유사시 총탄으로부터 우리 군 장병들의 생명을 지켜 주는 방탄복을 ‘꿈의 신소재’로 만드는 날이 머지않아 보인다. 26일 군 관계자들에 따르면 국방과학연구소(ADD)는 이달 초 미래 안보 환경에 효과적으로 대응하기 위해 ‘그래핀 방탄복 개발’을 미래 도전 국방 기술 연구·개발사업 과제 가운데 하나로 제안했다. 현재 군에서 쓰고 있는 신형 방탄복은 한 벌당 무게가 5㎏을 넘어 장병들 만족도가 떨어진다. 이에 총알·파편으로부터 장병들 신체를 안전하게 보호하면서도 가볍고 활동하기 편한 방탄복의 필요성이 높아지고 있다. 최근엔 꿈의 신소재로 불리는 ‘그래핀’(graphene)을 활용한 방탄복 개발 연구가 주목받고 있다. 흑연 구성 물질의 하나인 그래핀은 탄소로 이뤄진 2차원 벌집 구조의 나노 물질이다. 그래핀은 단위 질량당 흡수할 수 있는 충격에너지가 강철의 10배에 이를 정도로 우수한 강도를 갖춘 첨단 소재다. 이 때문에 그래핀 소재에 총알이 부딪치면 총알의 운동에너지가 순식간에 흡수·분산되면서 속도가 떨어진다. 하지만 그래핀 방탄복은 쉽게 상용화되지 못하고 있다. 그래핀 입자 간 계면 결합, 구조적 결함 문제 등으로 인해 높은 수준의 방탄 성능을 실현하는 데 어려움을 겪고 있다고 한다. ADD는 이 과제에 참여하려는 기관·업체의 제안서를 평가한 뒤 이르면 올 연말 그래핀 방탄복 연구·개발을 위한 협약을 맺을 계획이다. 선정된 연구팀은 앞으로 3년 동안 그래핀의 고기능성 복합 소재화를 통해 기존 방탄섬유·패널을 경량화하고 성능을 향상시키는 기술을 개발해야 한다.

SK매직이 신제품 ‘패브릭 소파형 안마의자’를 선보인다. 지난해 1만대 이상 판매될 만큼 소비자들의 호응을 얻은 ‘소파형 고급 안마의자’에서 디자인과 성능을 한층 높인 2022년형 모델이다. 방석과 등받이 부분에 ‘탈부착식 탑퍼’가 추가돼 명품 소파에 앉은 듯 편안한 착석감을 느낄 수 있다. 외부 소재는 변색에 강한 고급 패브릭이라 각종 얼룩과 손때 등 생활 오염을 방지할 수 있다. 안마의자 본연의 기능도 강화됐다. 38개의 에어백이 팔, 다리, 종아리와 발까지 몸 전체를 시원하게 마사지해 준다. 피로 해소, 스트레칭, 경락안마 등 8가지 자동 안마 프로그램을 지원한다. 부드러운 ‘연질 안마볼’을 이용한 ‘2차원(2D) 마사지 시스템’은 손 안마를 받는 듯한 느낌을 준다는 설명이다.

국내 연구진이 바이오센서에 사용되는 인공세포막의 수명을 기존 5일에서 50일 이상으로 10배를 늘리는데 성공했다. 한국과학기술연구원(KIST) 뇌과학창의연구단은 실리콘 기판 위에서 50일 이상 안정적으로 유지될 수 있는 세포막 인공구조물 개발에 성공했다고 22일 밝혔다. 이번 연구 결과는 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 실렸다. 세포막은 한 쪽은 물과 잘 섞이는 친수성, 다른 쪽은 잘 섞이지 않는 소수성의 이중막 형태를 갖고 있어 세포를 보호하는 일종의 바이오센서이다. 이 때문에 세포막을 흉내낸 바이오센서에 대한 연구가 활발하다. 문제는 인공세포막 형태를 유지할 수 있는 구조물 유지기간이 5일 이하로 짧다는 점이다. 인공세포막을 연구에 활용하거나 바이오센서 제작을 위해서는 최소 1개월 이상 유지되는 내구성이 필수적이다. 연구팀은 블록코폴리머라는 2개 이상 블록으로 구성된 고분자에 주목했다. 블록코폴리머는 친수성, 소수성 같은 서로 다른 특성의 블록을 반복적으로 길게 배열할 수 있다. 연구팀은 실리콘 기판 위에 지름 8㎛(마이크로미터) 크기의 구멍 수 만 개를 규칙적으로 만든 뒤 표면처리를 하고 구멍에 일정량의 블로코폴리머 용액을 넣어 건조시켰다. 여기에 전기장을 걸어 블록코폴리머 이중막 구조물을 만들어 비눗방울 같은 구형부터 튜브 같은 원통형까지 인공세포막의 크기와 모양을 마음대로 만들 수 있도록 했다.이렇게 만들어진 3차원 블록코폴리머 이중막 구조물 외부를 인체 구성성분과 비슷하면서 탄력성과 복원력이 좋은 다공성 하이드로겔로 채워 단단히 고정하면 50일 이상 안정적으로 유지되는 인공세포막이 형성된다. 연구팀은 이를 활용해 소장 내 상피세포를 흉내낸 인공장기 구조물을 제작하고 당류 분해효소를 결합시켜 인공장기 소재로 활용할 수 있음을 증명해 보였다. 김태송 KIST 박사는 “이번 연구는 2차원 평면형 구조물의 인공세포막을 3차원 구조물로 만들 수 있으며 유지기간을 10배 이상 늘렸다는데 큰 의미가 있다”며 “세포 기능을 닮은 초고감도 바이오센서, 신약개발을 위한 약물 스크리닝, 뇌신경 전달물질 및 호르몬 연구 등에 활용가능하다”고 설명했다.

그래핀(graphene). 탄소 원자를 벌집 모양의 격자 구조로 펼친 2차원 물질이다. 보통 사람들에겐 생소한 말이지만 산업계에서는 ‘꿈의 신소재’로 불린다. 강철보다 200배 이상 강하고, 두께는 머리카락의 100만분의1 정도로 얇으며, 열과 전기 전도성이 뛰어난 최첨단 나노 소재다. 유연성과 신축성도 좋다. 찰스 슈와브 세계경제포럼(WEF) 회장은 “그래핀이 가격 경쟁력까지 갖추면 제조업과 인프라 산업의 판도를 뒤흔들 것”이라고 예측했다.그래핀 1㎛(마이크로미터·100만분의1m)의 가격은 1000달러 이상으로, 그램(g)으로 환산하면 지구상에서 가장 비싼 물질이다. 세계적인 투자가 짐 로저스는 “그래핀은 4차 산업을 선도할 획기적인 신소재”라고 평했다. 이런 그래핀을 더이상 꿈속이 아니라 ‘현실의 소재’로 만든 홍병희(51) 그래핀스퀘어 대표를 지난 11일 경기 수원시 영통구 광교로 차세대기술연구원에서 만났다. ●‘그래핀 토스터’ CES에서 극찬 홍 대표가 만든 그래핀은 지난 5~8일 미국 라스베이거스에서 열린 세계 최대 정보통신기술(ICT) 전시회인 CES에 처음 선보였다. “그래핀은 사실 투명해서 소재 자체를 보여 주기는 어렵다. 그래서 그래핀을 응용한 투명 조리기구를 선보였다. 에디슨이 발명한 열선 토스터기를 100년 만에 대체하는 투명 발열 토스터를 시제품으로 만들어 들고 나갔다. 정말 인기가 많았고, 혁신적이라는 찬사를 많이 받았다. 식빵을 구워 줘서인지 우리 부스 앞에는 줄이 길었고, 문의도 많았다. 그래핀의 발열 원리를 이용한 것으로, 식빵이 구워지는 과정을 볼 수 있었다. 문의와 투자 제의도 많이 받았다.” 식빵이 ‘겉바속촉’(겉은 바삭하고 속은 촉촉한 상태)이니 고기를 구울 때 뒤집을 필요가 없다느니 하는 설명이 이어졌다. 하지만 세계적인 석학 슈와브나 로저스의 찬사를 받는 그래핀이 ‘겨우’ 식빵을 굽는 용도라니 하는 생각이 들었다. 이론적으로만 존재하던 그래핀을 처음으로 물질로 만든 안드레 가임과 콘스탄틴 노보셀로프 영국 맨체스터대 교수에게 2010년 노벨 물리학상을 안긴 업적을 생각하면 약간 맥이 풀렸다. 이런 표정을 눈치챈 홍 대표의 설명이다. “요즘같이 춥고 눈이 많이 오면 자동차 앞유리가 꽁꽁 얼어붙는다. 이를 녹이려면 현재 테슬라가 15분 정도 걸린다. 제상히터(유리창에 낀 성에를 제거하는 난방장치)를 가동하면 전기차의 생명인 배터리 소모도 심하다. 하지만 앞유리를 그래핀으로 처리하면 녹이는 데 5분도 채 걸리지 않는다. 작동 원리는 식빵 조리기구나 마찬가지다. 전기차의 앞유리에는 그래핀이 들어가는 것이 기술 표준이 되도록 추진하고 있다.”●치매·파킨슨병 치료 연구도 진행 아무리 전기차가 ‘슈팅’하는 산업이라곤 하지만 그래핀의 용도가 제상히터 정도인 것으론 부족하다. 허탈함을 달래 주듯 홍 대표는 5나노미터(㎚·10억분의1m) 이하의 반도체에서는 수율을 높이고 불량률을 낮추는 데 필수적인 마스크 기술에 그래핀이 적격이라고 설명했다. 그는 “실리콘이라는 소재가 실리콘밸리를 만들고 오늘날의 반도체와 정보기술(IT)로 꽃을 피우듯 그래핀도 플랫폼 소재”라고 강조했다. “그래핀은 반도체, IT, 배터리, 에너지, 자동차, 항공·우주 심지어 의료까지 온갖 분야에 다 쓰일 수 있다.” 그동안 현실 세계에 없던 소재가 등장했으니 홍 대표도 그 쓰임새가 어디까지일지 짐작하지 못했다. 그래핀을 크게 만들면 산업 용도로 쓰이지만, 극히 미세하게 만드는 작업도 병행하고 있다. “탄소 원자는 용해성이 좋고, 독성도 적다. 그래핀 양자점(그래핀을 나노 크기로 만든 것)이 동물 실험에서는 난치병 치료에도 효과가 있는 것으로 나타났다. 제약 및 바이오 전공자들과 함께 치매와 파킨슨병 치료 연구도 진행하고 있다. 이를 위해 회사 바이오그래핀도 설립했다.” 미국 국립의료원(NIH)과도 공동연구개발 계약을 맺었고 향후 임상시험도 함께할 예정이라고 밝혔다. ●한국 그래핀 양산 종주국 만들어 홍 대표는 어떻게 그래핀에 빠져들었을까. 포항공대에서 학사부터 박사 학위까지 받은 그는 2004년 미국 뉴욕 컬럼비아대로 유학 갔다. 그래핀 연구의 선구자 김필립 교수와 함께 흑연을 나노 크기로 잘라 그래핀을 만드는 과정을 연구하는 가운데 가임·노보셀로프 교수가 흑연 가루에 스카치테이프를 붙였다 뗐다를 반복하는 방법으로 그래핀을 만들었다. “초등학생도 할 수 있는 방법이어서 너무 허탈했다. 하지만 이런 방법으로는 대량생산하는 데 한계가 분명했다.” 2007년 귀국해 성균관대에서 그래핀 제조에 매달렸다. 탄소를 흑연에서 뽑는 것이 아니라 화학자답게 탄소와 수소로 구성된 메탄가스에서 수소를 분리해 내는 방법을 쓴 것이다. “메탄가스에서 구리를 촉매로 사용해 화학반응을 일으켜 수소를 분리하고 남은 탄소를 그래핀으로 만드는 ‘화학기상증착법’(CVD)으로 손톱 크기만 한 그래핀을 만드는 데 세계 최초로 성공했다. 이를 체계적으로 확대한 것이 ‘롤투롤’(R2R) 방식으로, 대량생산과 실용화의 길을 연 것이다. 롤투롤로 윤전기에서 신문을 찍어 내듯 고품질의 그래핀을 연속적으로 대량생산하는 게 가능하게 됐다. 한국을 그래핀 양산의 종주국으로서의 위치에 올린 기술이다. 80여개 대학과 연구기관으로부터 그래핀 샘플 요청이 쇄도했다. “당시엔 ‘무주공산’이란 말이 실감 났다. 발표 논문도, 특허도 다 세계 최초였고, 당시 우리 연구실이 하는 게 다 처음이었다.” 그가 2009년 발표한 ‘대면적 그래핀 합성법’과 2010년 8월호 네이처지 표지를 장식한 ‘대면적 그래핀 연속 합성법’ 논문은 2009년 이후 지금까지 화학 분야에서 인용도 1, 2위 자리를 지키고 있다. 홍 대표의 논문만으론 믿을 수 없었던 노벨상 수상자들이 수상 직전인 2010년 8월 한국을 방문해 그의 대량생산 방식을 직접 확인하기도 했다. 그래핀 제조와 관련된 국제특허도 80여건에 이른다. 2011년 서울대로 옮겼고, 이듬해에 교내 벤처로 그래핀스퀘어를 창업했다. ●‘그래핀밸리’ 약속에 본사 포항 이전 창업 10년째인 지난해 10월 본사를 경북 포항으로 이전했다. 그는 1만평에 이르는 공장 청사진을 보여 주면서 “제조업 기반의 벤처는 수도권에서는 땅값이 너무 비싸 공장을 차리기 어렵다. 포스코의 전폭적인 지원과 포항시와 경북도가 미국의 실리콘밸리처럼 그래핀 관련 기업들을 모으는 ‘그래핀 밸리’를 만들겠다고 한 약속을 믿고 이사했다. 포항에 연고가 없는 제자들도 따라가겠다고 한다”고 말했다. 세계 시장을 장악하기 위해 2024년까지 연간 10만㎡, 2025년까지 100만㎡를 생산할 계획을 세워 두고 있다. 글로벌 자동차사 GM과는 이미 시제품 공급 계약을 맺고 6년째 공동개발을 이어 가고 있지만 그래핀을 이용한 ‘킬러 제품’ 개발이 시급해 보인다. 기업 공개(IPO)에 대해 물었더니 홍 대표는 이르면 연말쯤 상장할 계획이란다. “당초 코스닥을 생각했는데 이번 CES 때 받은 투자 제의를 들여다보고 있다. 미국 뉴저지주가 그래핀 제조 공장 유치에 적극적이어서 미국 법인을 통한 나스닥 상장도 고려하고 있다.”

서울시립대학교는 본교 물리학과·스마트시티학과 장영준 교수 연구팀이 울산대 물리학과 김정대 교수 연구팀, 연세대 신소재공학과 알로이시우스 순 교수 연구팀과 공동으로 그래핀과 이차원물질 경계면에서의 속박 전하 현상을 밝혀 새로운 전자소자의 개발 가능성이 유망한 이종접합 구조를 구현했다고 20일 밝혔다. 연구팀은 “분자살켜쌓기(MBE) 증착기법을 사용해 그래핀 단일층과 ReSe2 단층의 이종접합 구조의 합성에 성공했고, 주사터널현미경(STM) 분석기법으로 이종접합면 사이에 존재하는 새로운 전하분포를 확인했다”며 “이 연구로 구현한 그래핀·이차원물질 이종접합의 속박 전하 현상은 이종접합을 이용해 고속 전자소자 특성을 조절하는 새로운 방향으로써 앞으로 전자소자, 광전자소자와 같은 분야에 응용할 수 있을 것”이라고 말했다. 연구 결과는 지난 14일 네델란드 엘세비어 출판사에서 발간하는 재료과학(코팅·박막)분야 최상위 국제학술지인 ‘Applied Surface Science (Impact factor: 6.707)’에 ‘Direct observation of trapped charges at ReSe2 and grapahene heterojunctions’라는 제목으로 게재됐다.

한국과학기술연구원(KIST) 광전소재연구단, 연세대 물리학과 공동연구팀은 스마트폰 같은 모바일 기기로도 3차원(3D) 디지털 홀로그램 영상을 만들 수 있는 기술을 개발했다고 24일 밝혔다. 이번 연구 결과는 나노과학 분야 국제학술지 ACS 나노에 실렸다. 3D 홀로그램은 편광필터가 포함된 대형 전용 카메라를 사용해야만 촬영할 수 있다. 연구팀은 레늄 디셀레나이드와 텅스텐 디셀레나이드라는 2차원 반도체 물질들을 이용해 편광필터 없이도 빛의 편광을 감지할 수 있는 광다이오드 소자를 개발했다. 이 소자를 이용해 3D 디지털 홀로그램을 찍을 수 있는 소형 홀로그래픽 이미지 센서를 만드는 데도 성공했다. 이 기술은 스마트폰만으로 3차원 야간투시, 바이오 분석, 문화재 디지털 복원 등 다양한 활용을 가능케 해줄 것으로 기대된다.

이미 컴퓨터에서 자취를 감춘 플로피디스크에 이어 서서히 사라지고 있는 장치가 바로 광학 디스크 드라이브 (ODD, Optical Disc Drive)입니다. 과거 하드디스크 용량도 적고 인터넷 속도도 상대적으로 느렸던 시절 컴퓨터에서 영상 감상 수단은 주로 CD나 DVD를 읽을 수 있는 ODD였습니다. 1990년대 나온 멀티미디어 PC에는 CD나 DVD 드라이브가 기본으로 탑재됐습니다. 여기에 데이터를 기록할 수 있는 ODD가 나오면서 한동안 데이터 백업용으로 큰 인기를 끌었습니다.  그러나 ODD의 시대는 블루레이로 넘어오면서 서서히 저물기 시작합니다. 영상을 온라인으로 시청하는 경우가 늘어나고 대용량 SSD와 하드디스크가 나오면서 굳이 거추장스럽게 CD나 DVD를 사용할 이유가 줄어든 것입니다. 데이터 센터에서도 미디어 저장 용량이 적은 광학 디스크보다 하드디스크나 자기 테이프를 백업용 저장 장치로 사용하고 있습니다.  하지만 광학식 데이터 저장 기술에는 하드디스크나 자기 테이프 같이 자성 물질을 이용하는 방식이나 낸드 플래시 메모리처럼 반도체 기반 방식에는 없는 장점이 있습니다. 저장 미디어가 저렴할 뿐 아니라 수명이 매우 길다는 것입니다. 따라서 저장 장치를 연구하는 과학자들은 대용량의 데이터를 반영구적으로 보존할 수 있는 새로운 광학 저장 기술을 연구하고 있습니다.  최근 주목받는 소재는 바로 유리입니다. 마이크로소프트의 프로젝트 실리카(Project Silica)는 순수한 실리카(SiO2)로 이뤄진 석영유리(silica glass)에 100펨토초 간격으로 레이저(femtosecond, 10^-15초)를 발사해 대용량 데이터를 영구 저장하는 프로젝트입니다.  레이저를 유리 내의 한 점에 모으면 1마이크로미터 이하 크기의 결정이 형성되는데, 이를 복셀 (Voxel)이라고 부릅니다. 복셀은 하드디스크처럼 평면으로 데이터를 저장하는 것이 아니라 유리 내부에 3차원적으로 쌓아 올릴 수 있어 막대한 양의 데이터를 보존할 수 있습니다. 더 중요한 사실은 데이터를 1만 년 동안 보존할 수 있을 정도로 안전성이 뛰어나다는 것입니다. 자기 물질이나 플라스틱이 아닌 유리이기 때문에 가능한 일입니다.  펨토초 레이저를 이용한 광학 데이터 저장 기술에 도전하는 곳은 마이크로소프트만이 아닙니다. 이 분야에서 선구자 중 하나인 사우스햄프턴 대학의 연구팀은 펨토초 광학 데이터 저장 기술의 단점이었던 느린 속도를 개선한 연구 결과를 광학 전문 학술지인 저널 옵티카 (Optica)에 발표했습니다.  사우샘프턴대학의 기술은 펨토초 레이저를 이용해 석영유리 안에 50-500nm 크기의 작은 이방성(anisotropic) 나노 결정을 만드는 방식입니다. 기본적으로 마이크로소프트의 프로젝트 실리카와 비슷하지만, 유리 내부에서 3차원적 위치를 지닌 복셀 한 개가 결정 구도와 결정 크기의 2차원의 광학 데이터를 담고 있어 5D 광학 데이터 저장 (5D optical data storage) 방식이라고 부릅니다.  이를 풀어서 설명하면 복셀 하나가 0과 1대신 0,1,2,3의 상태를 지닐 수 있어 MLC 낸드 플래시 메모리 셀처럼 더 많은 데이터 저장이 가능하다는 이야기입니다. 일반적인 광학 디스크 크기의 5D 광학 데이터 저장 디스크는 최대 500TB의 데이터를 저장할 수 있는데, 50GB 블루레이 1만 장에 해당하는 용량입니다.  하지만 유리 디스크 데이터 저장 기술은 데이터 기록 속도가 매우 느리다는 것이 큰 단점입니다. 연구팀은 새로운 방식을 도입해 초당 100만 개의 복셀 혹은 225kB/s의 데이터 기록 속도를 달성했습니다. SSD나 하드디스크를 생각하면 너무 느린 속도이지만, 앞으로 속도를 점점 높여 대용량 데이터의 영구 백업 시스템의 가능성을 보여준 연구 결과입니다. 연구팀은 8.8 X 8.8 mm 데이터 블록 네 개에 6GB 데이터를 저장한 프로토타입 디스크를 공개했습니다. (사진)  현재 우리가 사용하는 저장 장치의 수명은 생각보다 짧습니다. 물론 계속해서 복사하고 백업되는 과정에서 데이터는 사라지지 않지만, 데이터의 양이 폭발적으로 증가하면서 더 안전하고 고밀도로 데이터를 보존할 방법이 필요합니다. 유리가 그 대안이 될 수 있을지 앞으로 연구 결과가 주목됩니다.

집보다 덩치가 크고 집 위로 흘러가는 구름 위에 어린이가 있다면 무슨 의미일까? 서울 지하철 2호선 서대문역 8번 출구를 나오면 웨스트게이트 타워 앞 쌈지마당이 있다. 이 곳에는 넥타이 차림에 황금색 별 왕관을 쓴 어린 왕자 두 명이 있다. 한 명은 화강암으로 된 받침대에 앉아 있고 또 다른 한명은 서 있다. 앉아 있는 어린 왕자 옆에는 작은 집들이 있다. 어린 왕자는 두 발을 구름 위에 나란히 걸치고 있고, 그 아래에 집 두 채가 보인다. 또 다른 어린 왕자는 빨간 사과 나무 옆에 서 있다. 조각가 김정연(58)의 ‘꿈꾸는 마을’이라는 2010년 조각작품이다. 3차원의 조각과 2차원의 평면의 이미지가 결합된 작품이다. 작품은 두달여에 걸쳐 완성했다. 받침대는 경기도 포천의 화강암으로, 어린왕자와 나무는 브론즈로 만들었다.그는 “내 아들도 그렇지만 대체로 사춘기를 지나면서 어릴 때의 순수함과 열정은 사라지고 세상이 요구하는 잣대에 얽매여 살게 되더라”면서 “이상향을 꿈꾸고, 자연을 꿈꾸지만 획일적인 생활에 얽매일 수 밖에 없는 현대인에게 마음의 고향같은 편안한 휴식처를 제공하고자 이 작품을 만들었다”고 말한다. 김 조각가는 젊은 시절 가졌던 꿈과 희망을 접고 본인의 의사와 관계없이 살기 위해 생업에 매달리는 현대인의 고달픈 삶을 위로하는 작품활동을 주로 하고 있다. ‘부드러운 집 시리즈’ 등 집을 소재로 한 작품들이 많다. 이 작품 속 샐러리맨은 넥타이를 매고 있지만 성인이 아닌 황금빛 별 모양의 왕관을 쓴 어린 왕자 모습이다. 사람들이 어릴 때 가졌던 순수함이나 마음 속 품었던 꿈을 포기하지 말고 살아가기를 염원하는 바람을 어린 왕자 모습으로 조형화했다. 사과나무는 인간이 살아가는 자연을 상징한다.옛말에 가난한 사람은 추위보다 더위가 낫다는 말이 있다. 요즘은 어떤가. 입고 먹는 것은 큰 문제가 아니다. 반면 주거난은 여전하다. 부동산 시장 안정을 위한 정부 대책에도 불구하고 집값 상승세는 여전하다. 무주택자의 내집 마련의 꿈은 말 그대로 꿈이 되고 있다. 취업도 결혼도 못하는 사람들로서는 우울하지 않을 수 없다. 김 조각가가 꿈꾸는 마을을 통해 마음의 고향을 살려내듯 삶이 나를 옥죄고 지치게 할지라도 꿈많던 어린 시절을 떠올리며 다시한번 용기를 내어보자. 추운 겨울이 다가오지만, 그리고 아직 내 이름으로 된 집은 없지만 가슴 속 품었던 꿈을 이룰 수 있음을 잊지 말자.

국내 연구진이 손상된 기능을 스스로 고칠 수 있는 차세대 반도체 소자를 개발했다. 성균관대, 한국화학연구원, 국민대, 한국나노기술원, 세명대, 중국 상하이교통대 공동연구팀은 금속전극 대신 2차원 황화구리 전극을 이용해 자가치유 특성을 가진 2차원 이황화몰리브덴 기반 전자소자를 만드는데 성공했다고 26일 밝혔다. 이 같은 연구결과는 소재과학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈’ 표지논문으로 실렸다. 2차원 반도체 소재는 유연성과 투명성 등으로 차세대 반도체 소재로 주목받고 있지만 원자층 수준의 얇은 두께 때문에 반도체 소자 제작공정에서 쉽게 손상된다. 또 전극과 2차원 반도체 계면 결함 등으로 인해 전자가 효과적으로 이동하지 못해 소자 특성이 떨어지는 경향이 크다. 2차원 이황화 몰리브덴의 결함은 대부분 황 원자 결핍에 의해 발생된다는 점에 착안해 연구팀은 황화구리 전극은 소재 내에 존재하는 잉여 황 전자를 2차원 이황화 몰리브덴 황 원자 결핍 부위에 공급해 결함을 치유하도록 했다. 이런 결함치유 능력은 2차원 반도체 소재 내 전하 이동을 원활하게 만들어 소자특성을 향상시킨다는 장점이 있다. 실제로 자가치유 기능을 갖는 2차원 이황화 몰리브덴 기반 트랜지스터 소자는 현재까지 보고된 가장 높은 전자이동도를 달성했다. 소자의 높은 전자이동도와 광민감도를 나타내 차세대 유연기기, 웨어러블 기기의 핵심소자로 활용할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 차승남 성균관대 물리학과 교수는 “이번 기술은 소자의 수명, 동작 특성 등을 획기적으로 개선할 수 있는 만큼 과학기술 및 산업적 응용가치가 높을 것으로 예상된다”고 말했다.

차세대 인쇄전자 소자에 사용할 수 있는 고성능 전극 소재가 개발됐다. 유기용매에 분산된 2차원 구조의 ‘맥신(MXene) 잉크’를 제조하는데 성공한 것. 영남대학교 화학공학부 김세현(43) 교수 연구팀과 한국교통대가 공동개발한 이 맥신 잉크는 높은 분산성과 전도도로 인해 인쇄 공정을 통한 맥신 전극을 프린팅하는 데 세계 최초로 성공했다.렉시블 디스플레이나 웨어러블 전자기기 등 차세대 전자제품의 상용화에 기여할 수 있을 것으로 기대돼 학계와 산업계로부터 주목받고 있다. 기존 기술의 한계로 지적 받아온 맥신의 전기전도도 저하 문제를 완전하게 해결했다. 연구팀은 “전도도가 개선됐으며 유기용매에 맥신을 안정적으로 분산시켜, 전기수력학 프린팅 공정을 통해 대면적의 균일한 전극으로 패터닝 할 수 있었으며 논리회로에까지 적용할 수 있었다”고 밝혔다. 김 교수는 “이번에 개발한 맥신 분산 기술과 인쇄전자 기술이 플렉시블 디스플레이나 웨어러블 전자기기를 상용화 하는데 크게 기여할 것이라고 기대한다”고 말했다.

국내 연구진이 태양광 소자나 첨단 신약 개발에 도움을 줄 수 있는 세계 최고 수준의 전자카메라 기술을 개발해 주목받고 있다. 한국원자력연구원 초고속방사선연구실, 카이스트 기계공학과 공동연구팀은 극초단파 전자펄스의 타이밍을 100조분의 1초(10펨토초) 수준으로 측정하고 제어하는 기술을 개발하고 이를 초고속 전자카메라에 접목시켜 성능을 향상시키는데 성공했다고 5일 밝혔다. 이번 연구결과는 광학 분야 국제학술지 ‘레이저 앤드 포토닉스 리뷰스’에 실렸다. 극초단 전자펄스를 이용한 회절분석기법은 전자펄스의 짧은 펄스폭과 광속의 99.2%에 도달하는 속도를 활용해 차세대 전기, 전자소재 개발 등 다양한 첨단 산업연구에 활용되고 있다. 그렇지만 이같은 특성을 장시간 안정화하지 못하는 한계점이 있다. 연구팀은 이 같은 한계점을 극복하기 위해 ‘테라헤르츠파 스트리킹 기술’을 활용해 전자 펄스의 타이밍을 측정하고 제어하는 시스템을 구현했다. 테라헤르츠파 스트리킹 기술은 테라헤르츠파의 전기장에 전자 펄스를 가해서 진행방향을 바꾸는 것이다. 테라헤르츠파 스트리킹 기술 선결조건으로는 먼저 전자 펄스를 발생시키는데 필요한 레이저와 마이크로파 신호들의 정밀한 측정과 제어가 이뤄져야 한다. 연구팀은 이를 위해 레이저와 마이크로파간 정밀 동기화 시스템, 광펄스의 모니터링 시스템, 자석 기반 전자펄스 압축 시스템 등 레이저와 마이크로파, 전자빔 안정화 장치들을 구현하고 최적화했다. 그 결과 세계 처음으로 전자 펄스의 타이밍을 5.5펨토초를 4600초 동안 안정화하는데 성공했다. 기존 세계 최고 성능보다 4배나 향상된 시간 안정도 수준이다. 김정원 카이스트 교수는 “이번 기술을 활용하면 그래핀을 포함한 2차원 물질과 같은 첨단 물질들의 새로운 성질을 손쉽게 규명할 수 있어 다양한 태양광 소재개발은 물론 전자구름 관측, 신약 개발 등 기초과학과 산업연구에 모두 도움을 줄 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

국내 연구진이 소음을 차단하기 위해 스튜디오에 설치된 흡음재와 비슷한 원리를 이용한 전자기파 흡수체를 개발했다. 연세대 신소재공학과 연구팀은 얇은 알루미늄을 여러 층으로 쌓아 전자기파를 반사시키지 않고 흡수시키는 기술을 개발했다고 1일 밝혔다. 이번 연구결과는 나노과학 분야 국제학술지 ‘나노 레터스’ 최근호(1월 27일자)에 실렸다. 고성능 전자기기는 의도치 않게 주변기기에 전자기 간섭을 유발할 수 있다. 전자기파를 차단해 전자기 간섭을 막으려고 전기전도도가 높은 차폐재를 사용하지만 반사율도 높아 전자기파 재방사가 일어날 수 있다는 문제가 있다. 이 때문에 연구팀은 리튬과 전자기파를 잘 흡수하는 알루미늄으로 된 화합물을 이용해 2차원 알루미늄 박편을 제작하고 이를 크기에 따라 정렬시켰다. 이렇게 수많은 박편을 쌓아 수 십 마이크로미터(㎛) 두께 필름 형태의 무반사 흡수체를 만들었다. 연구팀은 흡수체 내 박편(계면)의 숫자가 증가할수록 반사율이 급격하게 감소한다는 것을 계산했다. 흡수체를 구성하는 알루미늄 나노 박편의 표면 사이 공간에서 다중내부반사가 일어나 전자기파를 효율적으로 흡수할 수 있었다. 실제로 전자기파 흡수체의 흡수 및 반사효율이 기존 전자기파 흡수·반사기술보다 1000배 이상 우수한 것으로 나타났다. 알루미늄 박편을 층상구조로 쌓아올리는 간단한 공정만으로도 5G 스마트폰, 사물인터넷(IoT), 레이더, 위성 등이 작동하는 주파수 대역인 기가헤르츠 주파수까지 흡수할 수 있다는 것이다. 심우영 연세대 교수는 “이번 기술은 전자기파를 잘 흡수하는 알루미늄을 아주 얇은 박편으로 만들어 흡수율은 유지하면서 반사율은 낮춘 흡수체를 개발하고 원리를 규명했다는데 의미가 크다”라며 “반도체 배터리를 포함한 전자정밀부품 산업과 헬스케어 분야, 국방 및 항공우주분야 등 다양한 산업분야에서 전자기파 차폐는 중요하게 활용될 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

희곡 부문 당선의 영예를 거머쥔 ‘블랙’은 수라상 위의 비빔밥 같다. 임대주택의 일조권 침해, 부실시공과 층간소음, 특수학교 건립에 반대하는 ‘님비’(NIMBY) 현상, 문맹으로 외톨이 된 독거노인, 결혼 제도에 저항하는 성적 지향, 현시대 청년의 암울한 미래 등 다양한 재료를 한데 버무려 그 고유의 색깔은 보존하면서도 전체가 하나 된 새로운 요리로 만들어 내었다. ‘블랙’의 미덕은 2차원 텍스트인 희곡에만 담겨 있지 않다. 종이 위의 글자들은 하나하나 치밀하게도 3차원 텍스트인 연극의 설계도로 기능한다. 이 설계도는 발칙하게도 진부함을 거부하고 생경함을 택한다. 두 주인공이 벽을 향해 해머를 치켜들 때 모든 재료는 다층적 의미망을 형성하며 무대 위에 형상화될 것이다. ‘쿵! 쿵!’ 디스토션(기타 소리를 거칠게 왜곡, 증폭하는 장치) 걸린 록 사운드에 맞추어 춤추는 해머질에 관객은 머리가 아닌 심장으로 동조하고, 작가의 목소리가 아닌 배우의 행동에 젖어든다. 무대와 객석의 벽은 허물어지고, 각각의 재료를 잉태했던 경계들의 벽도 허물어진다. 그렇게 우리네 삶 곳곳에 드리워진 칠흑 같은 어두움, ‘블랙’은 결국 걷히고야 만다. 희곡이란 무대라는 형상의 질료로 기능할 때 완전해진다. 그런 의미에서 ‘블랙’은 특히나 신춘의 희곡 쓰기가 지향해야 할 바를 뚜렷이 보여 주는 나침반과도 같은 작품이라 하겠다. ‘후두둑, 빗소리’와 ‘기계인형’도 수준작이다. 전자는 홈쇼핑과 택배, 1인 가구라는 소재로 언택트 시대의 인간 소외와 떠나간 이에 대한 그리움을 감성 짙게 녹여 냈다. 후자는 4차산업 시대의 도래에 맞추어 인공지능(AI)과 로봇 윤리, 인간과 로봇의 동행을 간결하면서도 힘 있는 필력으로 그렸다. 모두 서울신문 신춘문예의 미래를 보여 준 소중한 작품이었다.

‘서울갤러리 전시작가 공모’ 선정작가 이팔용 작가의 개인전 ‘스톤 스페이스(유토피아)’전이 서울신문(프레스센터) 1층 특별전시장에서 7일부터 12일까지 열린다. 이번 작가 공모전은 서울신문·서울갤러리가 주최하고 사단법인 한국예술문화단체총연합회, 한국미술협회가 후원했다.이팔용 작가는 돌을 그리는 작가다. ‘돌’이 생명력을 지니고 스스로 움직인다고 여겨 작품 소재인 ‘돌’에 특정한 의미를 부여하면서 그 자신의 모습과 주변의 모든 형상들의 이야기를 투사시켜 왔다. 이 작가의 작품에서 지속적으로 강하게 드러나는 상징물은 결국 작가의 심상일 수 밖에 없으며 기하학적으로 배치되고 평면적으로 구성된 돌들의 틈을 통해 또 다른 빛의 공간을 창출한다.이팔용 작가는 사실성을 높여주는 3차원적 공간묘사 대신에 돌의 표면 질감에 집중하는 2차원적인 묘사가 작업의 중심을 이루고 있는데 여기서는 대상의 재현이나 반영이 불필요해지고 무수한 작은 점을 찍어서 형상을 만들어내고 있다. 정교하게 묘사한 돌의 표면 이미지와 그 돌들 사이의 공간, 즉 빛을 단순하면서 과감한 화면의 컴포지션으로 ‘틈’이라는 또다른 공간을 표현하고 있다.이팔용 작가는 계명대 서양화과를 졸업했으며 대한민국미술대전 특선을 수상했다. 올해 스페이스링코갤러리 초대전을 비롯해 다수의 초대전을 했다. 이 작가는 순수한 행복이 넘쳐나는 아름다운 세상, 즉 ‘돌’을 통해 현실의 이상향(유토피아)을 실현코자 하는 소망을 투영하고 있다고 말한다.온라인뉴스부 iseoul@seoul.co.kr

DGIST 에너지공학전공 이종수 교수 연구팀은 빛을 전류나 전압으로 변환하는 포토트랜지스터에서의 새로운 이종접합 구조를 개발하고, 이를 이용해 광전류 생성 위치와 노이즈 전류 생성의 원인을 규명했다. 이번 연구는 향후 태양전지 및 다양한 광전류 생성 소재 및 소자 연구에 중요한 지표를 제공할 것으로 기대된다. 이차원 물질은 물질을 구성하는 원자들이 마치 종이처럼 얇게 하나의 층으로만 구성돼 있는 물질을 뜻한다. 그 중에서도 ‘전이금속 디칼코게나이드(TMDC)’는 우수한 물리적 성질과 전기적 특성을 지닌 차세대 반도체 물질로, 포토트랜지스터 제작 응용과 관련해 많은 관심을 받고 있다. 하지만 광전류 생성 원리 및 전하 균형 최적화 등 다양한 조건을 만족해야 한다. 이에 이 교수 연구팀은 광전류 생성에 충분한 에너지 확보를 위해 서로 다른 세 종류의 TDMC를 붙여 새로운 구조의 포토트랜지스터를 개발했다. 개발된 포토트랜지스터는 양극의 텅스텐 디셀레나이드(p?WSe2), 음극의 이황화텅스텐(n?WS2)과, 이황화몰리브덴(n?MoS2) 세 종류의 TDMC를 접합된 이종접합 포토트랜지스터로, 이 교수 연구팀은 개발한 포토트랜지스터를 이용해 광전류가 생성되는 정확한 위치 분석과 전류량 측정 연구를 진행하는데 성공했다. 이 교수 연구팀은 실시간 광전류 매핑시스템을 자체 개발해 광전류 생성의 정확한 위치를 정확하게 분석할 수 있도록 했다. 또한, 전자와 정공 사이의 전하 균형에 따라 플리커 노이즈와 샷 노이즈의 원인 분석 연구도 함께 진행했는데, 이는 연구가 부진했던 노이즈 측정법 연구를 통해 새로운 측정방식을 제안해 그 의미가 깊다고 할 수 있다. 이처럼 이번 연구는 향후 2차원 소재 및 하이브리드 소재를 이용한 태양전지, 광센서, 전계발광소자 개발에 필요한 광전류 생성 원리와 위치 등을 정확히 규명·추적했다는데 그 의미가 깊다. 이를 통해 향후 고효율 광전소자 개발에 중요한 지표를 제공할 것으로 기대된다. DGIST 에너지공학전공 이종수 교수는 “이차원 TMDC 소재의 우수성을 잘 활용하면 새로운 물성 확보 및 소자특성을 개선한 전자 및 광전소자 개발이 가능할 것이라는 생각에 연구를 시작하게 됐다”며 “아직은 실용화를 위해 다양한 연구가 추가적으로 필요한 상황이라 계속해서 연구에 집중해나갈 예정”이라고 말했다. 이 연구는 DGIST 에너지공학전공 나현수, 정민혜 석박통합과정생이 공동 주저자로 참여했으며, 한국연구재단의 중견후속과제 및 DGIST Pre-CoE 연구과제 지원하에 수행됐다. 연구결과는 재료과학, 물리학 분야의 최고 분야지중의 하나인 Advanced Science에 지난 8월 18일 게재됐다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

스텔스 기능에 전자파까지 완벽하게 차단, 흡수할 수 있는 소재가 개발됐다. 한국과학기술연구원(KIST) 물질구조제어센터, 고려대 KU-KIST 융합대학원, 미국 드렉셀대 재료과학과 공동연구팀은 기존 전자파 차폐 소재 한계를 극복한 초경량 전자파 차폐 및 흡수가 가능한 ‘맥신’ 소재 기술이 개발됐다. 이번 연구결과는 세계적인 과학저널 ‘사이언스’ 24일자에 실렸다. 최근 전자통신 장비의 고도화, 고집적화 경향으로 가볍고 전자파 흡수성이 우수한 소재의 필요성이 커지고 있다. 기존에는 전자파 차폐나 흡수할 때 전기전도성이 우수한 금속소재가 많이 활용됐지만 고집적 전자통신 장치에 적용하기가 쉽지 않았고 전자파 반사특성이 강해 반사 유해전자기파로 인해 2차 피해가 발생하는 문제가 있다. 연구팀은 2016년에 금속보다 가볍고 저렴하고 다양한 형태의 표면에 코팅이 가능한 2차원 나노소재로 금속보다 전자파 차폐 성능이 우수한 세라믹 소재인 Ti3C2 맥신을 개발한 바 있다. 기존 맥신 소재는 금속보다 우수했지만 여전히 반사 유해 전자기파가 일부 발생해 연구팀은 이를 개선하기 위한 추가 연구를 실시했다. 연구팀은 이번에 전자기파 반사를 최소화한 티타늄-탄소-질소 맥신화합물(Ti3CN)을 개발했다. 이번에 개발한 Ti3CN 맥신은 이전 것보다 전자파 차단율이 더 우수하고 흡수율도 높은 것으로 확인됐다. 실제로 머리카락 두께와 비슷한 약 40㎛(마이크로미터) 두께에서 116㏈(데시벨) 이상의 높은 전자파 차폐 성능을 확인했다. 구종민 KIST 물질구조제어센터장은 “이번에 활용된 맥신은 자연계에 존재하지 않는 인공 합성 나노소재로 고집적 모바일 전자통신 기기의 전자파 차폐 소재는 물론 스텔스 기술 등 다양한 분야에 활용이 가능하다”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

적당한 스트레스는 건강에 도움이 된다지만 현대인들 대부분은 과도한 스트레스를 받고 있다고 느끼는 경우가 많다. 스트레스를 적절히 관리하지 않으면 신체적, 정신적 질병에 시달리게 된다. 그렇지만 많은 사람들이 막연하게 ‘요즘 스트레스가 심해’라거나 ‘예전보다 스트레스가 줄었어’라고 말은 하지만 정확히 어느 정도인지를 파악하기는 쉽지 않다. 국내 연구진이 콘택트렌즈를 착용하는 것만으로도 눈물 속 호르몬을 측정해 스트레스 정도를 스마트폰으로 파악할 수 있는 기술을 개발해 주목받고 있다. 연세대 신소재공학과, 화학과, 기초과학연구원(IBS) 나노의학연구단, 명지대 화학공학과, 울산과학기술원(UNIST) 신소재공학부 공동연구팀은 눈물 속에 있는 스트레스 호르몬을 감지해 정확히 측정해 스마트폰으로 한 눈에 볼 수 있도록 하는 스마트 콘택트렌즈를 개발했다. 이 같은 연구결과는 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스’ 10일자에 실렸다. 스트레스 정도를 파악하기 위해서는 스트레스 호르몬인 코티졸 수치를 측정해야 한다. 이전에도 스트레스 호르몬 코티졸 측정 기술이 있기는 했지만 1년에 1~2번 정도 건강검진을 하거나 병원이나 전문 연구소를 찾아야 했다. 또 혈액을 채취해 전기화학 분석법이나 흡광 분석법 같은 방식으로 측정해야 해서 스트레스 지수를 실시간으로 측정할 수 없었다. 연구팀은 ‘꿈의 신소재’라고 불리는 2차원 물질 그래핀을 이용해 투명하고 유연하면서 무선통신이 가능한 코티졸 센서를 만들었다. 또 1차원 전도성 투명물질인 나노와이어를 그물망 구조로 만들어 신축성이 뛰어난 투명전극과 안테나를 만들었다. 연구팀은 초정밀 3D프린팅 기술로 만든 회로로 전극과 안테나, NFC칩 등 각 부품을 연결한 소프트 콘택트렌즈를 제작하는데 성공했다.이렇게 만들어진 소프트 콘택트렌즈를 착용하면 센서가 눈물 속 코티졸 농도에 따른 그래핀의 미세한 저항변화를 읽어내 스트레스 수치를 실시간으로 검출해 내는 원리이다. 이렇게 읽어낸 코티졸 농도는 렌즈 속 NFC칩을 통해 스마트폰으로 무선 전송된다. 렌즈를 착용후 스마트폰을 눈 주위로 가까이 가져가면 스트레스 지수를 스마트폰에 자동으로 전송돼 확인할 수 있게 되는 것이다. 연구팀은 콘택트렌즈를 실제로 착용한 뒤 성능과 안전성을 실험했는데 렌즈가 실제 착용상태에서도 정상 작동할 뿐만 아니라 렌즈에서 발생하는 열과 전자기파가 인체에 무해한 수준이라는 것이 확인됐다. 또 콘택트렌즈를 세척액이나 보관액에 담긴 뒤에도 형태와 기능이 그대로 유지되는 것도 관찰됐다. 박장웅 연세대 신소재공학과 교수(IBS 나노의학연구단 연구위원)는 “이번에 개발한 스마트 콘택트렌즈는 스트레스 수치를 실시간으로 정확하고 간단히 측정해 일상 속에서 스트레스 관리를 할 수 있도록 도울 수 있다는데 의미가 있다”라며 “이번 기술에 적용된 웨어러블 형태의 스마트폰 호환 센서는 모바일 헬스케어 기기의 플랫폼에 사용될 수 있을 뿐만 아니라 다양한 의료기기에 적용될 수 있을 것”이라고 말했다.다. 유용하 기자 edmondy@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

국내 연구진이 화학산업은 물론 제약산업에서 다방면으로 쓰이는 과산화수소를 저렴하면서도 친환경적이고 생산효율을 8배 가량 높일 수 있는 촉매기술을 개발해 주목받고 있다. 기초과학연구원(IBS) 나노입자연구단, 서울시립대 화학공학과, 포항가속기연구소 공동연구팀은 산소와 물만으로 화학산업의 ‘쌀’로 불리는 과산화수소를 저렴하게 생산해 낼 수 있는 방법을 개발했다고 13일 밝혔다. 이번 연구결과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘네이처 머티리얼즈’ 14일자에 실렸다. 이번에 개발된 기술은 기존에 사용되던 촉매보다 2000배 가량 저렴해 가격, 효율, 환경 문제를 모두 해결한 것으로 평가받고 있다. 과산화수소는 치약, 주방세제 같은 생활용품은 물론 폐수처리장, 멸균과 살균이 필요한 의료현장, 불순물 제거가 필수적인 반도체 공정 등 다양한 화학, 의료, 환경분야에서 활용되는 화학물질이다. 과산화수소 분자식을 보면 원자 2개, 산소 원자 2개가 결합된 형태이기 때문에 이론적으로는 수소기체, 산소기체, 물만으로도 합성이 가능하지만 실제 세 종류만으로는 활성이 낮아 거의 활용되지는 않는다. 현재는 과산화수소를 만들 때 안트라퀴논을 유기용매에 녹인 뒤 값비싼 귀금속인 팔라듐으로 만든 촉매를 이용해 산화, 환원반응을 거쳐 만들어 진다. 비싼 촉매를 이용해 다단계를 거치기 때문에 에너지 효율이 낮고 유기 용매를 사용하기 때문에 환경오염을 일으킨다는 단점이 있다. 연구팀은 철이나 코발트, 니켈 같은 저렴한 원자가 그래핀 위에 놓여있을 때 전기화학적 반응 효율이 높아진다는 점에 착안했다. 실제로 연구팀은 계산화학적 방법을 이용해 촉매 활성 조절이 가능하다는 것을 확인하고 꿈의 신소재라고 불리는 2차원 그래핀 위에 저렴한 코발트 원자를 올린 형태의 촉매를 만들었다. 팔라듐으로 촉매를 만들었을 때보다 가격이 2000분의 1 수준에 불과하다. 연구팀이 개발한 코발트-그래핀 촉매를 산소포화 수용액에 넣고 전기를 가하면 별도의 화합물이나 복잡한 공정없이 간단히 과산화수소를 생산할 수 있는 것이다.1㎏의 촉매를 사용했을 때 하루 341.2㎏의 과산화수소를 생산할 수 있어 현재 가장 효율이 높다는 귀금속계 촉매보다 8배 이상 생산효율이 높은 것으로 평가받고 있다. 이번에 개발한 촉매는 110시간 이상 연속 생산을 한 뒤에도 성능이 98% 이상 유지되는 것도 관찰됐다. 이와 함께 기존 촉매와는 달리 반응 후 회수해 재활용할 수 있다는 장점을 갖고 있기 때문에 폐촉매 발생 같은 환경문제도 일으키지 않는다. 현택환 단장(서울대 화학생물공학부 석좌교수)은 “최근 초정밀 반도체, 정밀 기계부품 기술이 발전하면서 과산화수소 수요도 증가하고 있는 만큼 저렴하고도 높은 효율로 생산할 수 있는 방법이 필요한 상황”이라며 “이번 연구는 과산화수소를 환경친화적이며 경제적으로 생산할 수 있게해줄 뿐만 아니라 화학산업 전반의 생산성 향상에도 도움을 줄 것으로 기대한다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

자동차가 처음 만들어진 것은 1482년이다. 르네상스 시대 천재인 레오나르도 다빈치가 만든 태엽으로 움직이는 자동차가 바로 그것이다. 이후 폴란드 시몬 스테빈이 1569년 풍력자동차를 만들었고 1769년 니콜라스 조셉 퀴뇨가 증기자동차를 선보였으나 상용화에는 실패했다. 현재와 같이 휘발유로 움직이는 내연기관 자동차는 1885년 독일의 칼 벤츠가 처음으로 만들었다. 자동차가 처음 만들어진 19세기 말부터 20세기 말까지만해도 자동차는 기계장치라는 개념이 강했지만 최근 들어 전기자동차가 늘어나고 자동차 내부에 각종 전자기기들이 장착되면서 이제 자동차는 더이상 기계장치가 아닌 전자제품이 되가고 있다. 자율주행차 시대가 되면 자동차는 그야말로 각종 반도체 칩과 부품들로 가득 차게 될 것이다. 문제는 각종 전자부품들이 들어가 작동하면서 발생하는 전자파들이 간섭현상을 일으켜 기기오작동의 우려도 그만큼 커지고 있다. 자동차 업계도 전자파 간섭현상을 해결하기 위해 금속필름으로 기판을 덮는 등 방법을 강구하고 있지만 제작비용이 비싸고 모든 부품에 사용할 경우 그만큼 자동차의 무게가 무거워져 연비가 떨어질 수 있다는 문제가 생긴다. 국내 연구진이 전자파 간섭현상을 막을 수 있는 2차원 나노재료를 개발하고 이를 상용화할 수 있는 기술까지 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST) 물질구조제어연구센터 연구진은 전기전도성이 우수해 금속필름보다 전자파 차폐 소재로 우수한 성질을 보이는 2차원 나노물질 ‘맥신’을 개발하고 상용화를 앞당길 수 있는 유기잉크 제조기술을 개발했다고 22일 밝혔다. 이번 연구결과는 나노분야 국제학술지 ‘ACS 나노’에 실렸다. 전자파를 막을 수 있는 차폐효율은 전기전도성이 높을수록 높아진다. 연구팀이 개발한 맥신은 전기전도성이 높고 수용액을 이용해 쉽게 만들 수 있기 때문에 전자파 차폐나 전극패턴 소재로 제작하기 용이하기 때문에 2차전지, 대용량 축전지, 가스센서, 바이오센서 등 다양한 활용이 가능하다.문제는 맥신은 제작과정에서 물분자나 산소에 의해 산화되기가 쉬워 예상 전기전도도를 갖지 못하는 경우가 발생한다는 것이다. 또 맥신은 물과 화합하기 쉬운 친수성이기 때문에 반대성질인 소수성을 갖는 고분자 재료들을 활용하기에 한계가 있다. 마치 물과 기름이 섞이지 않는 것과 마찬가지이다. 맥신이 상용화되기 위해서는 반드시 넘어야할 과제 중 하나이다. 연구팀은 이런 문제점을 개선하기 위해 2차원 맥신 입자에 화학적 표면처리를 통해 소수성을 갖도록 한 맥신 유기용매를 개발함으로써 산화도 막고 소수성 고분자물질과도 쉽게 섞어 사용할 수 있도록 했다. 연구를 이끈 구종민 KIST 센터장은 “맥신 유기분산 잉크를 개발함으로써 산화 안정성 뿐만 아니라 소수성 물질과도 혼합해 사용할 수 있는 만큼 전자파 차폐, 전극소재 등 다양한 분야에 적용할 수 있게 될 것”이라며 “이번 연구를 통해 대량생산 상용화 공정을 개발하는데 한 걸음 더 다가섰다”고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr