◇ 가톨릭대 공동 연구팀, 뼈·연골 재생용 3D 프린팅 기술 개발

12일 가톨릭대학교에 따르면 가톨릭대 공동 연구팀이 뼈·연골 조직 재생용 3D 프린팅 생체소재의 기계적 물성과 생체 친화성을 동시에 향상시키는 기술을 개발했다.

그간 인공관절 소재로는 폴리에테르에테르케톤(이하 PEEK)이 주로 사용돼 왔다. PEEK는 뼈와 물리적 특성이 유사해 응력 차폐를 방지하는 장점이 있지만 골 조직과의 융합성이 낮다는 한계가 있다. 이 때문에 PEEK을 사용할 땐 표면에 타이타늄 등 생체소재를 코팅, 골 조직과의 부착성을 높여야 했다.

연구팀은 이런 단점을 보완하기 위해 ‘나노표면 형상 3D 프린팅 기술’개발에 착수했다. PEEK 필라멘트 위에 산화타이타늄 나노입자를 먼저 부착한 뒤 압출 응용하는 방식으로 3D 프린팅을 진행한 것. 좁은 노즐을 통과한 나노입자는 PEEK 표면에 견고한 엠보싱 형상으로 출력됐으며, 이후 나노 엠보싱 형태의 표면을 갖는 지지체 위에 수산화아파타이트를 코팅했다.

◇ 신라대 연구팀, 항균·항바이러스 기능을 가진 활성탄소 개발

신라대학교는 최근 산학협력단 연구팀이 항균·항바이러스 기능을 가진 활성탄소를 개발해 공기 순환 장치 생산에 성공했다고 12일 밝혔다.

신라대 산학협력단 사업지원팀 정재용 박사 연구팀은 지난해 산업통상자원부와 한국탄소산업진흥원이 지원하는 ‘탄소융복합소재부품 실증사업’에 선정돼 탄소 중립 및 탄소 경제기반 6대 탄소 소재의 시장 창출과 기술 확산을 위한 연구를 진행해 왔다.

연구팀은 전도성 금속이 첨가된 활성탄소를 개발하고, 항균·항바이러스 특성 시험 평가에서 99.9% 이상의 항균 작용과 코로나 바이러스를 감소시키는 결과를 도출해 냈다.

또 개발한 활성탄소를 ㈜힘펠, 카본솔루션, 유니즌 등 협력기업과 함께 필터로 제작해 공기 순환 장치에 달아 실증을 진행했다.

◇ 한국재료연구원, 화재 원인 풀어낼 '열쇠' 찾았다

한국재료연구원은 재료정밀분석실 강주희 박사 연구팀이 한국전기안전공사 전기안전연구원 전기재해연구센터와 공동 연구로, 미세조직 데이터와 머신러닝을 활용해 화재 원인 규명의 열쇠가 되는 '구리전선 단락흔 정량 판별법'을 세계 최초로 개발하는 데 성공했다고 15일 밝혔다.

전기화재 현장에서 발견되는 구리전선 용융흔은 화재 발생 원인에 따라 종류가 다르지만, 복잡하고 다양한 화재 환경으로 인해 화재조사관의 경험과 직관에 의존한 단락흔 판별법만으로는 원인 규명에 한계가 있었다.

그러나 연구팀이 개발한 구리전선 단락흔 정량 판별법은 그동안 화재조사관의 육안과 광학현미경을 통해 판단해온 직관적 판별법이 아닌, 전자현미경을 이용한 디지털 미세조직과 머신러닝을 활용한 새로운 정량적 판별법이다. 연구팀은 전자후방산란회절(Electron Backscatter Diffraction, EBSD) 기법을 활용해 디지털 미세조직 인자를 추출하고, 데이터 분석과 머신러닝으로 새로운 판별법을 제시했다.

◇ 美 과학자들, 무한 청정에너지 '핵융합' 실현 돌파구 열었다

미국 과학자들이 핵융합 발전으로 ‘순(純) 에너지’를 생산하는 데 성공했다. 순 에너지는 에너지를 만드는 데 소모한 에너지보다 발생 에너지가 많다는 의미다. 핵융합 발전은 태양이 에너지를 만들어내는 방식과 같아 ‘인공태양’으로 불린다. 미국 정부는 이번 성과로 무한 청정에너지로 불리는 핵융합 발전을 실현하는 데 필요한 중대 돌파구를 마련했다고 선언했다.

제니퍼 그랜홈 미국 에너지부 장관은 13일(현지시간) 산하 ‘로런스 리버모어 국립연구소(LLNL)’의 핵융합 연구시설인 ‘국립점화시설(NIF)’ 연구팀이 지난 5일 순에너지를 생산하는 데 성공했다고 발표했다. 그랜홈 장관은 “핵융합을 실현하는 데 획기적 성과”라며 “이번 이정표는 더 많은 발견으로 이어질 것”이라고 말했다. 

핵융합은 중수소(2H)와 삼중수소(3H) 같은 가벼운 원소의 원소핵들이 결합해 무거운 원자핵으로 변하면서 에너지를 내놓는 현상이다. 태양이 열을 내는 원리와 유사해 '인공태양'이라 불린다. 우라늄과 플루토늄 등 무거운 원소를 쪼개 에너지를 내는 핵분열을 통한 원자력 발전과 반대되는 개념이다.

◇ 생명 현상 열쇠 '카이랄성' 정밀 측정·분석 방법 찾았다

분자의 카이랄 성질을 쉽고 정밀하게 측정·분석하는 방법을 국내 연구진이 개발했다.

카이랄이란 서로 거울상 대칭이지만 겹쳐지지는 않는 구조를 말한다. 왼손과 오른손은 거울에 비치면 같은 모습이지만, 실제론 왼손을 아무리 회전해봐도 오른손과 같은 모양으로 겹칠 수 없는 것과 같다.

과학기술정보통신부는 서울대학교 남기태 교수, 고려대학교 이승우·박규환 교수 공동연구팀이 카이랄 나노 입자 기반 빛-물질 간 상호작용에 대한 새로운 물리 현상을 발견하고, 이를 생체 분자 및 그들의 카이랄성 분석에 성공적으로 응용했다고 밝혔다.

이 연구는 과기정통부 미래소재디스커버리지원사업의 지원을 받았으며, 15일 학술지 '네이처'에 게재됐다.

◇ 폐탄소섬유 재활용해 해상태양광 설비 제조…20% 이상 저렴

한국생산기술연구원은 탄소경량소재응용연구그룹 김광석 박사·한양대 최준명 교수 공동 연구팀이 상품성이 떨어지는 저품질 폐탄소섬유를 재활용해 저렴하고 내구성 높은 해상태양광 부력체를 제조했다고 13일 밝혔다.

연구팀은 탄소나노튜브와 금속 입자를 복합화하는 실험을 하던 중 탄소섬유 표면을 카메라 플래시처럼 짧지만, 순간적으로 높은 빛에너지에 노출할 경우 탄소섬유와 플라스틱 수지 간 표면 결합력이 극대화되는 사실을 발견했다.

이 같은 방식으로 표면처리 된 저품질 탄소섬유는 내구성 등이 향상하면서 상용 A급 탄소섬유 대비 약 95%의 성능을 보여줬다고 연구팀은 설명했다.

연구팀은 이러한 발견을 토대로 해상부력체 시제품을 만들어 전북 새만금방조제 내해에서 현장 실증 중이다.

◇ 탄성률 높인 우주발사체용 차세대 탄소섬유 개발

국내 연구팀이 우주발사체 등에 쓰일 수 있는 차세대 탄소섬유를 개발했다. 기존 상용 탄소섬유와 동일한 강도를 가지면서도 탄성률이 약 1.6배 높다. 현존하는 탄소섬유의 물성 한계를 극복했다는 평가다.

한국과학기술연구원(KIST)은 구본철 탄소융합소재연구센터 책임연구원과 채한기 울산과학기술원(UNIST) 교수 공동 연구팀이 이같은 연구결과를 국제학술지 ‘컴포지트 파트 비: 엔지니어링’ 12월호에 공개했다고 14일 밝혔다.

탄소섬유는 실 안에 탄소가 92% 이상 들어있는 섬유다. 철에 비해 무게가 4분의 1에 불과하지만 강도는 약 10배에 달한다. 연구팀은 6.2기가파스칼(GPa)의 강도를 유지하면서도 528GPa 수준의 탄성률을 가지는 탄소섬유를 개발했다. 기존 탄소섬유와 동일한 강도이지만 훨씬 더 높은 탄성률을 보인다.

◇ 마스크 써도 김 안 서리는 초박막 투명 금 코팅 기술 개발

취리히 연방 공과대학(ETH Zurich)에 따르면 열역학 교수 디모스 포울리카코스가 이끄는 연구팀은 초박막 금코팅을 이용해 열로 김서림을 차단하는 기술을 개발한 결과를 과학저널 '네이처 나노기술'(NatureNanotechnology)에 발표했다. 

햇빛이 가진 에너지의 절반은 눈에 보이지 않는 적외선 파장에, 나머지 절반은 가시광선과 자외선 파장으로 유지되는데, 연구팀이 개발한 초박막 금 코팅은 적외선 복사의 상당 부분을 흡수해 8℃까지 온도를 높여 김서림을 방지한다. 

반면에 가시광선 영역의 복사는 소량만 흡수하는 선택적 작용을 함으로써 코팅을 투명하게 만들어주는 것으로 연구팀은 설명했다. 

지금까지 김서림 방지는 대개 물을 잘 흡수하는 친수성 분자로 표면을 덮는 기술을 이용해 왔다.

◇ KAIST, '열처리 공정 안정감' 차세대 반도체 소재 개발

한국과학기술원(KAIST)은 전기및전자공학부 전상훈 교수 연구팀이 반도체 3차원(D) 집적 공정 중 열처리에도 안정적인 강유전체 소재를 개발했다고 12일 밝혔다.

외부 전기장 없이도 스스로 분극을 갖는 강유전체는 비휘발성 때문에 메모리 소자에 활용할 수 있지만, 고온에서 안정성을 확보해야 한다.

연구팀은 반도체 3D 집적 공정의 열처리 과정에서 비휘발성을 유지하고 우수한 내구성을 가지는 하프니아 강유전체 소재·공정 기술을 개발했다.

이 소재는 상보성 금속 산화막 반도체(CMOS) 공정 호환성, 동작 속도, 내구성 등 우수한 물리적 특성을 바탕으로 차세대 반도체 핵심 소재로 연구되는 물질이다.