[Weekly 신기술 및 정책소식] KIST, 외부 전력 없이도 냉각 가능한 '색상형 복사냉각 액정' 개발

◇ 인하대 연구팀, 2D 반도체 기반 헤테로구조 엔지니어링 방법 제시

신내철 인하대 화학공학과 교수 연구팀이 새로운 2차원(2D) 반도체 기반 헤테로구조 엔지니어링 방법을 제시했다고 26일 대학 측이 밝혔다.

인하대에 따르면 신 교수 연구팀은 2D 결정 구조를 갖는 반데르발스 반도체 소재들로 구성된 헤테로구조에서 계면 원자 엔지니어링을 통해 전하의 이동 및 엑시톤 발광 특성을 국소적으로 제어할 수 있는 새로운 방법론을 제시했다.

신 교수 연구팀은 이번 연구에서 반데르발스 반도체 소재를 1차원(1D) 나노와이어 구조로 만들고, 이를 2D 소재와 통합해 새로운 1D·2D 혼합 차원 반데르발스 헤테로구조를 도입했다. 신 교수는 "이번 연구는 나노와이어 측면의 원자 배열 구조를 활용해 반데르발스 반도체 소재로 구성된 헤테로구조에서 전하 전달 특성과 발광 제어를 실현한 최초 사례"라며 "전자·광전자 분야에 대한 다양한 응용 가능성을 열어줄 것으로 기대한다"고 밝혔다.

◇ 한양대 오기용 교수팀, 전기차 열폭주 실시간 예측 원천 기술 개발

한양대학교 기계공학부 오기용 교수 연구팀이 전기자동차와 에너지저장장치 등에 사용되는 배터리의 열폭주를 실시간으로 정확하게 예측할 수 있는 '다물리 기반 인공지능 기술'을 개발했다고 26일 밝혔다.

기존에는 배터리의 열폭주를 추론하고 위해 '물리 기반 수치해석 모델'이 사용됐으나 이러한 모델은 해석에 시간이 많이 소요되는 단점이 있었다. 

또한 최근에는 '데이터 기반 인공지능 모델'을 이용한 열폭주 예측 연구가 진행되고 있지만 이 모델은 대량의 데이터가 필요할 뿐 아니라 복잡한 다물리적 열폭주 현상을 정확히 예측하는 데 제한이 있다. 

이와 같은 한계를 극복하기 위해 오기용 교수팀은 학습 데이터가 부족한 상황에서도 열폭주를 신속하고 정확하게 예측할 수 있는 혁신적인 인공지능 기술을 개발했다. 

◇ 자율주행 드론이 콘크리트 구조물 손상 잡아낸다

인공지능(AI) 알고리즘을 이용해 콘크리트 구조물을 자율주행 드론이 돌아다니며 구조물의 균열, 파손, 철근노출 등의 손상을 분석하는 기술을 도입해 시설물 안전관리를 할 수 있게 됐다. 국토교통부는 2024년 상반기 총 12건을 건설신기술로 지정했다고 24일 밝혔다.

이번에 지정된 건설신기술에는 ‘디지털트윈 기술을 적용한 자율주행 드론시스템과 인공지능 알고리즘을 이용한 콘크리트 구조물 외관 조사 기술’, ‘레이저와 카메라를 이용한 영상 처리기반 교량변위 측정기술’, ‘출입구 유입 미세 오염물질 저감을 위한 에어샤워 시스템 기술’ 등 3건의 스마트 건설신기술이 포함됐다. 

◇ ETRI “자율 배달로봇 등 국제표준 승인

한국전자통신연구원(이하 ETRI)은 최근 스위스 제네바에서 열린 국제전기통신연합(ITU-T) 사물인터넷 및 스마트시티 연구반(SG20) 국제회의에서 ETRI 연구진이 주도적으로 개발한 기술 4건 중 2건을 국제표준으로 최종 승인받았다고 26일 밝혔다.

이외에도 ETRI는 2건을 국제표준으로 사전 채택 받고, 11건을 신규 표준화 과제로 채택 받는 성과를 거뒀다. 한국 대표단 전체의 성과로 확대하면, 회의에서 한국은 국제표준 승인 총 4건에 사전 채택 2건 그리고 신규 표준화 과제 채택 15건 등 성과를 올렸다는 게 ETRI의 설명이다.

◇ 차세대 디스플레이 활용 p형 반도체 소재 개발

한국전자통신연구원(ETRI)은 텔레륨(Te) 기반의 p형 반도체 소재와 이를 활용한 합금 트랜지스터에서 텔레륨의 두께에 따라 전자의 흐름을 제어하는 기술을 개발했다. 연구결과는 국제학술지 '미국화학회(ACS) 응용재료 및 인터페이스'에 4월과 지난달 각각 공개됐다.

최근 고해상도 디스플레이에서 240헤르츠(Hz) 이상의 주사율이 요구되며 p형 반도체에 대한 관심이 높아졌다. n형 반도체 기반 트랜지스터만으로는 높은 주사율의 디스플레이 구현에 한계가 있기 때문이다.

연구팀은 텔레륨에 셀레늄(Se)을 첨가해 결정화 온도를 높인 p형 반도체를 만들었다. 결정화 온도가 높으면 전자나 정공의 이동이 원활해진다. 또 기존 트랜지스터와 비교해 높은 온·오프라인 전류비가 구현됐다. 온·오프라인 전류비가 클수록 트랜지스터가 켜졌을 때와 꺼졌을 때의 상태가 명확하게 구분되어 전력 효율이 증가하고 오류 발생 가능성이 줄어든다.

◇ 켄텍 연구팀, AI 활용한 전력망 안정화 확보 연구결과 발표

강병남, 김희태 한국에너지공과대학교(이하'켄텍') 교수 연구팀이 서울대학교, 미국 애리조나 대학, 독일 포츠담 기후 영향 연구소 등 국내외 공동 연구팀과 함께 AI를 활용해 전력망의 안정성을 확보할 수 있는 연구 성과를 발표했다고 26일 밝혔다.

이번 연구를 통해 발전소 고장이나 전력 사용량 급증으로 전력망이 불안정하게 됐을 때 각 발전소의 최적 증산량을 실시간으로 계산해 안정적으로 전력망을 운용할 수 있는 기반 기술을 확보했다. 

또 소규모 분산 발전기까지도 포함한 모든 발전기에 할당되는 급전량을 신속하게 계산해 전력망을 효율적으로 관리할 수 있는 방법을 제시했다.

◇ "값싼 촉매로 수소 생산 장치 성능·내구성 동시 향상"

울산과학기술원(UNIST)은 이승걸 신소재공학과 교수팀이 저가의 비백금계 금속 촉매를 이용한 새로운 음이온 교환막 수전해 기술을 제시했다고 24일 밝혔다. 

칼륨이 촉매 표면에 붙게 만들어 이오노머와 직접적으로 닿는 것을 줄이는 것이다. 이오노머(ionomer)는 수전해 시스템의 전극층(음극층)에 들어가는 고분자 소재로, 이오노머가 산화되는 것을 막으면 수소 생산 비용을 절감할 수 있다.

일반 수소 생산 장치에서는 시간이 지나면서 이온 물질을 전달하는 이오노머의 성질이 변해 약해지기 쉽다. 이는 수소 생산 효율 저하와 장치의 수명 단축을 초래했다.

연구팀은 칼륨의 흡착 에너지가 유기 화합물보다 3배 이상 크다는 점을 활용했다. 수산화칼륨, 수산화나트륨 같은 물질이 음이온 교환막 수전해 시스템의 성능과 안정성을 높일 수 있음을 밝혀낸 것이다.

◇ 폐플라스틱의 재발견… UNIST, 탄소나노튜브 전환 기술 개발

울산과학기술원(UNIST)는 에너지화학공학과 안광진 교수와 임한권 교수 공동연구팀이 마스크 폐기물에서 생성된 혼합 가스를 이용해 탄소나노튜브를 생산하는 방법을 고안했다고 25일 밝혔다. 

폐플라스틱을 열분해하면 메탄, 에틸렌, 프로필렌 등의 탄화수소 가스로 변환된다. 이를 고온에서 처리해 탄소나노튜브로 전환하는 방식이다.

업사이클링 공정을 통해 생산된 탄소나노튜브는 친환경적이다. 기존 메탄과 수소 기반 공정과 비교해 이산화탄소 배출량이 적다. 폐기물 분리 과정 없이도 가스를 처리할 수 있는 장점이 있다.

마스크 폐기물의 열분해로 생성된 가스를 이용하면 저렴하게 탄소나노튜브를 대량 생산할 수 있다. 특히 업사이클링 공정은 시스템이 복잡함에도 기존 방식과 비슷한 비용으로 운영 가능하다.

◇ KIST, 외부 전력 없이도 냉각 가능한 '색상형 복사냉각 액정' 개발

한국과학기술연구원(KIST) 강진구 나노포토닉스연구센터 박사 연구팀은 외부 전력 없이 냉각하면서 동시에 색상을 낼 수 있는 색상형 복사냉각 액정 소재를 개발했다고 25일 밝혔다.

이번 연구에서 사용된 상용화 액정(LC242)은 복사냉각을 통해 온도를 떨어뜨리는 물질일 뿐만 아니라 유도체를 이용해 나선형으로 정렬시키면 주기적 구조를 통해 색을 띠는 광결정을 형성한다. 연구팀은 회전 코팅 공정을 이용해 이런 색상형 광결정에 굴곡을 부여했고 그 결과 각도에 따라 색상이 다르게 표현된 기존 광결정과 달리 선명한 색상을 구현할 수 있었다.

제작된 색상형 복사냉각 액정 소재를 상부 투명 고분자 필름 및 하부 금속 박막과 결합한 결과 한낮에 동일 색상 상용 페인트보다 약 30.8 ℃, 주변 공기보다 약 3.1℃ 낮은 온도를 달성할 수 있었다고 연구팀은 밝혔다.