결정 박막을 형성할 수 있었다”고 설명했다. 이승진 켄텍 교수는 “이번 연구는 박막 형성의 출발점인 초기 결정 성장 단계에서부터 시드 구조를 설계, 원하는 결정 특성을 갖는 페로브스카이트 박막을 구현했다는 점에서 큰 의미가 있다”고 밝혔다. 연구팀은 이번 성과가 향후 고효율·고안정성 페로브스카이트 발광소자 개발은 물론, 차세대 디스플레이 및 다양한 페로브스카이트 기반 광전자 소자의 상용화 연구에도 중요한 설계 원리를 제시할 것으로 기대하고 있다. 이 연구는 한양대학교 이태경 교수 연구팀과 공동연구로 수행됐으며, 연구 성과는 국제학술지 Nano Energy(논문명: Control over seed framework enables oriented 3D nanocrystalline perovskite films for light-emitting diodes)에 게재됐다.

문어는 위장, 의사소통, 천적으로부터 방어 등 다양한 목적을 위해 피부 아래 색소 주머니와 근섬유를 이용해 신경 신호에 따라 색을 빠르게 바꾸는 ‘변신의 귀재’로 유명하다. 색소 주머니는 흑, 적, 황색 색소를 담고 있어서 근섬유가 수축하면 주머니가 커져 피부색이 변하고, 반대로 이완하면 주머니가 작아져 색이 사라진다. 최근에는 생체모방 기술을 활용해 문어의 특성을 이용한 다양한 연구가 이뤄지고 있다. 미국 스탠퍼드대 고등 물질 연구소, 재료과학과, 유전학과, 생체공학과, 샌프란시스코 챈 저커버그 바이오허브, 독일 파더보른대 광양자 시스템 연구소, 물리학과 공동 연구팀은 피부 질감과 색상을 모두 바꿀 수 있는 새로운 유형의 합성 피부를 개발했다. 위장, 소프트 로봇 공학, 첨단 디스플레이 기술 등에 활용될 것으로 기대되는 이번 연구 결과는 과학 저널 ‘네이처’ 1월 8일 자에 실렸다. 사물의 외관은 색상과 질감에 따라 달라지고, 다른 느낌을 준다. 지금까지 개발된 인공 피부들은 다양한 색상과 질감을 표현할 수 있지만, 필요에 따라 두 가지 특성이 변하는 표면을 만드는 것은 어려웠다. 이에 연구팀은 문어 같은 동물이 피부 외관을 변화하는 방식에 영감을 받아 질감과 색상을 변경하도록 프로그래밍할 수 있는 박막을 개발했다. 연구팀은 전자빔으로 박막에 패턴을 기록하고 색상 효과를 내는 광학층을 추가했다. 이는 색상과 질감 변화가 20초 미만의 시간에 매우 빠르게 발생하고, 성능 저하 없이 수백 번 반복 전환이 가능하다. 또 인공 피부의 한 면이 액체에 노출되는가 여부에 따라 색상과 질감을 각각 바꿀 수 있다는 장점이 있다. 처음에는 평평하고 평범해 보이지만, 물에 닿으면 팽창하면서 패턴이 변하고 색상이 달라진다. 연구를 이끈 마크 브롱거스마 스탠퍼드대 교수는 “이번에 개발한 박막은 색상과 질감을 동시에 또는 독립적으로 제어할 수 있어, 자연계에서 가장 정교한 위장 시스템을 인공적으로 만드는 데 성공했다”며 “현재는 하나의 패턴과 질감만 표현할 수 있지만 추가 연구를 통해 더 많은 패턴을 표시하고 전자적으로 제어해 더 큰 규모로 만들 것”이라고 설명했다.

전기차와 드론 등에 사용될 차세대 무음극 리튬 금속 전지의 수명과 안정성 문제를 국내 연구진이 해결했다. 한국과학기술원(KAIST)은 4일 생명화학공학과 이진우·임성갑 교수 연구팀이 전극 표면에 두께 15나노미터(㎚)의 초극박 인공 고분자층을 도입해 무음극 금속 전지의 최대 약점인 계면 불안정성 문제를 해결했다고 밝혔다. 무음극 금속 전지는 음극에 흑연이나 리튬 금속 대신 구리 집전체를 사용하는 단순 구조다. 기존 리튬 이온 전지와 비교해 30∼50% 높은 에너지 밀도와 낮은 제조 비용, 공정을 단순화할 수 있다. 다만 초기 충전 과정에서 리튬이 구리 표면에 쌓여 전해질이 빠르게 소모되고 불안정한 보호막(SEI)이 형성돼 수명이 짧았다. 연구팀은 전해질 조성을 바꾸는 대신 전극 표면 자체를 설계하는 전략을 선택했다. 개시제 기반 화학증착(iCVD) 공정을 이용해 구리 집전체 위에 균일한 초박막 고분자층을 형성시켜 전해질과 상호작용을 조절해 리튬 이온 이동과 전해질 분해 경로의 제어가 가능해졌다. 안정적인 무기물 보호막이 형성돼 전해질 소모와 과도한 보호막 성장이 동시에 억제됐다. 연구진은 전해질 조성 변경 없이 전극 표면에 얇은 층을 추가하는 방식으로, 기존 공정과 호환성이 높고 비용 부담도 적다고 설명했다. 연구 결과는 에너지 분야 국제학술지인 ‘줄’(Joule)에 지난달 10일 게재됐다. 이진우 교수는 “새로운 소재 개발을 넘어 전극 표면 설계로 전해질 반응과 계면 안정성을 제어할 수 있는 설계 원리를 제시했다”며 “전기차와 에너지저장장치(ESS) 등 차세대 고에너지 배터리 시장에서 상용화를 앞당길 수 있는 기술”이라고 말했다.

단국대학교는 김민주 교수·최준환 교수, 고려대 신용구 교수가 참여한 공동 연구팀이 10㎚ 이하 초박막 고분자를 기반으로 기억과 연산을 동시에 수행하는 차세대 AI 반도체 ‘멤리스터(memristor)’ 소자 개발에 성공했다고 16일 밝혔다. AI 기술의 고도화와 대용량 데이터 처리 수요가 급증하면서 반도체 분야에서는 이른바 ‘메모리 병목(Memory Wall)’ 문제가 심화되고 있다. 멤리스터는 전류 흐름을 스스로 제어하며 학습 가중치를 조절할 수 있어 ‘스스로 생각하는 메모리’로 차세대 메모리·연산 소자로 주목받는다. 그러나 기존 고분자 기반 멤리스터는 소자 특성 편차로 인한 오작동, 수율 저하 등 내구성과 신뢰성 문제로 상용화에 어려움이 있다. 연구팀은 전류를 정밀하게 제어할 수 있는 고성능 초박막 소재를 개발했다. 연구팀은 액체 용매 없이 기체 상태 물질을 반응시켜 박막을 형성하는 iCVD(initiated Chemical Vapor Deposition) 공정을 적용해, 사이아노(CN) 기능을 갖는 고분자 물질을 10nm 이하 두께(머리카락 굵기의 수천 분의 1 수준)의 초정밀 박막으로 구현했다. 개발된 멤리스터를 고해상도 이미지 기반 최신 AI 모델(CNN)에 적용 결과, 최대 88.39%의 분류 정확도를 기록했다. 연구팀은 전력 효율 향상, 처리 속도 증가, 칩 면적 감소 등 기존 반도체 구조 대비 구조적 우수성도 입증했다. 김민주 단국대 교수는 “엣지 AI, 웨어러블 기기, 자율주행, 로봇 등 저전력·고효율 AI 시스템 구현에 크게 기여할 것”이라고 말했다. 연구 성과는 국제 저명 학술지 ‘Advanced Science’(2024년 영향력지수 IF=15.1)에 2025년 11월 온라인 게재됐다. 논문 제목은 ‘An Ultrathin, Cyano-Functionalized Copolymeric Memristor by iCVD Process for Driving Convolutional Neural Networks of High-Resolution Images’(고해상도 이미지용 합성곱 신경망 구동을 위한 iCVD 기반 초박막 사이아노 기능화 공중합체 멤리스터)다. 이번 연구는 한국연구재단 주관 차세대지능형반도체기술개발사업, 우수신진연구사업, 중견연구사업과 신진연구자인프라지원사업(기초과학연구원), 인간지향적 차세대 도전형 AI 기술개발사업(정보통신기획평가원)의 지원을 받아 수행됐다.

유망 스타트업 발굴과 육성에 나서고 있는 호반그룹은 서울경제진흥원·창업진흥원·솔루엠과 함께 주최한 ‘2025 호반혁신기술공모전’에서 최종 수상 기업 14개사를 선정했다. 이번 공모전은 건설, 제조, 유통 등 다양한 분야의 118개 기업이 참여했다. 특히 올해는 오픈이노베이션 지원과 투자 확대를 위해 수상 규모를 기존 8개사에서 14개사로 늘렸다. 호반그룹은 매년 ‘호반혁신기술공모전’과 ‘데모데이’를 개최해 유망 스타트업을 발굴하고 실증·투자로 이어지는 오픈 이노베이션을 추진한다. 미래를 선도할 혁신 스타트업 발굴 영역을 보다 넓히는 취지에서 올해 신설된 ‘시너지상’을 수상한 기업 6개사를 소개한다. 비전 AI 기술을 활용해 안전 사각지대 없앤 ‘브레인치즈’ 브레인치즈는 AI 기반 보안 솔루션을 제공하는 기술기업으로 온디바이스 기반 비전 AI(Vision AI) 기술을 활용해 실시간 영상관제 시스템을 구축하는 ‘스내치 AI 큐브’(Snatch AI Cube)를 선보였다. 기기 내부 자체에서 독립적으로 AI 연산·분석 처리가 가능한 온디바이스(On-Device) 형태로 조달시장에 등록된 영상관제 솔루션 중 독보적인 제품이다. 제품은 기존에 설치된 CCTV 인프라를 교체할 필요 없이 간단히 스위칭허브 또는 공유기에 연결만 하면 손쉽게 지능형 CCTV로 업그레이드할 수 있는 특징을 갖는다. 기기 자체에서 AI 분석을 수행해 클라우드 중앙서버 송신이 필요 없어 네트워크 부하 없이 실시간 판단 및 대응이 가능하다. 또한 데이터가 외부로 전송되지 않아 보안성과 신뢰성이 높고, 에너지 효율 또한 우수해 공공·산업 현장에 최적화된 솔루션이다. 회사는 제품 상용화 단계에서 압도적인 양의 다양한 객체·상황에 대한 인식률이 90% 이상임을 입증했으며, 이미 40가지 이상 개발된 다양한 종류의 알고리즘을 자랑하고 있다. Snatch AI Cube 모델은 국내 주요 공공기관 및 지자체 대상 실증을 마쳤으며, 혁신제품 등록 등을 통해 공공안전 시장 진출을 본격화하고 있다. 현재 Snatch AI Cube는 대한민국 안전산업박람회, 우수상품전시회, 한국-베트남 디지털 포럼, AIoT 국제전시회 등에서 기술력 및 상품성을 선보이면서 그 적용 범위를 넓히고 있다. 이민재 대표는 “앞으로도 지속적인 기술 개발로 시민의 안전을 지키고 사후 적발이 아닌 사전 예방이 가능하도록 자연적·사회적 재난 대비 대응 능력을 강화하는 데 최선을 다하겠다”고 밝혔다. 스마트 체온계로 정확한 비대면 진료 ‘오티톤 메디컬’ 오티톤 메디컬이 개발한 스마트 체온계는 내시경이 내장된 체온계로 체온 측정과 귀, 코, 목 질병 상태를 내시경 카메라로 실시간 확인할 수 있다. 또한 5만 5000건의 데이터를 보유하고 있으며 닥터 인홈 플랫폼을 통해 질병 예측도 할 수 있다. 호반건설 아파트 거주 입주민들의 건강을 실시간으로 확인하고, 정확한 질병 상태를 의료진에게 제공하는 비대면 진료를 통해 의료진이 정확한 진단을 내릴 수 있다. 또 프리미어 리조트 리솜 리조트를 방문하는 가족들이 물놀이 후 리조트에 돌아와 ENT(귀, 코, 목) 질병을 확인할 수 있고, 질병이 의심될 경우 의료진과 비대면 진료를 통해 바로 진료를 받을 수 있어 프리미어 리조트의 이미지를 더욱 부각한다. 아울러 이번 혁신 기술 공모전에 함께 참여한 솔루엠(SOLUM)과의 협업을 통해 솔루엠 자체 생산 정밀 체온 센서를 스마트 체온계에 접목해 제품의 품질을 향상시킬 계획이다. 양사는 솔루엠이 보유한 해외 인프라를 통해 함께 해외 시장을 개척해 나갈 계획을 수립했다. 오티톤 메디컬은 2022년 창업 3년 만에 미국에서 열리는 CES2025, CES2026에 2년 연속 혁신상을 수상해 기술력을 인정받은 스타트업으로 호반건설, 솔루엠과 협업을 통해 더욱 크게 성장할 수 있을 것으로 기대된다. 건물 외벽공사를 3일 만에 완성하는 외피 시스템 ‘인테그라디앤씨’ 인테그라디앤씨는 건물 외벽 공사를 3일 만에 완성할 수 있는 모듈형 스마트 융복합 외피 시스템 ‘IUES’을 개발한 건축 기술 기업이다. IUES는 건물의 외벽에 OSC(offsite construction) 공법을 도입한 융복합 외피 시스템으로 올 초 새만금 국가재생에너지 종합실증단지 관리동에 360㎡의 외벽을 단 3일 만에 설치해 빠르고 안전한 모듈러 공법임을 입증했다. IUES는 설비 유닛과 비전 유닛으로 나뉜다. 설비 유닛에는 냉난방용 히트펌프와 열교환환기장치를 내장해 실내 공조를 외벽시스템에서 담당하게 함으로써, 내부의 공조공사비를 절감하고 공기를 획기적으로 단축했다. 비전 유닛은 창과 스팬드럴로 구성된다. 창은 중부 1지역 기준을 상회하는 삼중유리이며, 스팬드럴은 벽면형 태양광 BIPV를 외장 마감으로 준불연단열심재를 적용한 메탈시트 복합패널을 실내 마감으로 사용했다. 이를 통해 제로에너지 건물의 경우 재생에너지 비율을 달성하고, 실내 석고보드나 페인트 공사를 생략할 수 있다. 인테그라디앤씨 고배원 대표는 “신축 건물의 제로에너지 의무화에 이어, 공공건물 그린리모델링 의무화, 건물에너지등급제 등이 시행되는 시점에서 IUES는 신축과 그린리모델링 모두에 적용할 수 있는 혁신적인 기술”이라고 밝혔다. 예를 들어 중학교의 외피와 냉난방설비 개선공사를 할 때 4개월 소요되는 공사를 IUES를 적용하면 단 1개월 만에 끝낼 수 있어서 방학기간 안에 공사를 마칠 수 있다. 임시교사 대여 비용 절감 등을 포함해 일반 공사에 비해 최대 20%까지 절감할 수 있다. RISCA라는 인공지능 기반 알고리즘으로 냉난방환기를 제어하는 소프트웨어 기능까지 갖춘 IUES는 주거용, 내진보강용 등으로 그 기능을 확대 개발하고 있다. 국내 유일의 박막 MEMS용 압전 소재 전문기업 ‘퀸테스’ ㈜퀸테스는 20년 이상 강유전·압전 소재 기술 노하우를 축적한 국내 유일의 박막 MEMS(미세 전자기기 시스템)용 압전 소재 전문기업이다. 압전 박막용 코팅용액부터 박막기판, MEMS 파운드리, RoHS(유해물질사용 규제) 대응 무연 압전소재, 그리고 이를 활용한 스마트센서 제품까지 전 공정을 자체 기술로 수행하며, 압전 소재·부품 분야의 기술 경쟁력을 확보하고 있다. 퀸테스의 핵심 기술 중 하나인 고정밀 바이모달 물체 감지 센서 어레이 기반 실시간 재고관리 센서 모듈은 전자가격표시기(ESL)와 연동하여 재고를 자동으로 감지하고 업데이트하는 차세대 스마트 선반 기술이다. 압전 기반 센서로서 빠른 압력 변화와 함께 제품의 존재와 분포를 정밀하게 인식한다. 기존 RFID, 카메라, 로드셀 방식의 한계였던 높은 설치비와 낮은 정밀도, 공간 제약 문제를 해결하며, 저비용으로 신뢰성이 높고 대상의 상태 변화를 정교하게 감지할 수 있는 감지 센서다. 이 기술은 물류·리테일 산업의 자동화 및 실시간 데이터 기반 운영 수요에 대응하며, 실시간 재고 관리뿐 아니라 소비 패턴 분석 및 예측에도 활용할 수 있다. 퀸테스는 이를 기반으로 스마트홈과 IoT 시장 등으로의 확장을 추진하고 있다. 건설 디지털 전환 – 배관·배선 제거 무선화 기술 ㈜키쎈스는 자체 개발한 RF(무선주파수) 통신기술인 딥웨이브(DeepWave)를 바탕으로 건설 분야 무선화를 이끌고 있는 스타트업이다. 딥웨이브는 기존 건설 무선화에 많이 시도된 LoRa 기술보다 더 멀리, 더 정확하게, 그리고 더 안정적으로 데이터를 전달한다. 건설 현장은 보통 준공이 완료되기까지 통신 인프라가 열악하다. 일상 생활에서 편리하게 사용하는 LTE 통신이나 Wifi는 적용이 불가능하다. 이를 보완하기 위해 LoRa 같은 대체 기술을 적용하고 있지만, 제약사항이 많다. 키쎈스의 DeepWave는 기존 통신 방식의 문제를 해결했다. 건축물 공용시설에 있는 설비들을 무선 제어하면, 배관·배선 작업을 제거해 자동제어 공사비용을 기존 유선 대비 15%~25% 줄이고, 공사기간 또한 기존 5~6개월에서 1~2주로 수개월 단축할 수 있다. 아울러 배관 고소작업 제거에 따라 중대재해 사고 예방에도 도움이 된다. 키쎈스는 무선 기술을 다른 분야로 확대 적용하고 있다. 호반그룹 골프장인 H1 Club과 서서울 CC에 있는 야외 설비를 원격 무선 제어하는 시스템 구축을 완료했다. 기존에 골프장 직원들이 골프장에 산재한 시설물을 켜고 끄기 위해 직접 이동하던 일을 스마트폰으로 언제, 어디서나 제어할 수 있도록 디지털 전환했다. 아울러 키쎈스는 무선 기술을 근로자 안전, 무선 콘크리트 양생 수화열 측정, 무선 원격 감리, 스마트 팩토리, 스마트 레저 등 다양한 분야로 확대 적용하기 위해, 호반그룹과 긴밀하게 협업할 예정이다. 도심 속 유휴공간을 숲으로 바꾸는 ‘포네이처스’의 친환경 기술 생물학적 탄소포집 전문기업 ㈜포네이처스(대표 류호림)는 미세조류 기반 탄소포집 기술과 도심형 공기정화 시스템을 결합한 ‘힐림’(HEALIM)을 통해 새로운 형태의 지속가능한 탄소저감 솔루션을 제시하고 있다. 힐림은 미세조류의 광합성으로 CO₂를 흡수하고 산소를 방출하는 생물학적 탄소저감·공기정화 장치로 내장 IoT 센서가 온도·CO₂·pH를 실시간 감지해 최적 시점에 자동 수확을 수행한다. 또한 수집된 환경 데이터는 건물 단위 탄소 저감량을 정량화·시각화할 수 있다. 이를 통해 사용자는 단순한 공기정화 수준을 넘어 데이터 기반 탄소 감축 효과를 직접 확인하고 관리할 수 있다. 최종 수확된 미세조류 바이오매스는 의약품, 건강기능식품, 화장품 등의 고부가가치 소재로 활용된다. 이러한 순환 구조를 통해 힐림은 탄소 포집을 넘어 지속가능 순환 시스템을 완성한다. 힐림은 공공시설, 빌딩 로비, 공장 등 도심 유휴 공간에 설치 가능한 탄소저감 디바이스로, 단독형·모듈형·벽면형 등 다양한 형태로 제공한다. 여러 모듈을 결합하면 스마트시티 구현과 ESG 경영을 지원하는 탄소저감 인프라를 구축할 수 있다. 포네이처스는 호반그룹과의 협업을 통해 건축·주거·스마트시티 분야에 미세조류 기반 탄소저감 기술 ‘HEALIM’을 접목할 계획이다. 류호림 대표는 “호반그룹과 함께 건축물 단위에서 탄소를 직접 포집·활용하는 스마트시티형 친환경 기술 모델을 구축하겠다”고 밝혔다. 포네이처스는 이를 기반으로 ‘탄소저감형 건축물’ 프로젝트를 추진해 글로벌 환경기술 기업으로 성장할 예정이다.

한국공학대학교(이하 한국공대)는 이성남 나노반도체공학과 교수 연구팀(참여연구원 이건우·오재혁)이 질화물계 반도체 발광다이오드(이하 LED)가 적색에서 녹색을 거쳐 청색까지 발광할 수 있는 풀컬러 모노리식 LED 소자 기술을 개발했다고 27일 밝혔다. 한국공대에 따르면 차세대 풀컬러 LED 디스플레이를 구현하기 위해서는 세 가지 웨이퍼에서 각각의 적색, 녹색, 청색 LED를 하나의 디스플레이 패널에 결합해야 하는 복잡하고 어려운 공정으로 인해 상용화에 걸림돌이 돼왔다. 이 교수 연구팀은 이번 연구에서 하나의 InGaN LED의 표면에 2차원 나노 구조를 형성하고, 이 나노 구조로부터 적색, 녹색 및 청색을 동시에 구현할 수 있는 박막 성장법을 개발했다. 또한, 이번 연구에서는 파장별 발광 세기의 차이를 억제하기 위해 동일 전류에서 매우 짧은 전류를 주입하는 펄스 주입 조건을 제어해 파장 제어하는 기술을 개발했다. 일반적인 LED는 연속 주입 전류 조건을 사용해 구동되지만, 해당 연구에서는 동일 전류에서 매우 짧은 펄스와 긴 펄스 주입 조건을 사용해 발광 파장과 세기를 제어하는 기술을 개발했으며, 하나의 LED에서 다양한 파장을 얻는 데에도 성공했다는 설명이다. 이 교수는 “적색에서 청색까지 제어 방법을 동일한 작동 전류에서 펄스 주입의 조건만을 이용해 다양한 파장과 발광 세기를 동시에 제어할 수 있는 기술을 개발함으로써 차세대 LED 디스플레이 및 다기능성 다파장 LED 광원으로 응용될 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다. 해당 연구는 한국연구재단의 중견연구과제 지원을 받아 수행됐으며 광학 및 재료 분야에서 세계적으로 권위 있는 ‘첨단 광학 재료’(Advanced Optical Materials) 2023년 7월 24일자 온라인판에 게재됐다.

국내 연구진이 원자가 빛을 내뿜는 초방사 현상을 이용해 작동하는 양자엔진을 만드는 것에 처음 성공해 주목받고 있다. 서울대, 삼성종합기술원, 성균관대, 포스텍 공동 연구팀이 빛으로 작동하는 양자 엔진을 실제로 구현했다. 이번 연구 결과는 광학 분야 국제학술지 ‘네이처 포토닉스’ 7월 22일자에 실렸다. 초방사(超放射·super-radiance)는 양자역학적으로 질서정연하게 움직이는 밀도 높은 원자들이 집단으로 빛을 강하게 방출하는 현상으로 1954년 미국 물리학자 로버트 디키가 처음으로 예측했다. 일반적인 방사 현상과는 달리 초방사는 각각의 원자에서 방출된 빛들이 보강간섭(합쳐지면서 더 강해지는 현상)을 일으켜 강한 빛을 방출한다. 양자엔진은 양자 중첩상태로 준비된 연료로 동작한다. 고전 열역학 법칙에 따라 작동하는 일반 엔진의 최대 효율(카르노 효율)을 넘어설 수 있다는 것이 이론적으로 밝혀졌다. 이 때문에 최근에는 초방사 현상을 이용해 양자영역에서 동작하는 엔진에 대한 아이디어가 나왔지만 실험적으로 구현된 적은 한 번도 없다. 초방사 양자 엔진은 강하게 방출된 빛의 압력으로 작동한다. 엔진이 정상적으로 동작하기 위해서는 초방사 현상을 켜고 끄는 것이 가능해야 하지만 지금까지는 제어 기술이 없었다. 연구팀은 많은 원자들이 초방사를 일으킬 수 있는 양자 중첩상태로 만든 다음 양자 위상(위치나 형태)을 제어하면 초방사 현상을 빠르게 켜고 끌 수 있다는 점에 착안했다. 이를 위해 연구팀은 10㎚(나노미터) 두께의 실리콘 박막에 가로 280㎚, 세로 190㎚의 나노구멍 1000개를 체스판 패턴으로 만들었다. 이 나노구멍 격자에 초속 800m로 바륨 원자광을 쏘아 초방사를 일으킬 수 있는 양자 중첩 상태로 만들고 두 개의 거울로 구성된 공진기 안에서 빛을 내도록 했다. 거울은 빛의 압력으로 움직이는 엔진의 피스톤 역할을 한다. 연구팀은 레이저를 이용해 원자들의 양자위상을 제어해 원자들이 빛을 강하게 방출하는 초방사 현상을 빠른 속도로 켜고 끌 수 있게 했다. 이 방법으로 빛의 압력에 의해 가열, 팽창, 냉각, 수축에 따라 양자엔진이 작동하는 것을 확인했다. 특히 팽창 과정에서 엔진 온도가 15만도까지 올라가면서 효율이 98%까지 높아지는 것이 관찰됐다. 연구팀은 이번 연구가 실험실에서 수행한 소규모 기초 연구이지만 초방사 양자엔진의 가능성을 실험적으로 보여줌으로써 열역학 법칙을 넘어 고효율로 일하는 고성능 엔진 개발에 도움을 줄 것으로 기대했다. 연구를 이끈 안경원 서울대 물리천문학부 교수는 “이번 연구는 빛으로 작동하는 초방사 양자 엔진을 실험적으로 구현해 낸 첫 번째 사례라는 점”이라며 “초방사 현상 제어 기술을 통해 원자물리, 양자정보처리 분야는 물론 엔진의 효율을 획기적으로 높일 수 있는 길을 제시했다”고 설명했다.

“이곳에서 생산하는 전기차 부품은 우리의 강점인 전기·전력 기술의 산물이자, 탄소중립이라는 인류의 미래에 핵심적인 역할을 할 그룹의 신성장 동력이다.” 9일 경기 군포시 당정동에서 열린 LS EV코리아 공장 준공식에 참석한 구자은 LS그룹 회장은 이렇게 말했다. 지난달 강원 동해항에 있는 LS전선 해저 전력 케이블 포설선 취항식에 이은 두 번째 현장 경영이다. LS 측은 구 회장의 이날 행보에 “그룹의 전기차 사업에 무게를 싣는 것”이라고 의미부여했다. LS EV코리아는 LS전선의 전기차 부품 자회사다. 전기차용 하네스, 배터리팩 등 전기차의 작동 및 제어를 위한 부품들을 공급하고 있다. 폭스바겐, 볼보 등 다수의 글로벌 완성차 회사를 고객으로 두고 있다. 구 회장은 LS그룹의 사촌경영 전통에 따라 지난해 말 총수에 올랐다. 올 들어 공격적으로 사업을 확대하고 있다. 취임한 뒤 ‘양손잡이 경영’ 철학을 강조한 바 있다. 본업과 신사업을 동시에 추진하면서 둘의 시너지를 찾자는 구상이다. 모빌리티 전동화 전환 속 전기차 사업을 LS의 본업인 전기, 전력 사업과 연관시키고 관련 인프라를 찾으려는 움직임은 그의 지론과도 맞아떨어진다. 지난달 전기차 충전사업 진출을 위해 ‘LS E-Link’(엘에스이링크)를 설립하기도 했다. 이런 광폭 행보에 재계에서는 과거 ‘동박’ 사업 매각의 아픔을 소환하기도 한다. 구 회장은 과거 LS엠트론 회장 시절 재무구조 개선을 위한 구조조정 과정에서 동박·박막 사업부를 사모펀드에 팔았다. 현재는 SK의 계열사인 SKC가 인수했다. 동박은 얇은 구리로 된 막으로 배터리의 핵심 소재인 음극재 제작에 쓰인다. 구 회장은 이날 “LS EV코리아는 사업에 특화된 전용 공장에서 차별화된 에너지 솔루션 역량을 발휘해 향후 전기차 시대를 이끄는 첨병 역할을 할 것”이라고 강조했다.

삼성전자는 갤럭시22와 22플러스의 화면 주사율(refresh rate)을 공식적으로 하향 조정했다. 디스플레이에서 주사율은 1초에 얼마나 많은 장면을 화면에 표현하는지 나타내는 수치로, 단위는 ㎐(헤르츠)를 사용한다. 지난 10일 뉴스룸을 통해 밝힌 갤럭시S22와 S22플러스의 화면 주사율은 10㎐~120㎐까지 가변 조절이 가능하다고 나타나 있었다.  하지만 국내외 커뮤니티에서 다결정저온폴리실리콘(LTPS · Low Temperature Poly Silicon) 디스플레이에서 48㎐ 이하의 주사율이 가능한지에 대한 논란이 일자 삼성전자는 만 하루 만에 갤럭시S22와 22플러스의 가변 주사율을 48㎐~120㎐로 수정 업데이트했다.  ‘보다 정확한 정보 제공을 위해’라는 표현을 썼지만 공식 스펙 시트에 공개되었던 내용인 만큼 잘못된 정보로 소비자에게 혼란을 준 점은 분명하다.  주사율이 높을수록 1초에 더 많은 이미지가 보이는 만큼 영상을 좀 더 부드럽고 매끄럽게 감상할 수 있는 반면 전력 소모도 증가한다. 같은 원리로 주사율이 낮을수록 표시 이미지가 적어 전력 소모가 감소한다.  가변 주사율이란 이러한 점을 이용, 사용하는 콘텐츠와 애플리케이션에 따라 화면 주사율을 높이거나 낮춰 전력 소모를 최적화하기 때문에 고급 기종일수록 가변 폭이 크다. 저온폴리실리콘(LTPS)에서도 48㎐ 이하의 주사율 구현은 과연 불가능할까? 다결정저온폴리실리콘(LTPS)을 사용한 액정은 전자의 이동이 빠르다. 단시간에 원하는 전류량을 충분히 보낼 수 있어 촘촘한 회로 구성이 필요한 고해상도 디스플레이 패널에 유리하다.  로스 영 디스플레이서플라이체인컨설팅(DSCC) 최고경영자(CEO)는 “저온폴리실리콘(LTPS)는 48㎐ 이하까지 낮출 수 있기 때문에 복수의 기업은 데모용 모델에서 48㎐ 이하 주사율을 시연했다” 하지만 “상용화된 사례는 한차례도 없었다”라고 밝힌 사실을 미루어 볼 때 지금까지 10㎐~120㎐의 가변 주사율은 저온다결정산화물(LTPO; Low-Temperature Polycrystalline Oxide) 디스플레이에서만 가능하다는 것을 알 수 있다.  이번 시리즈에선 갤럭시S22울트라에만 저온다결정산화물(LTPO) 디스플레이가 탑재됐다. LTPO는 저온다결정실리콘(LTPS)과 옥사이드(Oxide · 산화물) 박막트랜지스터(TFT · Thin Fillm Transister)를 결합해 전력 효율을 높였다. 박막트랜지스터는 디스플레이 기본 단위 레드·그린·블루(RGB) 픽셀을 제어해 빛의 밝기를 조절하는 전기적 스위치 역할을 한다. 유기발광다이오드(OLED · Organic Light Emitting Diodes) 패널의 전력 소모를 15~20%가량 줄일 수 있다  특히 산화물(Oxide)의 경우 정지 픽셀에서 1초에 한 번만 신호를 줘도 되지만 기술 난도가 높고 수율(yieldl · 투입수에 대한 양품 비율)이 높지 못해 주로 최상위 기종에 사용된다.

바이러스로 태양광 발전의 효율을 높이는 기술이 개발돼 주목받고 있다. 성균관대 나노공학과, 부산대 나노에너지공학과, 일본 교토대 고분자화학과 공동연구팀은 화학물질 대신 세균에 기생하는 바이러스인 박테리오파지로 페로브스카이트 태양전지의 광전효율을 높이는데 성공했다고 2일 밝혔다. 이 같은 연구결과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼즈’ 9월 2일자에 실렸다. 차세대 태양전지로 주목받는 페로브스카이트 태양전지는 빛을 전기로 바꾸는 광전효율을 높이기 위해 페로브스카이트 결정을 만들 때 고분자 같은 화학물질을 첨가해야 한다. 페로브스카이트 태양전지에 포함되는 화학물질은 다루기 까다로운 용매를 사용해 공정이 복잡해 생각만큼 광전효율을 높이기 어렵다는 문제가 있다. 이에 연구팀은 유기합성이 필요한 고분자물질을 첨가하는 대신 배양이라는 생물학적 방식을 통해 대량으로 얻을 수 있는 박테리오파지를 첨가물로 사용했다. 페로브스카이트 결정 생성 과정에서 나타나는 결함을 보완하기에 고분자는 너무 길고, 단분자는 너무 짧은데 반해 박테리오파지는 배양을 통해 딱 맞는 크기로 만들 수 있었다. 박테리오파지 표면 아미노산이 페로브스카이트 표면의 납이온과 결합해 페로브스카이트 결정성장을 촉진하고 표면결함을 보정한다는 점을 연구팀은 확인했다. 이를 통해 화학물질을 첨가했을 때와는 달리 페로브스카이트 대형 결정을 유도할 수 있고 안정성이 높은 태양전지 박막을 만들 수 있었다. 실제로 연구팀이 이번에 개발한 박테리오파지 페로브스카이트 태양전지는 22.3%의 광전효율을 보이는 것으로 확인됐다. 기존 화학물질을 이용한 페로브스카이트 태양전지의 20.9%보다 1.4%포인트 효율이 높이는데 성공했다. 전 일 성균관대 교수는 “이번 연구는 페로브스카이트 품질을 좌우하는 입자크기 제어를 화학물질이 아닌 친환경적 바이오물질로 해결해 광전효율도 높이고 환경문제도 개선하게 됐다는데 의미가 크다”라고 설명했다.

DGIST 신물질과학전공 홍정일 교수 연구팀이 차세대 메모리에 적용되는 반강자성체에 기계적인 진동을 가해 자기정렬을 제어하는 기술을 최초 개발했다. 기존의 이진법을 뛰어넘는 멀티레벨(Multi-Level) 컴퓨터 기반 차세대 메모리 소자 등에 적용될 것으로 기대된다. 1990년대부터 자성체를 활용한 스핀트로닉스 전자공학이 본격 도입되면서 더 많은 정보의 저장 및 처리가 가능한 차세대 메모리 및 정보처리 소자가 개발되고 있다. 스핀트로닉스는 자성체의 자기 상태를 전기적으로 제어해 정보를 처리하고 저장하는 기술로, 기존의 실리콘을 이용한 반도체 소자보다 훨씬 빠르고 효율적으로 데이터를 처리할 수 있다. 스핀트로닉스 기술을 활용한 차세대 메모리인 ‘스핀 메모리’를 포함한 다양한 스핀소자는 강자성체와 반강자성체의 결합 구조로 되어 있다. 일반적으로 강자성체의 내부 자기 배열상태는 똑같은 방향으로 배열되어 있어 외부자기장을 이용해 원하는 자기정렬 상태로 만들 수 있기 때문에 제어가 용이하다. 하지만 반강자성체의 내부 자기 배열상태는 서로 반대 방향으로 되어 있어, 외부자기장에 의한 제어가 어렵다. 이 때문에 반강자성체 제어를 위해서는 현재까지 주로 열과 자기장을 이용해 원자들을 원하는 자기정렬 상태로 만드는 교환바이어스 교환바이어스(Exchange Bias) : 2018년부터 양산되고 있는 차세대 스핀 메모리의 핵심 동작 원리로, 스핀 정보의 안정적인 저장에 결정적 역할을 한다. 교환 바이어스 크기가 크면 정보저장 안정성이 좋아지고, 작으면 안정성이 떨어진다. 이에 DGIST 홍정일 교수 연구팀은 열을 가하지 않고 기계적 진동을 이용해 원자 결정 구조의 미세 변형을 가해 원자간 자기 결합(Magnetic Coupling)의 변화를 유도했다. 연구팀은 전압을 가하면 형태가 바뀌는 압전물질(piezo-electric materials)로 구성된 기판 위에 반강자성체로 된 박막을 덧씌웠다. 여기에 교류전압을 통한 기계적 진동을 주면 압전물질의 변형이 일어남과 동시에, 덧씌운 반강자성체 박막에 진동이 전해지면서 내부 자기배열상태를 임의로 변경할 수 있음을 확인했다. 또한 이를 반복적으로 인가(印加)하여 자기 결합 상태를 재설정할 수도 있음을 추가로 알아냈다. 연구팀이 최초 개발한 이번 공정은 기존의 열을 이용한 방법보다 국소부위에 적용이 가능하고, 상온에서도 적용 가능해 에너지 효율면에서 훨씬 유리하다. 또한 반복된 작동으로 인해 자기정렬도가 떨어진 소자의 재설정이 가능해 소자의 기능회복을 통한 내구성을 높일 수 있게 됐다. 무엇보다 자기 정렬의 미세 패턴화가 가능해, 기존의 소자와는 완전히 다른 작동 메커니즘의 스핀 소자를 설계할 수 있다는 점에서 의미가 크다. 홍 교수는 “기존 교환바이어스 설정법의 단점과 한계를 극복한 새로운 설정 방법을 제시해 반강자성체의 스핀트로닉스 활용 가능성을 높였다는 점에서 그 의의가 있다”면서, “향후 지속적으로 반강자성체의 제어 메카니즘을 이해하고 개발하여 스핀 신소재 연구를 발전시키고자 한다”고 밝혔다. □한국연구재단이 지원하는 ‘중견연구자지원사업’으로 수행된 이번 연구는 DGIST 신물질과학전공을 졸업한 김현중 박사가 제1저자로 참여했으며, 재료과학분야의 최고권위지인 Acta Materialia에 지난 15일자 지면판으로 게재됐다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

국내 연구진이 구리가 녹스는 것을 미세하게 조절해 수 백 가지의 천연색을 구현하는데 성공했다. 기초과학연구원(IBS) 나노구조물리연구단, 성균관대 물리학과, 부산대 광메카트로닉스공학과 공동연구팀은 구리 표면 산화층을 1~2㎚(나노미터) 수준으로 조절해 360가지 이상의 천연색을 만드는데 성공했다고 11일 밝혔다. 이번 연구결과는 소재과학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈’ 9일자에 실렸다. 구리는 붉은 빛을 띄는 갈색이었다가 산화, 흔히 말하는 녹이 슬면서 청록색으로 바뀐다. 미국 뉴욕의 자유의 여신상처럼 구리 합금으로 만든 동상들이 청록색으로 띄는 이유기도 하다. 과학기술이 발달한 요즘도 금속 산화는 정복하지 못한 과제 중 하나이며 특히 구리의 산화는 규칙성이 없기 때문에 제어는 사실상 불가능한 것으로 알려져 있었다. 이에 연구팀은 자체 개발한 ‘원자 스퍼터링 에피택시’라는 장치를 이용해 원자 단위로 구리를 쌓아올리는 방식으로 0.2㎚ 두께의 평평한 단결정 구리박막을 만들었다. 이렇게 만든 구리 박막으로 구리 산화 방향을 제어하고 산화층 두께를 원자층 수준으로 조절하는데도 성공했다. 구리와 산화층 사이 경계에서 반사되는 빛이 산화층 두께에 따라 다른 파장을 갖기 때문에 산화층 두께를 달리해 360가지가 넘는 천연색을 구현할 수 있었다. 이 과정에서 연구팀은 레이저를 이용해 표면을 부분적으로 산화시킬수 있는 ‘산화 식각 리소그래피’ 기술도 개발했다. 산화를 식각기술에 처음으로 적용한 것이다. 연구진의 이번 기술을 활용하면 여러 이미지를 금속 표면에 새길 수 있기 때문에 복제 불가능한 암호식각, 반도체 소자 제작 등에도 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있다. 이영희 IBS 단장(성균관대 에너지과학과 교수)은 “이번 연구결과는 그동안 불가능했던 것으로 알려진 구리의 산화를 완벽하게 제어할 수 있게 돼 학문적으로나 산업적으로 중요한 의미를 갖는다”라며 “구리를 산화시켜 투명한 p형 산화물 반도체로 활용하는 것과 산화 식각으로 새로운 반도체 공정을 개발하는 연구를 수행할 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

계명대 의용공학과 김선칠(49) 교수의 논문 ‘미러링 공기가압 방식의 박막 방사선차폐 필름 물질 분산기술 개발’ 이 세계적 과학저널 네이처 자매지인 ‘Scientific Reports’ 에 2021년 1월호에 실렸다. 김선칠 교수의 연구는 기존의 방사선 차폐필름의 차폐성능 재현성을 높이는 공정기술을 개발하여 항공기로 수송되는 정밀기기 우주 방사선 차폐를 위한 포장재 개발을 위한 박막 필름의 대량생산의 길이 열렸다. 이 기술은 친환경 차폐물질을 고르게, 일정하게 분산하기 위한 방법으로 미러링 공기 가압 방식을 개발 적용하여 입자의 크기에 따른 분산 밀도를 제어할 수 있어 원하는 차폐성능을 미리 예측할 수 있고 0.01mm이하의 박막 차폐기능지도 생산 가능하게 하였다. 기본의 방사선 박막 차폐체인 텅스텐 기능지 제작기술은 일본에서 주로 생산하고 있으나, 연구실 시제품 수준을 넘어 국내에서도 대량생산의 길이 열렸으며, 다양한 필름 형태의 차폐제품의 생산이 가능하다. 특히 유연성을 갖춘 페이퍼 형태의 제작이 가능하여 우주 항공 방사선 차폐를 위한 기능지로 에너지대별 차폐가 가능하게 되었다. 무엇보다 본 공정기술은 친환경 소재의 차폐물질을 사용하게 되어 중금속 방사선 차폐물질인 납의 의존도를 낮출 수 있다. 현재 김교수는 한국섬유개발원과 같이 방사선 차폐섬유도 개발하고 있으며, 국내 기업둘과 같이 방사선 차폐시트 해외 수출을 위한 연구지원도 진행하고 있다. 차폐섬유는 항공 승무원의 작업복 제작이 가능한 수준의 유연성을 갖춘 차폐 원사를 제작하여 직접 제직하여 원단으로 공급가능하며, 차폐시트는 원전 작업복으로도 생산하고 있어, 섬유, 시트, 필름 형태의 모든 차폐체 개발이 가능하다고 한다. 특히, 이번 연구로 통해 제작이 가능한 박막 텅스텐 기능지는 재활용이 가능한 포장지 형태로 개발하여 반도체 등의 정밀기기 항공운송을 안전하게 제공할 것으로 기대하고 있다. 향후 생산을 통해 다양한 차폐체의 상품화에도 기여할 것으로 예상된다. 또한 김선칠 교수는 방사선차폐분야의 전문가로 최근 차폐체 관련 다수의 국제학술 논문과 7개의 특허 출원을 진행하고 있으며, 인체 방어복의 경량화에 대한 연구도 진행하고 있다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

카페인에 민감한 사람들을 제외하곤 커피는 하루에 1~2잔 정도는 마실 정도로 국민음료 수준이다. 간혹 커피를 마시다가 종이에 흘리거나 컵에 묻은 커피가 종이에 묻을 경우 커피 알갱이들이 커피 자국 바깥부분으로 모여 바깥 모양의 원형 얼룩이 생기는 ‘커피링’이 형성되는 것을 볼 수 있다. 국내 연구진이 일상생활에서 쉽게 관찰되는 커피링 효과를 이용해 유기 고분자 방향을 제어할 수 있는 기술을 개발해 주목받고 있다. 카이스트 화학과, 기계공학과, 울산과학기술대(UNIST) 자연과학부 공동연구팀은 커피링 효과를 이용해 반도체 고분자 구조의 분자 방향을 조절할 수 있는 기술을 개발했다고 17일 밝혔다. 사물인터넷(IoT)나 웨어러블컴퓨터에 이용되는 유연소자는 유연성이 특징인 유기반도체를 액체상태에서 고체인 박막으로 만들어 패턴을 형성시키는 기술이 중요하다. 문제는 용매가 증발할 때 유기반도체 분자 배열이 달라질 수 있어 원하는 특성을 가진 반도체로 만들기 어려운 상황도 많다. 이에 연구팀은 용매만 통과할 수 있는 소재로 만들어진 마이크로미터 크기의 벽을 만들어 벽 사이 공간에 유기반도체 용액을 채워넣었다. 연구팀은 벽 사이 공간 폭을 5마이크로미터(㎛), 10㎛로 다르게 하고 관찰한 결과 폭에 따라 용매 확산속도가 달라지고 분자배열도 변한다는 것을 관찰했다. 특히 폭이 좁을수록 용매 확산과 흡수가 빨라지며 수직 방향으로 유기고분자가 배열된다는 것을 확인했다. 이 같은 특성을 이용해 연구팀은 유기 트랜지스터를 만든 결과 전하이동성이 크게 나타난 것도 확인했다. 고분자 사이에 전하가 잘 이동할 수 있는 분자체의 실제적 거리가 가까워졌기 때문이다. 윤동기 카이스트 교수는 “이번 기술을 활용하면 유기반도체 고분자 배열을 다양한 방향으로 조절할 수 있기 때문에 유기반도체가 활용되는 디스플레이 소자, 광학소자, 화학센서 등 개발에 도움을 줄 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

DGIST 로봇공학전공 최홍수 교수 연구팀이 체외 환경에서 원하는 위치에 정밀하게 신경세포를 전달해 신경망을 연결하는 신경세포 전달용 마이크로로봇을 개발했다. 이번 연구 성과는 향후 중증 뇌질환인 치매나 뇌전증 등 다양한 신경계 질환 연구에 큰 역할을 할 것으로 기대된다. 인체 조직의 치료를 위해 약물 치료, 수술 등이 가능한 마이크로로봇 기술 연구가 각광받고 있다. 마이크로로봇은 외부 자기장을 통한 무선제어로 세포나 약물을 낭비 없이 정교하게 전달 가능하다. DGIST 최홍수 교수 연구팀은 이러한 마이크로로봇의 장점을 활용해 신경세포 전달 및 신경망 연결이 가능한 플랫폼 개발에 성공했다. 연구팀의 마이크로로봇은 3D 레이저 리소그라피 공정을 통해 300마이크로미터(1마이크로미터는 100만분의 1미터)의 길이로 제작됐고, 로봇몸체에 신경세포를 배양할 수 있도록 5마이크로미터 사이즈 패턴의 홈을 만들었다. 구조체는 자기장 구동 및 생체적합성을 위해 니켈과 산화 티타늄 박막의 금속 증착 공정을 거쳤다. 연구팀은 마이크로로봇의 신경망 연결 능력을 검증하기 위해 신경세포가 내는 전기신호 측정 시스템인 ‘다중 전극 어레이(Microelectrode array, MEA)’ 칩 위에 각각의 해마 신경세포들을 따로 분리시켜 배양했다. 그리고 마이크로로봇 몸체에 해마 신경세포를 배양 후, 칩 위의 해마 신경세포들을 연결하기 위해 마이크로로봇을 이동시켰다. 신경세포를 실은 마이크로로봇은 빠르게 움직여 분리된 신경세포들 사이를 연결했고, 두 신경세포에서 오가는 전기신호를 확인했다. 이를 통해 원하는 패턴으로 신경망의 연결이 가능함을 최초로 확인했으며, 다수의 신경세포를 연결해 생리학적 기능을 분석할 수 있음을 증명했다. DGIST 로봇공학전공 최홍수 교수는 “이번 연구성과는 마이크로로봇이 체외 신경세포를 원하는 방식으로 연결할 수 있어, 다양한 신경계 질환 연구를 위한 기능적인 생체신호 분석이 가능하다. 신경세포의 전기생리학적 분석을 기반으로 하는 다양한 응용 연구에 활용 가능할 것으로 기대한다”면서, “후속 연구를 진행해 마이크로로봇을 다양한 의공학적 용도로 활용할 수 있도록 노력하겠다”고 소감을 밝혔다. 이번 연구는 최홍수 교수팀과 DGIST-ETH 마이크로로봇 연구센터 김진영 선임연구원 및 뇌·인지과학전공 유성운 교수팀이 한국뇌연구원(KBRI) 라종철 교수팀과 융복합공동연구로 진행됐다. 연구 결과는 세계적 학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’ 지난 9월 25일자 온라인 게재됐으며, 과학기술정보통신부와 DGIST의 지원으로 수행됐다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

DGIST 정보통신융합전공 장재은 교수팀이 기존 박막전극에 아주 작은 마이크로 구멍을 특정 형상으로 배치해 전기적 내구성을 높인 박막전극 제조 기술을 개발했다. 또 이를 이용한 박막 트랜지스터를 제작 기술도 함께 개발해, 향후 전기적 내구성이 필수적인 플렉시블 디바이스에 많은 응용이 가능할 것으로 기대된다. 최근 폴더블 스마트폰처럼 휘거나 접는 전자제품이 증가하며 플렉시블 전극 연구가 활발하다. 기존 연구들은 전도성을 확보하면서도 유연성을 향상시키기 위해 전극의 새로운 구조를 설계하거나 응력 응력(Stress): 재료에 압축, 인장, 굽힘, 비틀림 등의 하중(외력)을 가했을 때, 그 크기에 대응하여 재료 내에 생기는 저항력 이 최소인 부분을 이용한 균열 억제에 초점을 맞춰왔으나 제조 공정이 복잡하거나 새로운 생산라인이 필요한 한계가 있어왔다. 또 전극을 제작 하더라도 제한적인 물질로만 제작이 가능하며, 개발한 전극도 전도성이 낮아 상용화에는 문제가 많았다. 이에 장 교수팀은 기존과 다른 관점에서 접근했다. 기존 연구가 전극이 접히거나 구부러지면서 생기는 균열을 억제하려 했다면, 장 교수팀은 균열을 발생시키고, 이를 제어하는 관점에서 전극 연구를 진행했다. 그 결과, 최적화된 배열로 작은 마이크로 구멍을 형성하는 새로운 박막 전극 구조를 제시했다. 이는 특정 부분에만 응력을 집중시켜 균열이 퍼지는 것을 제어하는 새로운 구조다. 연구팀은 2~3마이크로미터의 아주 작은 구멍을 전극에 특정한 배열로 형성해 구멍 부분에서만 균열이 일정하게 발생하게끔 유도했다. 기존의 전극은 휘거나 굽을 경우, 전극 전반에 균열이 발생하며 전기가 전달되지 않았다. 하지만 일정 배열로 전극에 배치된 구멍들은 구멍의 측면 부분에만 균열을 집중적으로 발생시켰으며, 전극을 30만 번 이상 굽혔다 펴도 전극 내 다른 부분에 균열이 가지 않을 정도로 전극의 전기적 내구성을 개선시켰다. 또한 개발된 박막전극은 현재 전극을 생산하는데 사용 중인 반도체 공정 장비를 그대로 이용해 제작이 가능하다. 이는 전혀 새로운 생산 장비가 필요하던 기존 연구보다도 훨씬 경제적이고 효율적이다. 그리고 개발한 박막 전극을 이용해 개발한 트렌지스터 또한 기존과 유사한 성능을 유지하면서도 높은 내구성을 자랑해 향후 광범위한 활용이 기대된다. DGIST 정보통신융합전공 장재은 교수는 “이번 연구를 통해 개발한 박막전극은 미세한 구멍을 이용해 균열을 효과적으로 통제하는 새로운 개념의 전극”이라며 “향후 관련 기술을 좀 더 발전시킨다면 플렉시블 전자기기의 전자적 내구성을 획기적인 개선에 긍정적인 영향을 줄 것으로 기대된다”고 말했다. 이번 연구 결과는 관련 분야 국제학술지 ‘ACS Applied Materials & Interfaces’에 지난 4월 2일 온라인 게재됐다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

DGIST 로봇공학전공 최홍수 교수 연구팀이 인체 내 치료가 필요한 부위에 정확하고 안정적으로 약물 전달이 가능한 바늘형 마이크로로봇을 개발했다. DGIST는 이번 연구 성과는 기존의 마이크로로봇 약물전달기능 및 제어방식을 획기적으로 개선해 다양한 정밀의학기술에 적용 가능할 것으로 기대된다고 13일 밝혔다. 현재 인체 내 조직 치료 중 약물치료는 가장 일반적인 치료방법으로 쓰이는데, 약물은 신체의 순환기능에 의해서만 전달되기에 목표하는 부위에만 필요한 양의 약물을 정확히 전달이 어려워 상당한 부작용이 발생한다. 이러한 한계를 극복하고자 몸 속을 자유롭게 돌아다니며 목표하는 체내 조직의 정밀 치료가 가능한 마이크로 의료로봇 연구가 최근 각광받고 있다. 이에 최 교수 연구팀이 세계 최초로 바늘형 마이크로로봇은 3차원 레이저 리소그라피 3D 공정을 통한 나노-마이크로 스케일로 제작됐으며, 금속박막 증착기술을 이용해 자성물질(Nickel, Ni)과 생체적합물질(Titanium oxide, TiO2)을 증착했다. 더불어, 생체적합물질로 사용된 TiO2는 화학적인 방식으로 항암제(Paclitaxel, PTX) 탑재 능력을 향상시켰다. 연구팀은 체외 약물 테스트 플랫폼에서 실험을 통해 기존의 마이크로로봇의 제어 기능을 한 차원 개선시켰다. 특히 이번에 개발한 바늘형 마이크로로봇은 목표지점으로 정확한 이동이 가능하며, 제어 시간 또한 획기적으로 줄였다. 또한 특정 치료 부위에 로봇을 고정시키기 때문에 외부의 지속적인 자기장 에너지 공급이나 제어가 불필요하며, 실제 인체 내부와 같이 특정 유체 흐름이 있는 환경에서 기존보다 유체 저항을 최대 6배 더 견디면서 안정적으로 약물을 전달할 수 있는 것이 장점이다. 연구팀은 또한 바늘형 마이크로로봇을 체외에서 배양한 암 종양 조직에 적용해 보았는데 암 종양에 고정되기 전, 후의 성능 테스트에서 유의미한 결과를 확인했으며, 항암제 약물방출을 통한 치료적인 효능도 추가로 증명했다. 최홍수 교수는 “이번 연구결과를 통해 기존의 마이크로로봇의 기능을 더욱 개선시켜 약물전달 효율을 높이고 부작용을 줄일 수 있을 것으로 기대한다”며 “앞으로도 더욱 향상된 마이크로로봇을 지속적으로 개발하여 장기적으로 동물실험과 관련 병원 및 기업과 후속 연구를 진행해 실제 의료 현장에서 활용될 수 있는 마이크로로봇 기반 정밀치료 시스템을 개발하는데 노력하겠다”고 말했다. 이번 연구는 DGIST 로봇공학전공 최홍수 교수가 교신저자로, DGIST 이승민 박사가 제1저자로 참여했다. 연구 결과는 세계적인 국제과학학술지인 ‘Advanced Healthcare Materials’에 지난 8일 표지논문으로 게재됐으며, 과학기술정보통신부와 DGIST의 지원으로 수행됐다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

국내 연구진이 전자파 차단 신소재를 5G 통신 소자에 활용할 수 있는 방법을 찾아내 화제가 되고 있다. 한국과학기술연구원(KIST) 물질구조제어연구센터, 카이스트 신소재공학과, 미국 드렉셀대 재료공학과 공동연구팀이 전자파 차단 신소재 ‘맥신’을 나노미터 두께의 초박막 필름으로 만들어 5G 통신은 물론 다양한 모바일 전자기기에 직접 응용할 수 있는 길을 열었다고 15일 밝혔다. 이번 연구결과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈’ 표지논문으로 실렸다. KIST 물질구조제어연구센터 연구진이 2016년 개발한 맥신은 금속과 같은 수준의 전기전도도를 갖고 기존 금속 전자파 차폐 소재보다 가볍고 가공이 쉬운 2차원 나노 신소재이다. 맥신은 소재 자체의 성능은 우수하지만 실제로 활용할 수 있는 방법이나 기술이 개발되지는 않았다. 이에 연구팀은 맥신 나노입자를 녹인 용액에 에틸아세테이트라는 휘발성 용액을 첨가하는 비교적 간단한 방법을 개발했다. 이 방식을 적용하면 증발속도 차이에 따라 레일리-베나르 대류와 마랑고니 효과에 의해 스스로 결합하는 자가조립 현상이 발생해 원자 수준 두께를 균일하게 갖는 초박막 맥신 필름이 만들어지게 된다.이번에 개발한 자가조립 기술은 기존 방법으로는 만들 수 없었던 원자단위 두께 균일도를 갖는 대면적 필름을 손쉽게 제작할 수 있다는 장점이 있다. 맥신 필름을 55나노미터(㎚) 두께로 쌓아올리면 전자파를 99% 이상 차단이 가능한 것으로 확인됐다. 구종민 KIST 물질구조제어연구센터 센터장은 “이번 기술은 최고 수준의 전자파 차단 소재를 자가조립 기술로 대면적 박막필름으로 만들고 실질적 응용이 가능케 만들었다는데 의미가 크다”라며 “맥신 박막필름은 5G 통신, 웨어러블 유연전자 기기 등에 다양하게 활용될 수 있을 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr