◇ UNIST, 고성능 2차원 유기 반도체 소재 합성 성공

울산과학기술원(UNIST)은 '무기 반도체'에 못 미치던 성능을 보완한 새로운 '2차원 유기 반도체 소재'를 합성했다고 30일 밝혔다.

UNIST에 따르면 에너지화학공학과 백종범 교수 연구팀은 '방향족 고리화 반응'을 통해 '에이치피-펜(HP-FAN) 2차원 유기 고분자 구조체'를 합성했다.

이 물질은 반도체로 활용하기 적절한 밴드갭(하나의 전자가 결합 상태에서 벗어나는 데 필요한 최소량의 에너지)과 높은 점멸비(점멸비가 클수록 반도체에 흐르는 전류의 양을 효과적으로 제어 가능), 전하이동도를 가지고 있어 실제 반도체 소자로 활용할 수 있다.

현재 사용되고 있는 실리콘 반도체(무기 반도체)는 딱딱하고 무거워 돌돌 말리는 디스플레이나 입는 전자기기에 적용하는 데 한계가 있다.

이를 대체할 반도체 물질로 그래핀이 주목받았으나 밴드갭이 너무 작아 점멸비가 낮고, 반도체 내에서 전류 흐름을 통제하기 어렵다는 문제가 있었다. 이에 그래핀의 대안으로 유기 반도체 연구가 활발히 진행 중이다.

◇ 반도체·2차전지 등 6대 전략기술 '특허 기반 연구개발' 지원

특허청은 반도체 등 전략기술 개발과 원천·핵심 특허 확보를 위해 국내 중소·중견기업과 대학·공공연구소를 대상으로 개별기관 맞춤형 '특허 기반 연구개발'(IP-R&D) 전략을 지원한다고 30일 밝혔다. 

이에 따라 초격차 전략기술 경쟁력 강화를 위한 반도체·디스플레이, 2차전지, 수소의 3개 분야 17개 과제와 미래기술 선점을 위한 첨단모빌리티, 인공지능·로봇, 사이버보안의 3개 분야 17개 과제까지 총 34개 지원과제와 기관을 선정했다.

선정된 기관은 엠에이티플러스(반도체·디스플레이), 인지컨트롤스(2차전지) 등 25개 중소·중견기업과 한국에너지기술연구원(수소), 국민대 산학협력단(인공지능·로봇) 등 9개 대학·공공연구소다.

◇ 에너지연, 캐나다와 에너지기술 국제협력 강화

한국에너지기술연구원(KIER)이 캐나다 천연자원부(NRCan)와 에너지환경 기술협력 업무협약을 체결하고 에너지 기술분야 국제협력에 나섰다.

에너지연은 31일 일산 킨텍스에서 에너지연 김종남 원장, 곽지혜 재생에너지연구소장, 캐나다 천연자원부 존 하나포드(John Hannaford) 차관, 앤드류 하스웰(Andrew Haswell) 국제통상정책국장, 주한캐나다대사관 대리대사 등이 참석한 가운데 업무협약을 체결했다고 1일 밝혔다.

양 기관은 향후 5년간 CCUS(탄소포집·활용·저장기술), 스마트그리드, 빌딩, 배터리, 수소 등 청정에너지 기술 분야에서 상호관심 주제 탐색, 공동연구 및 인적교류를 촉진할 예정이다. 

또한 기존 CanmetENERGY 연구소에서 천연자원부로 네트워크를 확대해 천연자원부 연구조직 중 에너지연과의 기술 분야가 밀접한 CanmetENERGY, CanmetMATERIALS, CanmetMINING과의 향후 국제협력이 확대된다.

◇ 전기차 화재 유발 리튬이온배터리 내부 들여다본다

한국과학기술연구원(KIST)은 1일 안재평 연구자원·데이터지원본부 본부장이 이끄는 연구팀이 직접 개발한 배터리 분석 플랫폼으로 실리콘 음극재를 사용한 리튬이온배터리가 팽창하는 과정을 실시간으로 관찰하는 데 성공했다고 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 '미국화학회(ACS) 에너지 레터스' 7월 8일자에 발표됐다.

리튬이온배터리의 성능과 수명은 충·방전하는 과정에서 양극재, 음극재 등 내부 전극물질의 영향을 받는다. 하지만 배터리 주요 소재들은 대기에 노출됐을 때 오염되거나 특성이 변하기 때문에 배터리 내부에서 일어나는 일을 관찰하기 어려웠다.

안 본부장은 2008년부터 배터리 소재의 광학적·전기적·기계적 특성을 관찰하고 구조를 분석할 수 있는 배터리 분석 플랫폼을 개발했다. 투과전자현미경(TEM), 원자단층현미경(APT), 집속이온빔(FIB) 등을 하나의 시스템으로 통합해 한 번에 다각적으로 분석할 수 있는 장비다. 안 본부장은 "다양한 관측을 위해 시료를 옮기는 과정에서 대기에 노출되는 것이 배터리 소재에서는 치명적"이라며 "진공 상태 키트를 장비 간 이송장치로 움직이며 오염 걱정 없이 소재 변화를 관찰할 수 있다"고 말했다.

◇ 국과연, 극한 환경서 무인 자율주행차량 운용 자료 확보

국방과학연구소(ADD)는 강우·강설·연막·먼지 등 열악한 환경에서 무인 자율주행차량의 주행을 위한 데이터를 국제 공동연구로 확보했다고 30일 밝혔다.

ADD는 2020년 3월부터 약 2년 6개월간 컴퓨터 비전 및 데이터 처리 분야 기술력을 가진 싱가포르의 국방과학연구기구 DSO와 공동 연구를 수행해 이런 데이터를 얻었다.

ADD는 강설·연막 조건, DSO는 강우·먼지 조건에서 각각 RGB센서·근적외선(NIR)·단파적외선(SWIR)·장파적외선(LWIR)·3D 라이다·레이더 등의 센서로 구성된 다중센서 데이터 획득 장치를 활용해 데이터를 확보했다.

두 기관은 열악한 환경에서 각 센서의 성능 저하에 대한 분석을 수행하고 환경 조건에 따른 특성을 확인했다. 또 현재 활용 중인 주행 가능 영역 알고리즘과 물체 탐지 알고리즘에 센서 데이터를 입력해 각 알고리즘의 한계를 파악했다.

◇ 원하는 빛 골라서 반사하는 거울 개발…디스플레이에 활용 가능

국내 연구진이 원하는 빛만 골라서 반사하는 거울을 개발했다.

포항공대(포스텍) 화학공학과 이기라 교수 연구팀은 성균관대 화학공학·고분자공학부 권석준·유필진 교수 연구팀과 공동연구를 통해 초고굴절률 메타물질을 개발해 이 메타물질과 고분자를 결합한 반사경을 제작했다고 29일 밝혔다.

메타물질은 자연에 존재하는 원자를 모사한 인공원자로 이뤄진 새로운 물질이다. 기존 물질이 제공하지 못하는 음굴절 및 초고굴절 등 다양한 광 특성을 다양하게 제어할 수 있다. 이런 특성 때문에 메타물질을 이용한 초박막 평면렌즈, 고해상도 홀로그램, 투명망토 등 새로운 광학기기를 구현하기 위한 연구가 전 세계적으로 활발하게 이뤄지고 있다.

다만 굴절률이 높은 메타물질은 아직 설계부터 제작까지 많은 어려움이 있다. 연구팀은 동그란 금 나노 입자를 조립해 1나노미터(㎚, 10억분의 1ｍ) 간격으로 균일하게 배열된 메타물질을 개발했다.

◇ 포스텍 연구팀, 쉽게 오염되지 않는 열교환기 개발

포스텍은 화학공학과 이효민 교수·통합과정 류민씨 연구팀이 삼성전자 종합기술원 강진규·최형우 박사와 공동 연구를 통해 쉽게 ‘오염되지 않는’ 열교환기를 개발했다고 31일 밝혔다. 열교환기에 적용된 윤활액 코팅의 지속성을 크게 높였다고 설명했다.  

일반적으로 열교환기의 표면을 젖지 않게 해 오염물이 달라붙지 않도록 하는 데는 다양한 방법들이 사용된다. 이 중에서도 최근 각광받고 있는 윤활액 코팅의 경우 윤활액의 지속성이 떨어질 뿐만 아니라 기저 기판의 산성비에 의한 부식을 효과적으로 보호하기 어렵다는 문제가 상존해 왔다. 

연구팀은 이번에 윤활액에 실리카(Silica) 나노입자층을 덧씌워 이러한 한계를 극복했다. 그 결과 나노입자층이 윤활액을 붙잡으며 지속성이 크게 향상돼 열교환 성능의 윤활액 손실로 인한 성능 저하 문제를 해결했다. 

이 열교환기는 실리카 나노입자층과 윤활액으로 인해 외부 충격에도 안정적으로 구동했다. 또한, 먼지나 기름에 의해 쉽게 더러워지지 않았을 뿐만 아니라, 항균성과 내산성도 뛰어난 것으로 연구됐다.

◇ 연세대 연구팀 "온실가스 저감돼도 지구온난화 되돌리기 어렵다"

연세대학교 안순일 교수(대기과학과/비가역적기후변화연구센터) 연구팀이 대기 중 온실가스 농도를 산업화 이전으로 줄이더라도 기후를 원래 상태로 회복시키기는 어렵다고 2일 밝혔다. 연구 결과는 국제 학술지 '네이처 기후변화(Nature Climate Change)'에 지난 1일(현지 시각) 게재됐다.

지구온난화로 인한 피해는 이미 전 지구적으로 관측되고 있어 이러한 피해를 줄이기 위해 파리협정과 같은 온실가스 저감 노력이 지속되고 있지만, 미래에 증가한 온실가스 농도를 현재 수준으로 감소시키더라도 지구의 기후가 이전 상태로 회복될 수 있을지에 대해서는 명확하게 밝혀지지 않았다.

이를 해결하기 위해 연세대 안순일 교수 연구팀은 KISTI 국가슈퍼컴퓨팅센터 슈퍼컴퓨터를 활용해 대기 중 이산화탄소 농도를 현재 상태로 되돌리는 기후 모형 시뮬레이션을 수행하고, 기후 회복성을 정량적으로 측정할 수 있는 방법을 개발해 슈퍼컴퓨터 시뮬레이션 결과에 적용했다. 이로부터 온실가스 배출 및 저감에 대한 기후 회복성을 보여주는 '기후 회복성 지도'를 세계 최초로 완성했다.

◇ 부경대 연구팀, 미세자기장으로 IoT 센서 구동 신기술 개발

부경대는 재료공학전공인 황건태 교수 연구팀은 한국재료연구원 장종문 박사팀, 한국해양대 이삼녕 교수팀, 영남대 류정호 교수팀과 함께 다기능 IoT 센서를 구동할 수 있는 현존 최고 출력의 '자기장 구동형 하이브리드 에너지 하베스팅 소자'를 개발했다고 1일 밝혔다.

4차 산업의 핵심기술로 떠오른 IoT는 다기능 센서와 무선통신 기능을 결합해 국가기반 시설의 무인감시와 조기경보 등 사회와 산업 전반에 활용될 수 있다.  

다만, IoT 센서에 전기 에너지를 원활하게 공급하는 것이 관건이다. 수많은 IoT 센서의 배터리를 일일이 교체하는 게 비효율적이고, 사람의 접근이 어려운 곳에 설치된 IoT 센서는 주기적으로 배터리를 교체하기도 어렵다. 

이 때문에 우리 주위 어디에나 있는 전력선에서 필연적으로 발생하는 미세전기장을 수집해 에너지로 변환하는 기술에 관한 연구가 활발하게 진행돼왔다. 

'자기장 에너지 하베스팅'으로 불리는 이 기술은 현재까지 에너지 발전 출력이 수 밀리와트(mW) 수준으로 매우 낮고, 수십 mW를 소모하는 다기능 IoT 센서의 실시간 구동은 불가능했다.

◇ 한국공대 이성남 연구팀 '모노리식 풀컬러 마이크로 디스크형 LED' 개발

경기 시흥시 한국공학대학교는 최근 이성남 나노반도체공학과 교수 연구팀이 '습식식각공정을 이용한 모노리식 풀컬러 마이크로 디스크형 LED'를 개발했다고 28일 밝혔다.

이와 함께 관련 기술의 논문은 해당 분야에서 세계적으로 권위있는 학술지 '미국화학학회 응용나노재료(ACSApplied Nano Materials)' 2022년 7월6일 자 온라인판에 게재됐다.

이 교수팀은 질화물계 반도체 발광다이오드(이하·LED)를 마이크로 LED 디스플레이 광원으로 사용할 수 있도록 기존의 건식 식각 공정을 대신한 식각 손상이 거의 없는 습식 식각 공정 기술을 개발했다.

이와 함께 하나의 웨이퍼에서 적색, 녹색 및 청색이 모두 발광 가능한 반분극 질화물계 마이크로 디스크형 풀컬러 모노리식 LED 소자 기술을 개발하는 데 성공했다고 학교측은 설명했다.