국내 연구진이 도시 미관을 살려주고 에너지도 생산할 수 있는 ‘컬러 태양전지’를 개발했다. 태양전지는 보통 어두운 색을 띠어 다소 칙칙했다. 이번에 개발된 컬러 태양전지는 두께도 얇고 구부리거나 접을 수도 있어 다양한 형태의 건물에 붙여 활용할 수 있다. ‘CIGS 박막 태양전지’는 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga), 셀레늄(Se)이 일정 비율로 결합된 화합물을 재료로 만든 태양전지다. 유리기판 등에 CIGS를 얇은 막으로 쌓아 올려 만든다. 비(非)실리콘 계열 태양전지 가운데 빛 흡수율이 높아 에너지로 바꿀 때 효율이 좋을 뿐만 아니라 안정성도 크다. 기존 CIGS 태양전지는 유해 중금속인 카드뮴 소재를 사용해 환경 오염 우려가 있었다. 연구진은 인체에 무해한 아연(Zn) 함유 소재로 카드뮴을 대체, 기존 태양전지와 비슷한 18% 수준의 변환 효율을 내는 데 성공했다. 원자재 소비가 적어 공정·재료 비용도 저렴하다. 연구진은 보라, 녹색, 청색 등 7가지 이상의 색깔을 구현해 곧바로 상용화하겠다는 계획이다. 이번 연구는 물 위에 떠 있는 기름띠가 무지개색으로 보이는 빛의 간섭 현상에 착안했다. 박막 구성층의 두께를 조절해 다양한 색상을 내는 데 성공했다. 이번 CIGS 태양전지 두께는 3마이크로미터(㎛ㆍ1000분의1㎜) 정도로 유리나 유연 기판에도 코팅이 가능하다. 연구팀은 이번에 개발된 기술을 유연 기판에 적용해 가벼우면서도 심미성이 뛰어난 고효율 태양전지를 개발할 계획이다.

국내 연구진이 사람 눈보다 더 정교한 인공망막을 만들 수 있는 기술을 개발했다. 광주과학기술원(GIST) 전기전자컴퓨터공학부 연구팀은 인공안구를 만들 때 반드시 필요한 고밀도의 불규칙한 반도체 나노선 다발의 광학적 현상을 규명했을 뿐만 아니라 나노선 다발 구조를 대면적으로 제작할 수 있는 방법을 개발했다고 18일 밝혔다. 이번 연구결과는 광학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 옵티컬 머티리얼즈’ 15일자에 실렸다. 나노선 다발은 머리카락의 1000분의 1 굵기인 나노선 여러 개를 묶어 놓은 것으로 반도체 소재 기반의 수직형 나노선 다발은 기계적, 전기적, 광학적 특성이 우수해 차세대 전자소자의 핵심 소재로 주목받고 있다. 특히 인공안구를 만드는데도 필수적인 장치로 알려져 있다. 문제는 나노선 다발은 수십~수백 ㎚(나노미터)라는 아주 작은 구조를 갖고 있으며 전자빔 리소그래피라는 특수공정을 거쳐야 하기 때문에 제작비용이 많이 들고 대면적 제작이 쉽지 않다는 단점이 있다. 연구팀은 밀도는 높고 불규칙적인 반도체 나노선 다발 안에서 일어나는 광학적 현상을 3차원 파동방정식을 이용해 규명해내고 실험적으로 관찰하는데 성공했다. 이를 바탕으로 리소그래피 공정 과정 없이 실리콘 웨이퍼에 고밀도의 갈륨비소 나노선 다발을 성장시키는데 성공했다. 이렇게 성장된 나노선 다발을 투명한 고분자물질인 PDMS로 코팅한 다음 면도칼로 긁어내는 방법을 이용해 고밀도 나노선 다발을 분리했다. 이를 통해 저렴한 실리콘 웨이퍼 위에 나노선 다발을 손쉽게 성장시킬 수 있고 나노선 다발을 분리한 다음에 웨이퍼를 재활용할 수 있기 때문에 제작비용을 낮출 수도 있다. 송영민 GIST 교수는 “이번 연구는 나노선 다발을 이용해 복제 불가능한 보안 하드웨어를 만들 수 있으며 사람 눈보다 훨씬 해상도가 높은 인공 망막소재로 사용할 수 있는 이론적, 실험적 바탕을 내놨다는데 의미가 크다”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

한국과 미국 연구진이 포스트잇처럼 쉽게 떼내고 자르고 구부릴 수 있는 LED를 개발했다. 세종대 나노신소재공학과 홍영준(사진) 교수, 물리천문학과 홍석륜(사진) 교수와 미국 텍사스대 공동연구팀은 기판에서 쉽게 떼어내어 자유롭게 접고 자를 수 있는 질화갈륨 마이크로 LED를 개발하고 공학분야 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시즈’ 4일자에 실렸다. 웨어러블 기기에 사용할 수 있는 유연한 LED 제작을 위해 기존에는 레이저로 박막 LED를 작게 가공한 다음 유연한 기판에 배열하는 방식이었다. 기판을 떼어내기 위해서는 화학적 식각이나 고에너지 레이저 조사 등 방법을 사용했는데 쉽게 깨져 구부릴 수 없다는 문제가 있었다. 연구팀은 유연하고 전기전도도가 높은 꿈의 신소재 ‘그래핀’을 사파이어 기판에 코팅해 단결정 마이크로 LED 수 만개를 만드는데 성공했다. 이렇게 만든 LED 패널은 접착 테이프로 쉽게 떼어낼 수도 있고 떼어낸 패널을 구부러진 표면에 붙여 작동시킬 수 있다. 실제로 1000 번 이상 반복적으로 구부려도 전기적 특성과 발광성능이 그대로 유지되는 것이 확인됐다. 연구팀은 이번 기술은 굴곡이 있는 표면이나 인체, 로봇 관절에 부착할 수 있는 웨어러블 디스플레이용 광원으로 사용될 수 있을 것으로 기대하고 있다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

한국이 반도체 강국의 신화를 이어 나가기 위해서는 차세대 반도체에도 많은 관심을 기울여야 한다. 지금까지 반도체들은 웨이퍼 소재로 실리콘(Si)이나 갈륨비소(GaAs)가 주로 사용돼 왔다. 하지만 소재가 갖는 한계 때문에 많은 과학자가 1990년대부터 질화갈륨(GaN)에 눈을 돌리고 있다. 질화갈륨으로 반도체를 만들면 실리콘 소재에 비해 3배 이상 높은 항복전압을 갖기 때문에 고전압 전력반도체에 적합하다. 항복전압은 반도체에 흐르는 역전류가 규정값보다 커질 때의 전압을 말한다. 이와 함께 갈륨비소 소재와 비교했을 때 7배 이상 높은 전력 밀도 특성이 있어 통신 시스템 소형화 및 고효율화에 유리하며 고속 동작에서 발생하는 열에 강하다. 그래서 질화갈륨을 미래의 실리콘이라 부르기도 한다. 애플이나 대만 TSMC의 경우 자사 제품들에 질화갈륨을 속속 도입하고 있다. 세계적 전자통신 기업들이 질화갈륨 소재에 눈독을 들이는 이유는 소재의 장점 때문에 군사용 레이더 장비는 물론 민간선박 레이더, 위성통신, 5G 등 이동통신 기지국에 주로 쓰일 수 있기 때문이다. 국내에서도 한국전자통신연구원(ETRI) 연구진이 질화갈륨을 이용해 소자설계부터 공정은 물론 측정 및 패키징까지 모두 국내 기술력으로 만들어 내기도 했다. 질화갈륨을 이용한 차세대 반도체 시장을 선점하고 질화갈륨 반도체 소자 기능을 지속적으로 향상시킨다면 부품소재 분야에서 앞서갈 수 있을 것이다. 강동민 한국전자통신연구원(ETRI) 전력부품연구실장

지난 4월 29일(현지시간) 스웨덴 사브사는 자사가 만든 글로벌 아이(Global Eye) 공중조기경보통제기 1호기를 아랍에미리트 공군에 납품했다고 발표했다. 글로벌 아이는 기존 공중조기경보통제기와 달리 공중, 지상은 물론 해상 목표물도 탐지가 가능한 새로운 개념의 차세대 공중경조기보통제기이다.아랍에미리트연합은 2015년 말, 총 3기의 글로벌아이를 계약했다. 2019년 11월에는 수정계약을 통해 2기의 기체를 추가로 발주하겠다는 의사를 밝혔다. 국내에서 과거 스웨덴 사브라는 회사는 자동차 회사로 잘 알려져 있다. 그러나 지금의 사브사는 베스트셀러 전투기 그리펜을 비롯해 잠수함까지 생산하는 유럽의 작지만 강한 방산 그룹으로 정평이 나있다. 글로벌 아이는 캐나다 봄바디어사의 글로벌 6000 비즈니스 제트기를 기반으로, 기체 상부에 사브사가 만든 상시 650km, 집중 750km까지 탐지 및 추적이 가능한 에리아이-ER AESA 레이더, 즉 능동형 전자주사식 위상배열 레이더를 장착하고 있다.특히 에리아이-ER은 공중조기경보통제기용 레이더 가운데 최초로 GaN 즉 질화 갈륨을 소재로 사용한다. 레이더 송신 장치에 질화 갈륨 기술을 사용할 경우 기존 송신 장치에 비해 탐지거리가 길어지며 수명 연장, 유지비 절감 등의 효과를 낼 수 있다. 또한 하부에는 레오나르도사가 제작한 다용도 해상 감시 레이더 시스프레이 7500E AESA 레이더를 부착하고 있다. 시스프레이 7500E AESA 레이더는 300km 밖의 제트스키도 탐지가 가능하며, 잠수함의 잠망경까지도 포착할 수 있다. 글로벌 아이의 작전시간은 11시간 이상으로 한반도의 경우 한번 비행으로 공중과 해양경계 임무를 동시에 수행할 수 있다.우리 공군은 현재 운용중인 공중조기경보통제기를 추가로 확보하기 위한 사업을 진행 중에 있다. 2대가 추가 도입될 예정으로 2021년 사업 착수를 목표로 예산편성을 위한 사업타당성조사가 마무리 단계인 것으로 알려졌다. 공군이 공중조기경보통제기를 추가로 도입하려는 것은 카디즈(KADIZ) 즉 한국방공식별구역 확장에 따른 임무 증가와 북한의 핵ㆍ미사일 전력 강화에 따른 정보수집 임무가 중요해지면서 지난 2016년 장기소요계획에 반영시켰다. 이번 사업에는 미 보잉, 이스라엘 IAI와 함께 스웨덴 사브사의 글로벌 아이도 뛰어들 예정이다. 지난해 6월 사브사는 ‘사브의 차세대 레이더’라는 주제의 세미나와 기자간담회에서 글로벌 아이를 국내에 소개한 바 있다. 김대영 군사평론가 kodefkim@naver.com

이지스 전투체계를 탑재한 구축함을 흔히 '이지스 구축함'이라고 부른다. 신의 방패라는 별칭을 가진 이지스 전투체계는 동시 다발적인 상황대처와 각종 미사일 방어를 수행할 수 있는 고도로 통합된 함정전투체계이다. 개발국인 미국을 포함해 우리나라까지 총 6개국이 사용하고 있다. 최근 이지스 전투체계는 큰 변화를 맞이하고 있다. 이지스 전투체계의 '눈'이라고 할 수 있는 스파이(SPY)-1 계열 레이더가 최신형 스파이-6로 교체되기 때문이다.지난 1973년 개발된 스파이-1 계열 레이더는 미 해군의 타이콘데로가급 순양함과 알레이버크급 구축함에서 사용되고 있다. 40여 년 동안 스파이-1 레이더는 꾸준한 개량을 통해 세계최고의 다기능레이더로 발전했다. 다기능레이더란 탐지 레이더와 추적 레이더의 기능을 동시에 보유해 탐지 및 추적, 미사일 유도, 피아식별, 영역 탐지, 요격 확인 등의 기능을 수행할 수 있는 레이더를 말한다. 하지만 이러한 개량에도 불구하고 중국과 러시아는 기존 대함미사일보다 속도가 빠른 초음속 대함미사일을 배치 중에 있고 대함탄도미사일도 새로운 위협으로 부상하고 있다. 결국 미 해군은 차세대 이지스 구축함인 알레이버크급 플라이트 3를 건조하면서 이지스 구축함에서 운용중인 기존 스파이-1 계열 레이더 대신에 신형 다기능 레이더를 개발해 장착하기로 결정한다.이렇게 만들어진 스파이-6 레이더는 수동형 전자주사식 위상배열 레이더인 스파이-1과 달리 능동형 전자주사식 위상배열 레이더로 알려져 있다. 우선 수동형 전자주사식 위상배열 레이더는 한 개의 송수신기 모듈을 사용한다. 반면 능동형 전자주사식 위상배열 레이더는 여러 개의 반도체 송수신기를 이용하기 때문에, 수동형과 달리 유사시 고장이 나더라도 운용에 지장이 거의 없는 것으로 알려져 있다. 또한 스파이-6는 질화 갈륨 소재의 레이더 송수신기 24개를 가로 및 세로 각각 2피트(약 61cm)의 컨테이너에 담아 모듈화 시켰다. RMA(Radar Modular Assemblies)로 알려진 모듈 방식을 사용해 알레이버크급 플라이트 3 구축함 뿐만 아니라 다른 미 해군의 전투함에도 장착이 용이해졌다.알레이버크급 플라이트 3 구축함에 장착되는 스파이-6(V)1 레이더의 경우 한 면에 37개의 RMA가 사용되며, 미 해군의 강습상륙함과 니미츠급 항공모함에 장착될 스파이-6(V)2 레이더는 9개의 RMA를 이용해 회전형 레이더로 만들어졌다. 스파이-6(V)2는 스파이-6(V)1 레이더와 달리 항공관제 및 자함 방어에 사용된다. 스파이-6(V)3는 포드급 항공모함과 FFG(X)로 알려진 차기호위함에 장착될 예정이며, 스파이-6(V)4는 알레이버크급 플라이트 2A 구축함에 장착된 스파이-1D(V)를 대신해 사용될 예정이다. 미 레이시온사가 만든 스파이-6 레이더는 실험과정을 통해 기존 스파이-1 계열 레이더에 비해 수십 여배 뛰어난 성능을 자랑한 것으로 알려졌다. 또한 장비의 고장발생 빈도도 적을 뿐 아니라, 정비도 매우 간단하게 조치할 수 있도록 개발되어서 운용유지비 절감도 기대된다. 지난해 열린 마덱스(MADEX) 즉 해양방위산업전에서 미 레이시온사는 스파이-6 레이더를 소개한 바 있으며, 우리 해군의 대형수송함-Ⅱ 사업에 스파이-6(V)2 레이더를 제안하고 있는 상황이다. 김대영 군사평론가 kodefkim@naver.com

가천대학교는 서순민 바이오나노학과 교수팀이 순치준 중국과학원 박사팀과 공동 연구를 통해 신축성 있는 액체금속 나노입자 기반의 전극을 이용한 촉각 상호반응 인터페이스를 개발했다고 12일 밝혔다. 연구팀은 마찰전기 발전기의 금속 전극으로 갈륨, 인듐, 주석의 혼합물로 이루어진 액체금속 물질(갈린스탄)을 사용했다. 액체금속 물질은 높은 표면에너지와 순식간에 산화되는 성질로 인해 다루기가 어려워 전극물질로 사용되기 어려웠으나 이번 연구에서 액체금속 물질을 나노입자로 분쇄하여 박막으로 제작하는 기술을 개발해 이를 가능하게 했다. 연구결과는 독일WILEY사에서 발간하는 국제학술지인 Advanced Functional Materials에 최근 온라인 게재되었다. 연구결과를 담은 학술지는 4월에 발간 될 예정이다. 마찰전기 발전기는 두 물체가 짧은 시간 맞닿을 때 생기는 전하의 불균형을 이용하여 전기를 만드는 장치로 양전하를 수집하는 금속 전극과 음전하를 수집하는 고분자유전체로 구성된다. 연구팀은 미세한 요철 구조를 고분자유전체에 적용하여 고분자유전체의 표면적을 넓혀 압력의 크기에 따라 마찰전기발전기의 발생 전압이 3V에서 256V까지 변할 수 있다. 전압의 크기에 따라 촉각의 강도를 조절할 수 있어 활용도를 높였다. 이와함께 개발된 기술을 사용한 소자들을 매트릭스로 구성하여 액체금속의 유체특성을 활용한 마찰전기발전기들이 독립적으로 동작할 수 있어 원하는 부위만 따로 조작할 수 있음을 선보였다. 이번 연구결과를 활용해 안면마비환자를 위한 인공피부, 로봇용 인공피부 등 스마트 인공피부 개발이 가능해 질 전망이다. 이번 연구는 한국연구재단 한중협력연구사업 지원으로 수행되었으며 제1저자로 가천대 바이오나노융합학과 석사학위 과정에 있는 양이지아 학생이 참여했다. 공동교신저자인 순치준 박사는 본교 바이오나노학과 바이오메디컬전공 석사, 박사 출신이다. 서순민 교수는 “이번 연구를 통해 개발한 전자피부는 기존 연구와 다르게 따로 외부 전력, 변환장치 도움 없이 누르면 바로 전기가 발생, 전달되기 때문에 그 의의가 크다”며 “앞으로 로봇용 전자피부, 웨어러블 디바이스 등 다양한 부분에 응용할 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다. 신동원 기자 asadal@seoul.co.kr

지구온난화, 미세먼지는 자동차나 발전소에서 나오는 각종 오염물질과 온실가스 때문이라는 사실은 너무도 잘 알려져 있다. 이 때문에 바이오연료, 수소에너지 등 청정에너지들이 주목받고 있다. 특히 수소는 사용후 물 밖에 배출되지 않기 때문에 온실가스, 미세먼지 발생 문제가 없는 대표적 청정에너지원으로 수소차 보급을 통해 쓰임새가 늘어날 것으로 기대되고 있다. 국내 연구진이 저렴한 비용으로 수소에너지를 만들 수 있는 물질을 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST) 국가기반기술연구본부, 청정에너지연구센터 연구진이 이전보다 저렴하고 비교적 간단한 방법으로 청정 수소에너지를 만들어 낼 수 있는 방법을 개발했다고 24일 밝혔다. 이번 연구결과는 화학분야 국제학술지 ‘ACS 에너지 레터스’에 실렸다. 현재는 메탄기체를 물과 함께 고온, 고압 수소에너지를 만들 때 화석연료를 이용하기 때문에 수소 1㎏을 만들면 이산화탄소가 10㎏나 발생하는 일이 생긴다. 수소 생산량보다 이산화탄소가 많이 발생하는 문제를 해결하기 위해 과학자들은 다양한 방법을 찾고 있다. 그 중 가장 주목받고 있는 방법은 태양광을 이용해 물을 분해하는 기술이다. 연구팀은 저렴한 비용으로 손쉽게 태양광을 이용해 수소를 만들기 위한 공정을 개발하는데 초점을 맞췄다. 연구팀은 이를 위해 유연 박막 태양전지 소재로 주목받고 있는 황셀레늄화구리인듐갈륨 소재를 활용했다. 황셀레늄화구리인듐갈륨 소재는 가볍고 반투명하기 때문에 건물 창문에 부착하는 창호형 태양전지나 자동차, 옷 등에 부착하는 유연 태양전지로 응용가능성이 높은 물질이다. 연구팀은 저가의 용액 프린팅 공정 방식을 개발해 고효율의 광전극을 만드는데 성공했고 이 과정에서 사용되는 촉매도 백금 같은 귀금속이 아닌 저가의 황화구리를 이용해 생산비용을 획기적으로 줄일 수 있었다. 민병권 KIST 박사는 “이번 연구는 태양광-수소 전환의 핵심기술이라고 할 수 있는 고효율 광전극을 저비용으로 구현할 수 있는 돌파구를 마련했다는데 의미가 크다”라며 “백금 촉매를 이용한 것보다 수소 발생량이 더 많다는 점에서 산업적 활용 가능성도 클 것으로 기대하고 있다”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

세계에서 가장 작은 크리스마스 장식으로 여겨지는 진저브레드하우스가 18일(현지시간) 캐나다 연구진에 의해 공개됐다. 진저브레드하우스는 생강이 들어간 집 모양의 빵으로, 크리스마스 시즌에 먹거나 장식으로 사용한다. AFP통신 등 외신에 따르면, 캐나다 맥마스터대 산하 캐나다 전자현미경센터(CCEM) 연구진은 진저브레드하우스를 머리에 얹고 윙크하는 작은 눈사람 사진을 공개했다. 이는 리튬이온전지 연구에서 이용하는 실리콘을 잘라 만든 것으로 진저브레드하우스와 눈사람를 더한 부피는 사람 머리카락 굵기를 조금 넘는다. 진저브레드하우스 자체만으로는 머리카락 굵기보다 훨씬 가늘고 작다.이런 극소형의 진저브레드하우스에는 심지어 벽돌과 장식, 캐나다 국기의 현관 매트까지 모양도 선명하게 새겨졌다. 이에 대해 트래비스 카사그란데 CCEM 연구원은 “제작에는 갈륨 이온 빔을 이용했다”면서 “이는 샌드블라스트 같이 작용한다”고 설명했다. 여기서 샌드블라스트는 모래 분사기로 모래를 뿜어 주물이나 강재의 표면에 붙은 모래나 스케일 따위를 제거하는 작업을 뜻한다. 카사그란데 연구원은 또 “이번 프로젝트의 목적은 CCEM의 능력을 보여주는 동시에 사람들이 과학에 흥미를 느낄 수 있도록 하는 것”이라고 말했다. 한편 CCEM는 총 10대의 전자현미경을 갖고 재료 연구에 사용하고 있다. 전자현미경은 전자빔과 전자기렌즈를 사용해 기존 광학현미경보다 훨씬 높은 배율로 관찰할 수 있다. 사진=AFP 연합뉴스 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

4차 산업혁명을 통해 미래 성장 가능성이 높은 분야로 가상·증강현실(VR·AR)이 꼽힌다. VR은 컴퓨터 등을 활용해 실제가 아닌 특정 환경이나 상황을 만들어 내는 기술이며 AR은 눈에 보이는 현실세계에 가상 물체를 겹쳐 보여주는 기술이다. 한동안 유행했던 포켓몬 고 같은 게임은 대표적인 AR기술을 활용한 것이다. VR을 체험하기 위해서는 여전히 헤드마운트 디스플레이라는 두껍고 무거운 장치를 머리에 써야 하기 때문에 오랜 시간 사용하기가 어렵고 몰입도도 떨어지게 된다. 국내 연구진이 투명망토 소재로 잘 알려진 메타물질을 이용해 가벼운 VR기기를 만드는 방법을 개발해 주목받고 있다. 포스텍 기계공학과, 화학공학과 연구팀은 빛의 스핀을 이용해 여러 홀로그램 이미지를 실시간으로 재생할 수 있는 메타표면을 만드는데 성공했다고 28일 밝혔다. 이번 기술은 광학 분야 국제학술지 ‘레이저 앤 포토닉스 리뷰’ 최신호에 실렸다. VR·AR을 구현시키기 위해서는 공중에 3차원(3D) 이미지를 띄울 수 있는 홀로그램 디스플레이가 필요하다. 홀로그램 이미지를 만들어 내기 위해서는 많은 부품들이 필요해 VR장치의 부피와 무게가 늘어난다. 이 때문에 메타물질을 이용해 홀로그램 이미지를 만드는 기술이 연구돼 왔지만 지금까지는 한 번에 하나의 이미지만 생성할 수 있다는 문제가 있다. 연구팀은 실리콘을 이용해 빛이 회전하는 방향과 편광을 조절하면 두 개의 홀로그램 이미지가 동시에 나타나는 메타표면을 개발했다. 빛의 편광을 조절하면 이미지를 실시간으로 바꿀 수도 있고 동영상으로 작동시킬 수도 있을 것으로 예상된다. 메타홀로그램 장치를 개발하기 위해 기존에는 산화티타늄이나 질화갈륨 같은 비싼 물질을 이용했지만 이번 기술은 실리콘을 이용하고 기존 반도체 공정에서도 바로 제작할 수 있어 생산비용을 수 백배까지 절감할 수 있게 됐다. 노준석 기계공학과 교수는 “이번에 개발한 메타홀로그램은 60% 이상 투과효율 덕분에 선명한 이미지를 관찰할 수 있고 소자의 두께가 300나노미터에 불과해 초경량 고효율 기기로 만들 수 있다”라며 “이번 기술을 활용하면 홀로그램을 복잡하게 설계가 가능해 화폐, 신용카드, 명품 위조방지 기술, 각종 암호화 기술에도 활용할 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

국내 연구진이 효율 한계에 다다른 태양전지 기술에 돌파구를 마련할 방법을 개발했다. 울산과학기술원(UNIST) 신소재공학부 최경진, 송명훈 교수와 태양광발전업체 신성E&G 공동연구팀은 페로브스카이트와 실리콘 태양전지 기술을 결합한 일체형 탠덤 태양전지를 개발했다고 31일 밝혔다. 이번 연구결과는 에너지 분야 국제학술지 ‘나노 에너지’ 최신호에 실렸다. 이번에 개발한 탠덤 태양전지는 21.19%라는 효율을 달성했다. 현재 태양광 발전의 대부분을 차지하고 있는 실리콘 태양전지 기술은 효율이나 제조단가라는 면에서 모두 한계에 도달한 것으로 평가되고 있다. 태양전지는 태양광을 흡수한 반도체가 전기를 생산하는 장치로 물질마다 흡수할 수 있는 태양광의 범위가 다르기 때문에 단일 물질 반도체만으로는 효율에 한계가 있을 수 밖에 없다. 이에 많은 연구자들이 갈륨과 비소 등을 활용한 반도체로 서로 다른 형태의 태양전지를 결합한 ‘탠덤’ 태양전지를 만든 적이 있지만 비싼 재료비와 공정장비 때문에 상용화가 어렵다는 문제에 부딪쳤다. 연구팀은 태양전지 시장의 주류를 이루며 제조 단가가 가장 낮은 편인 실리콘 태양전지를 아랫쪽으로 하고 위에는 고효율 페로브스카이트 태양전지를 쌓는 형태의 탠덤 태양전지를 개발했다. 기존 실리콘 태양전지 생산공정을 활용해 페로브스카이트 태양전지의 장점을 더할 수 있다는 특징이 있다. 이 같은 방식으로 이번에 개발한 태양전지의 효율은 21.19%로 탠덤 구조 태양전지에서는 가장 높은 효율을 기록했다. 최경진 교수는 “이번에 개발한 다중 접합 태양전지는 서로 보완적인 두 개 이상의 광흡수 반도체를 수직으로 쌓은 것이라 낭비되는 에너지를 최소화할 수 있을 것”이라며 “국내 최초로 페로브스카이트-실리콘 탠덤 태양전지를 개발함으로써 태양광 산업 성장에도 도움이 될 수 있을 것으로 본다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

KF-X 오는 9월 80% 이상 형상 설계 완료기술 개발 조급증…‘장비 구입’ 극한 주장까지수십년간 실패해온 일본도 예산 논란 직면그러나 레이더·엔진·스텔스 기술 자체 개발‘한국형 전투기’(KF-X) 사업에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 방위사업청이 지난 18일 2021년 ‘시제기’ 생산을 완료하겠다고 공언하면서 구체적인 사업 일정표가 윤곽을 드러냈습니다. 시제기는 항공기를 대량 생산하기 전에 원형을 만들어 성능을 시험하는 기체를 말합니다. KF-X의 설계는 현재 15% 가량 진행됐고 오는 9월이면 80% 이상 완성될 것으로 보입니다. 기체 개발을 맡은 한국항공우주산업(KAI)가 실물 크기의 모형을 제작해 오는 10월 열리는 서울국제항공우주·방위산업전시회(ADEX)에서 공개할 것이라는 전망도 나옵니다. 하지만 한편에선 우려도 많습니다. 인도네시아가 공동개발국으로 참여하고 있긴 하지만 사실상 우리가 독자 개발하는 것과 마찬가지인 상황에서 예정대로 사업이 진행될지 우려하는 시각입니다. 벌써부터 해외에서 첨단 장비를 사들여 조립하는 게 경제성이나 효율성 측면에서 더 낫지 않느냐는 주장까지 나옵니다. ●“4.5세대 전투기 개발 의미있나” 커지는 잡음 엄밀히 따지자면 KF-X는 4.5세대 전투기로, 개발을 완료해도 이미 실전에 투입된 첨단 전투기인 미국의 ‘F-22’, ‘F-35’, 러시아의 ‘Su-57’ 등 5세대 전투기 성능엔 미치지 못 합니다. 쉽게 표현하자면 기계식 4세대 전투기와 스텔스기로 개발하는 5세대 전투기의 중간쯤 되는 성능을 목표로 합니다. 이런 점에서 일각에선 “미국이 이미 6세대 무인전투기 개발에 나선 마당에 4.5세대 전투기 개발에 집중하면 너무 시대에 뒤쳐지는 것 아니냐”는 비판이 나왔습니다.이런 우려를 제기하는 분들께 일본의 사례를 전하려 합니다. 여러분도 잘 아시다시피 일본은 F-15의 자국 면허생산 버전인 ‘F-15J’와 미국과 공동개발한 ‘F-2’ 등을 주력 기종으로 운용하고 있습니다. 그리고 2030년 F-2 퇴역에 대비해 야심차게 ‘F-3’를 개발해왔습니다. 작년엔 10조~20조원에 이를 것으로 예상되는 막대한 개발 비용 때문에 사업을 포기할 것이라는 비관적인 언론 보도도 나왔습니다. 일본 방위성이 “결정된 바 없다. 미국 등과 공동개발도 고려하고 있다”고 해명하긴 했지만 일본 내부는 물론 우리 국민들에게도 충격파가 적지 않았습니다. 그렇지만 이런 표면적인 논란으로 일본이 그동안 기울인 노력들이 모두 물거품이 되는 것은 아닙니다. 일본의 전투기 생산 과정은 효율성을 중시하는 이들의 입장에선 도저히 이해할 수 없는 방식이었습니다. 한 예로 F-15J의 생산에는 일본 방위산업체 1100여곳이 참가했고 생산단가는 천정부지로 치솟았습니다. 정부가 미국의 동급 ‘F-15C/D’ 판매 가격의 3배에 이르는 높은 비용을 부담할 정도였습니다. 완제품에 가까운 형태로 수입해 단순 조립만 해도 되는데, 일본 정부는 묵묵히 지원을 이어갔습니다. ●일본, 예산 투입 논란에도 기술 개발 지속 일본은 또 F-35A 42대를 미국에서 23조 8000억원에 도입하기로 결정했습니다. 우리가 40대를 도입하는 데 들이는 비용인 7조 4000억원의 3배에 이르는 금액입니다. 4대만 완제품으로 도입하고 나머지 38대는 미쓰비시 중공업 공장에서 부품을 조립하는 방식으로 계약했습니다. 아시다시피 미쓰비시 중공업은 F-3 개발을 맡은 방산업체입니다. 아시아 지역의 정비창을 독점하고 정비 비용을 줄인다는 계산도 있었지만, 궁극적인 목표는 첨단기술 확보였을 것이라는 관측이 나옵니다. 일본은 2016년 스텔스기 생산을 위해 기술을 시험하는 실증기 ‘X-2’를 공개했습니다. 실험 수준이긴 하지만 일본 방위장비청은 “스텔스 기술을 확보했다”고 공식 발표했습니다. 개발 당국은 F-22 등 고성능 전투기와 비교해도 손색이 없을 정도인 엔진 1개당 최대 15t의 추력을 확보했다고 밝히기도 했습니다. 순간적으로 성능을 높이는 ‘애프터 버너’ 기능을 사용했을 때 엔진 추력이고, 실제 추력은 11t이지만 자체 기술로 전투기 엔진을 개발했다는 점은 높이 평가할 만한 부분입니다.일본은 첨단 전투기에 꼭 필요한 ‘능동위상배열(AESA) 레이더’ 기술을 이미 1990년대에 개발했습니다. 세계 최초로 전투기용으로 상용화된 AESA 레이더는 일본의 주력전투기 F-2에 장착됐습니다. AESA 레이더는 일반 기계식 레이더보다 탐지 거리가 긴 것은 물론 여러 목표를 한꺼번에 포착할 수 있고 탐색, 전자전, 무기 유도 등 여러 기능을 동시에 운용할 수 있어 첨단 항공기에 필수적인 장비로 꼽힙니다. 작년에는 더 놀라운 소식이 전해졌습니다. 일본 방위장비청은 지난해 11월 도쿄에서 개최한 ‘국제항공우주전’에서 ‘질화갈륨’(GaN)을 사용하는 신형 AESA 레이더를 공개했습니다. 이 기술은 탐지거리가 1000㎞를 넘는 미국 록히드마틴사의 최신 육상레이더 ‘LMSSR’에도 사용하는 기술입니다. 우리가 ‘막대한 예산과 엄청난 시간을 투자하고도 F-3 개발 사업이 좌초됐다’고 비판하기엔 남긴 족적이 너무 뚜렷합니다. 너무 비효율적으로, 고집스럽게 항공기 개발을 시도한 일본의 사례를 가볍게 여겨선 안 된다는 겁니다. ●KF-X는 이제 ‘걸음마’ 단계…조급증 버려야 KF-X에는 8조 8000억원의 막대한 예산이 투입됩니다. 2015년 사업을 시작해 이제 5년차를 맞았습니다. 2026년 6월 개발 완료를 목표로 하고 있지만 벌써부터 설왕설래가 많습니다. 사업이 제대로 진행되도록 채찍질하는 것은 옳지만, 사업 자체를 엎거나 궤도를 완전히 수정해야 한다는 극한 주장은 바람직하지 않습니다.AESA 레이더 개발은 지난해 6월 기본설계(PDR)를 끝냈고 이제 상세설계(CDR)를 진행하고 있습니다. KAI는 지난 2월 시제기의 동체 앞쪽 구조물인 ‘벌크헤드’ 가공을 시작했습니다. 이제 막 ‘걸음마’를 뗀 것으로, 결코 성공이나 실패를 논할 단계가 아닙니다. 수십년간 실패를 거듭했지만, 절대 실패했다고 인정하지 않는 일본을 봐야 합니다. 정부가 해야 할 일도 있습니다. 공동개발국인 인도네시아가 작년 미납금 3300억원 중 급히 1320억원을 냈지만 여전히 1980억원이 지급되지 않은 상태라 국민들의 우려가 큽니다. 인도네시아 정부 관계자들이 지난 6일 직접 국방부를 찾아 사업 추진 의지를 드러냈다고 하지만, 투자금 문제를 완벽히 해결하지 못한다면 해마다 잡음이 끊이질 않을 겁니다. 국민 신뢰를 높이려는 노력도 필요합니다. 정현용 기자 junghy77@seoul.co.kr

30여개 원소 성질 따라 배치한 주기율표 화학을 예측 가능한 학문으로 만들어줘 최소 160번까지 원소 발견 계속될 듯 새 원소 이름은 발견자나 국가 이름 붙여“수(소), 헬(륨), 리(튬), 베(릴륨), 붕(소), 탄(소), 질(소), 산(소), 플(루오르), 네(온), 나(트륨)….” ●현재까지 알려진 원소는 118종 중·고등학교에서 화학을 처음 접하는 사람들이라면 누구나 한번 거쳐가야 할 관문이 있다. 바로 학생들에게 화학은 암기 과목이라는 잘못된 고정관념을 갖게 만든 ‘원소 주기율표’다. 주기율표는 원소들을 원자번호 순서대로 배치하되 반복되는 화학적 성질에 따라 배열한 것으로 현재까지 알려진 원소는 자연계에 존재하는 98종과 인공적으로 합성된 20종을 합쳐 118종이다. 우리가 알고 있는 주기율표는 러시아 화학자 드미트리 멘델레예프(1834~1907)가 1869년 당시 알려진 30여개의 원소들을 이용해 만든 것이다. 그 이전에도 원소들을 성질에 따라 배열한 ‘원시 주기율표’가 있었지만 멘델레예프의 주기율표는 원소들의 알려진 원자량을 원소 성질에 따라 배치해 만들어진 것이다. 특히 멘델레예프 주기율표를 보면 미발견 원소들의 원자량과 성질을 정확하게 예측할 수 있다는 장점이 원시 주기율표와의 가장 큰 차이점이다. 화학은 수학, 물리학, 생물학 같은 다른 자연과학보다 과학적 체계를 갖춘 것은 늦었지만 20세기 들어 현대 물리학의 양자론과 결합돼 양자화학이 만들어지고 새로운 합성법들이 개발되면서 눈에 띄게 발전했다. 이런저런 물질들을 혼합해 만드는 연금술 수준에서 화학을 예측 가능한 학문으로 만들어 주고 20세기를 ‘화학의 세기’가 될 수 있도록 한 것도 주기율표의 공이다. 이 때문에 유엔은 멘델레예프가 주기율표를 발표한 지 150년이 되는 것을 기념해 올해를 ‘국제 주기율표의 해’로 지정했다. 올해는 새로운 원소 발견을 검증하고 이름을 짓는 권한을 갖는 국제순수응용화학연합(IUPAC) 창립 100주년이 되는 해이기도 하다. 지난주 과학저널의 양대 산맥인 ‘네이처’와 ‘사이언스’는 주기율표와 화학의 발전을 나란히 커버 스토리로 다뤘다. 멘델레예프의 주기율표가 등장한 초창기에는 화학자들이 새로운 원소 발견을 주도했지만 자연계에 존재하는 원소들이 사실상 모두 발견된 이후 최근에는 물질을 구성하는 근본 원리와 힘에 대한 호기심 때문에 물리학자들이 인공원소 발견을 이끌고 있다. 원자번호 100번대가 넘어가는 인공원소들은 자연상에 존재하는 시간이 매우 짧아 활용 가치가 낮기 때문에 화학자들의 관심에서 벗어나고 있다. 그러나 물리학자들에 따르면 최소 원자번호 160번 원소까지 발견할 수 있을 것으로 보여 새로운 원소들은 앞으로도 계속 발견될 것으로 기대되고 있는 상황이다. 새로운 원소의 이름은 발견자나 발견한 국가가 붙이도록 돼 있다. 현재 주기율표 118개의 원소 중 나라 이름이 붙은 것은 31번 갈륨(Ga·프랑스의 옛 라틴어 이름인 갈리아), 32번 저마늄(Ge·독일), 44번 루테늄(Ru·러시아), 84번 폴로늄(Po·폴란드), 87번 프랑슘(Fr·프랑스), 95번 아메리슘(Am·미국), 113번 니호늄(Nh·일본)이다. 이처럼 주기율표에 이름을 올리는 것은 노벨과학상 수상에 버금가는 영광으로 받아들여지고 있다. ●“주기율표, 물질의 성질 알려주는 보물지도” 이덕환 서강대 화학과 교수는 “화학은 물질의 성질을 알려주는 ‘보물지도’인 주기율표를 바탕으로 물질의 변환, 분석, 합성을 다루는 학문”이라며 “주기율표를 통해 자연의 오묘한 규칙성을 이해하는 것이 아니라 원소 이름이나 외우는 암기 과목으로 취급받는 것은 입시 위주 교육의 폐해”라고 지적했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

디메틸에테르를 석유화학산업 기본물질 전환기술도 개발 지난 여름의 가마솥 더위, 지난해와 올 겨울의 냉장고 추위 원인을 찾아보면 너무도 뻔하지만 온실가스 증가로 인한 지구온난화이다. 국내 연구진이 지구온난화의 주범 이산화탄소를 청정연료와 석유화학 제품 생산 원료로 전환할 수 있는 기술을 개발해 주목받고 있다. 성균관대 화학공학과 배종욱 교수팀은 균일한 기공을 갖고 있는 나노촉매를 이용해 이산화탄소를 석유화학 중간 물질로 전환할 수 있는 화학공정 기반기술을 개발했다고 3일 밝혔다. 이번 연구결과는 화학 분야 국제학술지 ‘ACS 촉매’ 최신호에 실렸다. 최근 석유자원 고갈과 지구온난화에 따라 이산화탄소의 효율적 제거나 활용 기술의 필요성이 증가하고 있다. 특히 이산화탄소를 이용해 메탄올, 디메틸에테르 같은 석유화학 원료를 만드는 촉매기술이 연구되고 있지만 효율을 높이는데 한계가 있었다. 연구팀은 알루미늄과 구리 나노물질을 결합시킨 촉매를 개발해 이산화탄소를 디메틸에테르로 전환시킬 수 있는 기술을 개발했다. 연구팀은 5~8나노미터의 구멍이 규칙적으로 만들어진 알루미늄이 구리 분자의 안정성을 높여 고온과 고압의 반응조건에서도 촉매가 안정적이고 효율적으로 작동될 수 있도록 했다. 특히 갈륨, 아연 산화물을 추가로 포함시킴으로써 이산화탄소의 디메틸에테르로 전환율이 기존 기술보다 30% 이상 늘어난 것도 확인됐다. 연구팀은 추가로 5~8나노미터 크기의 기공이 있는 알루미늄, 제올라이트 촉매를 만들어 이산화탄소를 이용해 만들어낸 디메틸에테르에서 석유화학 산업에서 기본적으로 활용되는 올레핀, 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등을 합성하는 기술도 개발해냈다.배종욱 교수는 “이번 기술은 이산화탄소 저감은 물론 지속가능한 석유대체 자원의 효과적 활용 방법이 될 수 있을 것”이라며 “이산화탄소 수소화 반응으로 청정연료인 디메틸에테르를 만들어 내는 반응은 셰일가스나 제철소에서 발생하는 부생가스를 고부가가치를 가진 에너지원으로 전환시키는데도 도움을 줄 수 있을 것으로 본다”라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

존재 외에는 거의 모든 것이 비밀에 싸인 미국의 군사 우주선 X-37B가 새로운 임무를 안고 지구를 떠난 지 400일을 돌파했다. 미국 과학매체 스페이스닷컴은 18일(현지시간) 미 공군의 무인 우주왕복선 X-37B가 5번째 임무를 수행하기 위해 지난해 9월 7일 미 플로리다주(州) 미국항공우주국(NASA) 케네디우주센터에서 스페이스X의 팰컨 9호 로켓에 실려 우주 궤도에 안착한 지 벌써 400일이 흘렀다고 전했다. 미국은 비밀리에 임무를 수행하고 있는 X-37B가 관심을 받는 것을 달갑게 생각하지 않고 있지만, 이 우주선은 임무 때마다 놀라운 체류 기록을 세워 자연스럽게 관심을 끌어 왔다. 2010년 4월 처음 발사돼 우주에서 224일을 머물렀던 X-37B는 그 후로도 계속된 임무에서 각각 468일, 675일, 718일이라는 체류 기록을 세웠다. 따라서 X-37B가 언제쯤 지상에 착륙할지 알 수는 없지만, 기존 기록보다 오래 임무를 수행하리라는 것을 예상할 수 있다. 다음 임무(OTV-6)가 내년 안에 시작될 예정이니 그 안에는 지구에 도착할 것으로 보인다. 또한 X-37B는 각 임무 때마다 로봇팔이 장착된 화물 적재 칸에 뭔가를 싣고 우주로 나서 궁금증을 불러 모았다. 그전까지는 모든 것이 비밀에 부쳐졌지만, 이번 임무에서는 미 공군의 공표로 ‘첨단 구조상 내장형 열 분산기-II’(ASETS-II·Advanced Structurally Embedded Thermal Spreader II)라는 장비가 실린 사실이 알려졌다. 미 공군연구소(AFRL·Air Force Research Laboratory)가 개발한 이 장치는 장기간 우주 환경에서 실험용 전자장치 등을 시험할 수 있다. 하지만 X-37B의 진짜 임무는 여기에서 끝이 아닐 것으로 보인다. 미 공군 신속능력처(RCO)의 지원을 받고 있는 X-37B의 관제 임무는 콜로라도주(州) 슈리버 공군기지에 주둔 중인 제3우주실험대대(3rd SES·3rd Space Experimentation Squadron)가 맡고 있다. 이 대대의 임무가 인공위성 등에 관한 정보 등을 수집한다는 점에서 X-37B가 우주 궤도에서 어떤 임무를 수행하고 있을지 짐작할 수 있다. 최근 캐나다의 아마추어 위성관측 전문가인 테드 몰크잔 역시 한 매체와의 인터뷰에서 지난 8월 초, X-37B의 궤도가 적도에서 54.5도 기울어진 높이 약 317㎞에 머물렀다고 밝힌 바 있다. 아마 X-37B는 잠재적 적국을 정찰하기 위한 임무를 수행하고 있는 것일지도 모른다는 예측을 불러일으킨다. 한편 X-37B의 외형은 NASA가 운용하던 우주왕복선의 축소판과 유사하다. 길이는 8.9m, 높이는 2.9m이며 날개폭은 4.6m다. 세로 2.1m, 가로 1.2m의 화물 적재 칸이 있다. X-37B의 최대 발사 중량은 4990㎏이며, 궤도에서는 갈륨비소 태양전지와 리튬-이온 전지로 가동된다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

지난달 26일, 일본 사세보(佐世保)와 구레(吳) 해군기지에서 3척의 대형 전투함이 출항했다. 일본 서부 해역을 담당하는 제4호위대군 소속 전투함들로 구성된 이 함대는 제4호위대군 사령관 후쿠다 타츠야(福田達也) 해장보(海将補·해군소장)의 지휘 하에 편성된 일명 『ISEAD18』, 즉 인도-남중국해 임무부대(Indo Southeast Asia Deployment)-2018였다. 태평양에 모습을 드러낸 이 함대의 위용은 마치 미니 항모전단을 방불케한다. 공식 발표된 배수량은 2만 7000톤이지만 실제 크기는 미 해군 4만톤 급 강습상륙함 수준인 최신형 헬기항모 카가(かが)를 기함으로 일본 자체 기술로 개발한 미니 이지스 시스템을 탑재한 7,000톤급 최신형 방공구축함 스즈스키(すずつき), 6,000톤급 다목적 구축함 이나즈마(いなづま) 등 3척의 대형함정과 800여 명의 병력이 ISEAD18의 전력이다. ISEAD18이 미니 항모전단으로 불리는 이유는 그 전력 때문이다. 기함인 카가는 일본이 굳이 호위함(護衛艦)이라는 분류명을 붙이고 있지만, 크기나 형상, 설계 등 모든 면에서 사실상 항공모함의 성격을 가지고 있는 군함이다. 길이 248m, 폭 38m가 넘는 비행갑판과 넓은 격납고를 이용해 최대 28대의 항공기를 탑재할 수 있으며, F-35B 전투기의 경우 별다른 개조 없이도 14대까지 운용이 가능하다는 것이 일본 내 전문가들의 분석이다. 선체 크기가 워낙 크기 때문에 갑판에 내열 처리만 한다면 미 해군의 와스프(Wasp)급과 마찬가지로 별도의 스키점프대 설치 없이도 당장 F-35B 운용이 가능하다는 평가도 있다. 실제로 일본 방위성은 이 군함을 항공모함으로 전용하는 방안을 염두에 두고 설계했다. 항모 임무 부여를 위해 여유 출력도 매우 넉넉하게 잡았고, 항공기용 유류고와 탄약고로 사용될 공간도 마련했을뿐만 아니라, 차후 미국 정규 항공모함처럼 사출식 함재기 운용이 가능할 수 있도록 전자기사출기(EMALS) 설치를 위한 예비 공간도 마련해 두었다. 방위성은 초기에는 이 군함의 항모 개조설을 부인했지만, 현재는 집권 여당의 전폭적인 지원 하에 ‘방어형 항공모함’이라는 이름으로 항모 개조 계획을 구체화시키고 있다. 이러한 카가를 호위하는 호위전력도 막강하다. 방공구축함으로 ISEAD18에 합류한 아키즈키급 구축함 스즈스키는 일본이 자체 개발한 위상배열레이더 FCS-3A를 탑재한 고성능 방공구축함이다. 미국 이지스함의 SPY-1 계열 레이더보다 더 진보한 질화갈륨(GaN) 소재 송수신모듈을 적용, 강력한 탐지 능력을 자랑하며 ESSM 함대공 미사일을 이용해 50km 거리에서부터 10개의 표적을 동시에 공격할 수 있는 성능을 가지고 있다. 일본은 이 군함에 최대사거리 460km인 미국제 SM-6 함대공 미사일과 최대 100km 이상 사거리를 갖는 자국산 03식 개량형 함대공 미사일 탑재 개량 사업을 진행 중인데, 이렇게되면 사실상 미국의 정규 이지스함에 필적하는 방공 능력을 보유하게 될 것으로 전망된다. 또 한 척의 호위함인 이나즈마 역시 동급 범용 전투함 중에는 탑클래스 수준에 들어가는 전투함이다. 비록 회전식이지만 능동위상배열레이더를 탑재하고 있으며, 32기의 수직발사관에 쿼드팩 방식의 ESSM 함대공 미사일 최대 128발을 탑재하고 동시에 최대 8개의 표적을 공격할 수 있다. 함수소나와 예인소나, SH-60K 해상작전헬기까지 탑재해 대잠 작전 능력도 우수하다. 일본이 군사작전을 목적으로 전투함으로 구성된 함대를 공해상으로 내보낸 것은 이번이 처음이다. 1~2척의 군함을 묶어 군사외교 차원에서 해외 순방을 하거나, 소말리아 일대에서 해적 퇴치 활동을 했던 사례는 있었지만 부대 이름에 해외 전개(Deployment)라는 용어, 즉 특정 지역에 일정 기간 군함을 파견해 군사작전을 펼치는 개념의 파병은 해상자위대 창설 이래 전례를 찾아보기 힘든 일이다. 전개 개념의 해외 파병은 군사력의 해외 투사를 금지해온 평화헌법과 전수방위(専守防衛) 원칙에 어긋났기 때문이다. 그러나 일본은 “미국의 해외 군사작전을 지원하기 위한 목적이라면 해외에서도 자위대의 군사작전이 허용되어야 한다”는 이른바 ‘집단적 자위권 행사’를 위한 11개 관계법령의 제·개정을 강행 처리한 뒤 자위대의 군사력과 해외 작전 능력 강화를 위한 노력에 전방위적인 노력을 기울이고 있다. 이번에 출항한 ISEAD18 함대의 기함인 카가는 구일본제국 해군 항공모함 이름에서 함명을 따왔다. 카가는 1932년 상하이 사변 당시 중국 상하이 일대에 군 기지·민간 시설 가리지 않고 무차별 폭격을 일삼았던 악명 높은 군함이었으며, 태평양전쟁 시발점이었던 진주만 공습작전의 선봉에 섰던 배이기도 하다. 동행한 스즈즈키 역시 태평양 침략전쟁에서 동남아시아 일대로 침략군을 실어나르던 수송함대를 호위하는 제61구축함전대의 일원으로 활동했던 구일본제국해군 스즈즈키(すずつき)에서 함명을 따 왔으며, 이나즈마는 청일전쟁과 러일전쟁을 거치며 한반도와 중국대륙 침략의 선봉에 섰던 이카즈치(いかずち)급 구축함 이나즈마에서 이름을 따왔다. 전후 해상자위대 최초의 해외 임무 전담 함대의 구성 전투함들 모두가 공교롭게도 과거 침략전쟁의 선봉에 섰던 군함들의 이름을 그대로 계승했다는 것이다. 이들 함대는 사세보와 구레를 출항한지 4일만에 필리핀 서북 해상에서 미 해군 제7함대 소속 로널드 레이건 항공모함타격전단(Ronald Reagan Carrier Strike Group)과 합류했다. 이들은 남중국해에서 연합해상기동훈련을 실시하며 중국에 대한 압박에 나섰는데, 이는 앞으로의 서태평양 세력구도가 어떻게 형성될 것인가를 극명하게 보여주는 신호탄과 같은 사건이 아닐 수 없다. 오랫동안 평화헌법이라는 봉인에 묶여있던 일본은 집단적 자위권 행사라는 명분하에 미군과 인도-태평양 전역을 휘젓고 다닐 것이다. 이미 해외 전개용 함대를 만들어 각지의 바다를 누비고 있으며, 멀리 중동에는 전후 최초의 해외 전진기지까지 건설해 군사력을 파견해 놓고 있는 상태다. 중국의 군사적 팽창과 위협이 커질수록 미국은 일본의 군사력 증강을 더욱 노골적으로 지원할 것이며, 이러한 구도 속에서 일본은 미국을 등에 업고 지역 패권 장악에 나설 가능성이 높다. 일본은 115년전, 세계 최강 패권국이었던 영국과 동맹을 맺고 영국의 지원 하에 군사력을 키워 러시아를 격파한 뒤 아시아 패권을 장악했던 전례가 있다. 냉전 시기에는 소련의 태평양 진출 저지라는 명분으로 미국으로부터 막대한 지원을 얻어 눈부신 경제발전과 세계 2위의 해군력을 건설한 바 있다. 역사는 반복된다고 했던가? 일본은 초강대국을 등에업고 지역 패권국으로 부상했던 과거 사례처럼 이제는 미·중 패권경쟁 구도를 이용해 또 한번의 비상(飛上)을 준비하고 있다. 문제는 역사의 반복이 일본에만 국한되는 것이 아니라는 점이다. 과거 러시아를 겨냥해 연마됐던 일본의 칼끝이 러시아를 쓰러뜨린 뒤 한반도와 중국, 아시아 전역으로 향했던 것처럼 지금 중국을 겨냥해 커지고 있는 일본의 군사력이 미래 국제 정세 구도 변화에 따라 또다시 한반도로 향할 수도 있다. 스스로를 지킬 수 있는 강력한 힘을 키우는 한편, 일본을 제어할 수 있는 초강대국을 우리 편으로 붙잡아두기 위한 지혜로운 외교전략이 그 어느 때보다도 필요한 때이다. 이일우 군사 전문 칼럼니스트(자주국방네트워크 사무국장) finmil@nate.com

태양광 에너지는 현재까지 나온 신재생에너지 중 가장 많이 알려져 있고 연구가 많이 되고 있다. 햇빛을 에너지원으로 해서 전기를 생산하는 태양광 에너지의 장점은 다른 신재생에너지보다 에너지 전환효율이 높지만 밤에는 전기를 생산해내지 못한다는 한계가 있다. 국내 연구진이 밟거나 누르는 압력 에너지를 전기 에너지로 전환하는 압전 기술을 태양전지와 접목시켜 밤에도 에너지를 만든는 방법을 찾아냈다. 한국과학기술연구원(KIST) 광전소재연구단 송진동 박사와 연세대 물리학과 조만호 교수 공동연구팀은 태양전지에서 사용되는 나노선 구조 반도체의 원자 구조 배열을 압전현상이 발생하는 구조 배열로 바꿀 수 있는 방법을 찾아냈다고 3일 밝혔다. 이번 연구결과는 에너지 분야 국제학술지 ‘나노 에너지’ 최신호에 실렸다. 이번 기술을 활용하면 햇빛 뿐만 아니라 물리적 진동이나 압력에 의한 전기 생산이 가능해 낮에는 햇빛으로 밤에는 바람이나 진동으로 전기를 생산할 수 있어 햇빛이 없는 밤에도 활용이 가능한 태양전지가 나올 수 있게 됐다. 기존 태양전지를 만드는데 사용하는 실리콘 기반 반도체 물질은 태양광 흡수에는 적절하지만 물리적 진동에 의한 전기생산은 어렵다. 연구팀은 차세대 반도체 물질로 주목받고 있는 인듐갈륨비소(InGaAs)를 활용한 저차원 나노구조를 개발해 빛은 물론 진동으로도 전기를 만들 수 있는 에너지 수확장치를 개발했다.이를 통해 햇빛은 물론 사람의 움직임, 바람에 의한 흔들림 같은 물리적 진동을 흡수해 전기를 만들 수 있게 돼 낮에는 태양전지로 사용하고 밤에는 압전방식으로 에너지를 만들 수 있게 된 것이다. 송진동 KIST 박사는 “이번 연구결과는 다양한 형태의 웨어러블 장비에 응용할 수 있기 때문에 낮에는 태양광으로 밤에는 움직임으로 전기를 만들어 센서를 작동시킬 수 있게 될 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

●사용량 줄이고 효율은 높인 백금 촉매 카이스트 신소재공학과 조은애 교수팀이 백금 사용량은 90% 가까이 줄이고 수명은 2배 향상시키는 연료전지 촉매를 개발하고 국제학술지 ‘나노 레터스’ 11일자에 발표했다. 연료전지는 대기오염물질을 배출하지 않는 친환경 발전장치로 기존 발전설비를 대체할 것으로 기대돼 주목받고 있다. 문제는 연료전지 촉매로 사용되는 백금이 지나치게 비싸 상용화가 쉽지 않다는 것이다. 연구팀은 백금·니켈 합금 촉매를 합성한 뒤 표면에 갈륨을 첨가해 기존 백금 촉매보다 가격은 30% 이상 줄이고 수명은 2배 이상 늘리는 데 성공했다. 이번에 개발한 백금촉매를 이용한 연료전지는 기존의 것보다 성능이 12배 이상 우수한 것으로 확인됐다. ●고분자 나노 입자로 혈행 장애 개선 성균관대 화학공학과 박재형 교수팀은 17일 몸속 이상부위에서만 혈관확장을 유도해 약물이 효과적으로 전달할 수 있도록 돕는 생체적 합성 고분자 기반 나노입자를 개발했다고 밝혔다. 이번 연구 결과는 국제학술지 ‘나노 레터스’ 11일자에 발표됐다. 암이나 동맥경화, 심장질환, 뇌혈관질환 같은 질병들은 병변 부위에 새로운 혈관을 형성하는데 정상혈관과는 달리 혈관 벽 구조가 불규칙하고 혈관이 좁고 부실해 질병 치료를 위한 약물을 주사했을 때도 쉽게 침투되지 못한다. 연구팀은 질병 부위에 축적됐다가 특정 자극을 주면 선택적으로 암 조직 혈관을 확장시켜 약물이 쉽게 침투할 수 있도록 하는 고분자 나노입자를 개발했다. 이번 기술은 신생 혈관 형성과 관련된 질환 치료는 물론 혈행 장애 개선에 도움을 줄 것으로 기대된다.

지난 8일 국제순수·응용화학연합(IUPAC)은 원소 주기율표의 마지막 비어 있는 4개의 공간인 113, 115, 117, 118번 원소의 이름이 각각 니호늄(Nh), 모스코븀(Mc), 테네신(Ts), 오가네손(Og)으로 제안됐다고 발표했다. 이번에 제안된 원소의 이름은 5개월 동안 관련 연구자들의 의견을 들은 뒤 이견이 없으면 올해 11월 8일 공식 명칭으로 결정돼 전 세계 과학교과서에 실리게 된다. 미국과 러시아, 일본 연구진이 서로 자신들이 먼저 발견했다고 주장한 113번 원소 니호늄은 2004년 모리타 고스케 일본 이화학연구소(니켄) 그룹장 겸 규슈대 교수가 30번 원소 아연(Zn) 원자핵을 83번 원소인 비스무트(Bi)에 충돌시켜 만든 것으로 존재시간이 0.000344초에 불과하고 동위원소만도 6개나 돼 검증에 시간이 오래 걸렸다.　115번 원소는 러시아 핵연구공동연구소(JINR)의 중이온가속기가 설치된 러시아 수도 모스크바의 이름을 따서 모스코븀으로 명명됐고, 117번 원소는 연구에 참여한 미국 오크리지 국립연구소, 밴더빌트대, 테네시대가 위치한 테네시주에 착안해 테네신이라고 이름 붙였다. 테네신은 지금까지 알려진 118개의 원소 중 가장 질량이 큰 원소로 밝혀졌다. 미국 로런스리버모어 국립연구소와 러시아 JINR의 공동 연구로 만들어진 118번 원소는 연구진 리더인 유리 오가네시안 교수의 이름을 따 오가네손으로 불리게 됐다. 오가네손은 살아 있는 과학자의 이름을 따서 원소 이름이 지어진 두 번째 사례로, 첫 번째는 106번 원소 시보귬(Sg)으로 원소를 합성 및 발견한 미국 로런스버클리 국립연구소 글렌 시보그(1912~1999) 박사의 이름을 따서 지었다.　이번에 명명된 113번과 115번 사이에 있는 114번 원소인 플레로븀(Fl)은 1998년 러시아 JINR에서 처음 만들어진 인공원소로 94번 원소 플루토늄(Pu)과 20번 원소 칼슘(Ca)을 충돌해 생성됐다. 116번 원소인 리버므륨(Lv)도 2000년 러시아 JINR과 미국 로렌스리버모어 연구소에서 공동으로 만들어진 원소로 96번 원소 퀴륨(Cm)과 칼슘(Ca)을 충돌시켜 만들어졌다.　새로운 원소를 발견할 경우 발견한 국가나 발견자가 이름을 짓도록 돼 있다. 현재 주기율표 118개의 원소 중 나라 이름이 붙은 것은 31번 갈륨(Ga·프랑스의 옛 라틴어 이름인 갈리아), 32번 저마늄(Ge·독일), 44번 루테늄(Ru·러시아), 84번 폴로늄(Po·폴란드), 87번 프랑슘(Fr·프랑스), 95번 아메리슘(Am·미국)이다. 주기율표에 이름을 올리는 것은 노벨과학상 수상에 버금가는 영광으로 받아들이고 있다.　과학자들 특히 현대 화학자들은 세상의 모든 물질은 원소로 이뤄져 있다고 본다. 화학책을 한 번이라도 본 사람은 누구나 알고 있는 주기율표는 이런 화학자들의 세계관을 바탕으로 원소들을 원자번호 순서와 반복되는 화학적 성질에 따라 배열한 표다. 현재까지 알려진 원소는 총 118개로 자연계에 존재하는 원소는 92종, 나머지 26종은 인공적으로 만든 것이다.　주기율표는 1869년 러시아의 화학자 멘델레예프(1834~1907)가 처음 만든 것으로 알려져 있지만 그 이전에도 원소들을 성질에 따라 배열한 ‘원시 주기율표’는 있었다. 멘델레예프의 주기율표가 중요한 것은 여러 원소들의 알려진 원자량을 원소 성질에 따라 제대로 배열했을 뿐만 아니라 당시 알려지지 않은 여러 원소들의 원자량과 성질까지 정확하게 예측했기 때문이다. 　이덕환 서강대 화학과 교수는 “화학은 물질의 물성과 변환, 분석, 합성을 다루는 학문인데 이는 주기율표를 바탕으로 하고 있다”며 “주기율표는 물질의 화학적 성질을 알려주는 ‘보물지도’로 우리나라 중고등학교에서는 아직도 원소 이름을 외우는 것에만 집중하고 있는데 그보다 주기율표를 통해 나타나는 자연의 오묘한 규칙성을 이해하는 것이 더 중요하다”고 설명했다.　현재도 많은 과학자가 주기율표를 채우기 위해 인공원소를 만드는 연구에 뛰어들고 있다. 미국 로런스버클리 연구소와 러시아 JINR, 독일 중이온연구회의 3파전이던 것이 20세기 말부터는 일본 리켄도 투자를 늘리면서 4파전으로 바뀌고 있다. 우리나라도 기초과학연구원(IBS)에서 중이온가속기 건설을 추진하고 있어 2022년 본가동이 시작되면 인공원소 연구에 본격적으로 뛰어들게 될 전망이다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

일본은 주기율표에 이름을 올린 아시아 첫 번째 나라가 될 가능성이 커졌다. 원소 주기율표 113번째 자리는 일본 국명이 붙은 ‘니호늄’(Nh)으로 채워지는 것이 거의 확정적이다. 이는 일본이 기초과학 강국의 면모를 또 한번 각인시키는 계기이기도 하다. 국제순수·응용화학연합(IUPAC)은 8일 오후(현지시간) 홈페이지를 통해 113번 니호늄과 함께 115, 117, 118번 등 새로운 원소들의 이름을 공개했다. 115번 원소는 모스코븀(Mc), 117번 원소는 테네신(Ts), 118번은 오가네손(Og)로 제안됐다. IUPAC은 원소의 원자량, 화합물의 이름, 표준 실험 방법 등 화학과 관련한 중요 문제를 결정하는 국제기관이다. 원소 이름은 발견자나 발견 국가에서 제안할 수 있는데 이번에 나온 원소 이름들은 5개월 동안 학자들의 의견을 듣는 과정을 거쳐 이견이 없으면 올해 11월 8일 공식 명칭으로 결정된다. 전 세계 교과서에도 실린다. 주기율표를 새로 채운 4개의 원소 중 113번 원소는 2004년 처음 발견됐다. 당시 미국과 러시아, 일본이 서로 자기들이 먼저 발견했다고 주장해 주목받았다. 그러다 지난해 12월 31일 IUPAC이 ‘113번 원소의 주인은 일본’이라고 최종 판정하면서 일본이 권리를 가지고 갔다. ‘우눈트륨’이라는 임시명으로 불린 113번 원소 명칭으로는, 1~16족 원소에 붙는 ‘-이움’(ium) 앞에 일본의 영어식 명칭을 접목한 ‘자포늄’, 원소를 발견한 일본이화학연구소(리켄)의 이름을 딴 ‘리케늄’도 물망에 올랐다가 결국 니호늄으로 수렴됐다. 현재 주기율표 118개의 원소 중 나라 이름이 붙은 것은 31번 갈륨(Ga·프랑스의 옛 라틴어 이름), 32번 저마늄(Ge·독일), 44번 루테늄(Ru·러시아) 등 6개뿐이다. 인공원소를 만드는 연구와 관련해서는 미국 로런스버클리연구소와 러시아 핵연구공동연구소, 독일 중이온연구회가 치열하게 경쟁해 왔는데 20세기 말부터 일본 리켄도 투자를 늘리면서 바짝 추격하고 있다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr