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교육/과학

‘경북과학축전’ 포항서 이틀간 열려
　제21회 경북과학축전이 지난 15일부터 17일까지 경북 포항 만인당에서 3만여 명의 관람객이 참여한 가운데 성공적으로 끝났다. 　포항시와 경상북도가 주최하고 포항테크노파크가 주관한 이번 축전은 '과학아 놀자! 가족과 함께하는 과학놀이터'라는 주제로 다양한 과학 관련 프로그램을 선보였다. 　첫날 행사는 아트봇 댄스쇼를 시작으로 지역의 과학기술 발전 및 혁신 공로에 대한 시상, 경북의 8대 과학기술 테크(2차전지, 바이오, 로봇 등)를 주제로 한 퍼포먼스 등이 펼쳐졌다. 　만인당 메인 무대에서는 가족과학골든벨, 사이언스 버스킹, 도전기네스, 과학마술쇼 등 다양한 참여 프로그램이 마련됐다. 전시장에서는 미래과학(AI, AR/VR)과 포항의 주력 신산업인 2차전지에 관한 주제관을 비롯해 포항과 경북의 연구 및 교육 기관의 다양한 체험 프로그램이 진행됐다. 　인기 과학크리에이터인 엑소쌤과 과학드림의 과학 이슈에 대한 강연에도 관람객들이 가득 자리를 채웠다. 　경북과학축전의 연계행사로 제23회 한국지능로봇 경진대회도 함께 열려 총 37팀이 참가해 열띤 경쟁을 펼쳤고, 포항실내체육관에서는 '제19회 포항과학축제'와 '제20회 과학자와의 만남' 행사도 진행됐다. 　김남일 포항시 부시장은 "포항시는 과학기술에 기반한 창의와 혁신을 바탕으로 한 과학적 역량을 경쟁력으로 지방이 주도하는 과학기술 혁신을 이뤄내겠다"고 말했다. 전준혁기자 jjh@yeongnam.com경북과학축전 제21회 경북과학축전이 열린 포항 만인당에서 관람객들이 행사장을 둘러보고 있다.
2023.09.17
주변 온도 최대 9.1℃ 낮추는 냉각 페인트 개발
　바르기만 하면 온도를 최대 9.1℃를 낮추는 냉각 페인트가 개발됐다. 　12일 포스텍(포항공과대학교)은 포스텍·고려대 공동 연구팀이 시뮬레이션을 통해 복사 냉각 페인트의 성능에 영향을 미치는 여러 변수를 분석하고 최적의 설계 조건을 도출했다고 밝혔다. 　이번 공동 연구에 포스텍은 기계공학과·화학공학과 노준석 교수와 기계공학과 통합과정 윤주영 씨가, 고려대는 신소재공학과 이헌 교수와 통합과정 채동우 씨가 참여했으며, 그 결과는 광학 분야 국제 학술지인 'ACS 포토닉스(ACS Photonics)'에 게재됐다. 　연구팀은 2차원 시뮬레이션을 이용해 이산화규소(SiO2)와 산화알루미늄(Al2O3) 입자로 구성된 복사 냉각 페인트를 모델링했다. 이를 통해 연구팀은 페인트 입자 크기, 분포, 코팅 두께 등 여러 변수가 냉각 성능과 광학적 특성에 어떤 영향을 미치는지 분석했다. 　시뮬레이션 결과를 바탕으로 연구팀은 최적의 냉각 성능을 내는 복사 냉각 페인트를 제작했다. 페인트의 두께를 약 250마이크로미터(㎛)로 제작했을 때 높은 태양광 반사율을 보였으며, 주위의 온도보다 최대 9.1℃ 낮추는 데 성공했다. 　노준석 교수는 "복사 냉각 페인트는 제작 비용이 저렴하고 공정이 간단해 건물 외벽, 비행기, 자동차 등 다양한 분야에 활용될 수 있다"며 "이번 연구가 청정에너지로 주목받고 있는 복사 냉각 연구와 기술 사업화에 도움이 되길 바란다"고 말했다. 전준혁기자 jjh@yeongnam.com연구_이미지_1 시뮬레이션 모식도와 제작 복사 냉각 페인트의 SEM 사진.
2023.09.12
전 세계 둥둥 띄운 'LK-99'…상온상압 초전도체의 정체는?
'탄소질황수소화물의 상온 초전도성'. 2020년 10월 세계적인 학술지 '네이처'에 전 세계 과학계를 떠들썩하게 한 논문이 실렸다. 미국 로체스터대 란가 디아스 교수 연구팀은 상온에서 초전도 현상을 일으키는 물질을 발견했다고 보고했다. 1911년 네덜란드의 물리학자 카메를링 온네스가 초전도 현상을 발견한 지 100년을 훌쩍 넘긴 시점에 일어난 솔깃한 소식이다. ◆세계가 주목하는 초전도(超傳導)란?초전도 현상은 전기 저항이 '0'에 수렴하는 현상이다. 전류를 흘릴 때 부도체는 저항이 크고, 전도체는 작다. 전도체도 저항은 있기에 전류 손실이 일어난다. 하지만 초전도체는 저항이 없어 손실이 나지 않는다. 자석 위에 둥둥 뜰 수도 있다. 내부로 침투하는 외부 자기장을 완벽히 밀어내는 '반자성'을 갖고 있어서다. 자석이 내뿜는 자기장을 미는 힘으로 스스로 허공에 머무를 수 있다. 이 때문에 미래 교통수단인 '자기부상 열차'를 실현할 물질로 알려져 있다. 초전도체의 양자 현상을 이용, 양자컴퓨터 '큐비트(Quantum Bit)'를 만드는 데에도 사용할 수 있다. 문제는 초전도 현상을 일으키려면 3가지(온도·자기장·전류) 임계값을 충족해야 한다. 그간 발견된 초전도체들은 대부분 헬륨을 활용한 영하 240℃에 이르는 극저온 상태, 대기압력의 수백만 배인 초고압에만 작동한다. 상온(15~25℃)인 15℃에서 초전도성을 띤 물질의 발견은 귀가 솔깃할 수밖에 없다. 하지만 디아스 교수 발표는 데이터 조작 논란 끝에 철회됐다. 2년여 뒤인 지난 3월 같은 연구팀이 이번엔 20℃에서 작동하는 초전도체를 제시했으나, 의구심은 계속 이어지고 있다. ◆LK-99는 세계 최초 상온상압 초전도체일까이처럼 전 세계 과학자들이 초전도체 찾기에 혈안이 된 상태에서 국내에서 상온·상압(보통 대기압) 초전도체 'LK-99'를 발견했다는 주장이 나왔다. 학계도, 주식시장도 발칵 뒤집어졌다. 이석배 <주>퀀텀에너지연구소 대표를 필두로 한 연구진은 지난달 22일 논문 사전 공개 사이트 '아카이브'에 관련 논문을 실었다. LK-99는 상압 127℃ 이하 온도에서 초전도체 성질을 유지한다고 전해진다.이 대표는 "연구 결과를 정리해 정식 학술지에 보냈다. 동료 평가를 통해 검증받겠다. 제작법이 공개된 만큼 학계 평가가 있을 것"이라고 했다. 연구진인 김현탁 미 윌리엄앤드메리대 연구교수는 "LK-99의 반자성 데이터는 초전도 현상이 아니면 설명되지 않는다. 제조 노하우가 있다"고 주장했다.전 세계 학자들은 재현 검증에 나섰다. 이미 미국 렌스버클리국립연구소가 '이론적으로 가능하다'고 평가했고, 중국에선 재현 성공 발표도 있었다. 물론 LK-99 개발을 부정하는 목소리도 있다. 국내에선 초전도저온학회가 발족한 검증위원회가 초전도성을 부정했다. 위원회는 퀀텀에너지연구소가 샘플을 제공하면 교차 검증하겠다고 한다. 퀀텀에너지연구소는 지난 1일 '조만간 샘플을 공개할 예정'이라고 했다. 한 물리학계 인사는 "학계에선 의구심이 많지만 검증 시간을 차분히 기다릴 필요가 있다"며 "다만, LK-99가 실제 초전도체라 해도 이를 공학적으로 활용하기까진 또 다른 노력이 필요하다. 발견과 발명은 분명한 차이가 있다"고 말했다. 최시웅기자 jet123@yeongnam.com초전도체 상상도. 7월 26일 사이언스캐스트에 공개된 상온상압 초전도체 'LK-99' 영상.
2023.08.03
카멜레온처럼 색 변하는 인공전자 피부 기술 개발
포스텍이 카멜레온과 같이 색을 마음대로 바꾸는 인공 전자 피부 제작 기술을 개발했다.3일 포스텍(포항공과대학교)은 전자전기공학과 최수석 교수·박사과정 남승민 씨 연구팀이 카이랄 구조를 가지는 광학 탄성체(chiral photonic elastomers, 이하 CPE)를 사용해 카멜레온 피부와 같은 인공 전자 피부 제작 기술을 최초로 개발했다고 밝혔다.포스텍에 따르면 카이랄 분자 구조란 분자의 회전 비대칭성을 의미한다. 오른손과 왼손처럼 서로 겹쳐지지 않는 광학 상태를 가지며, 스프링과 같은 광학적인 오른쪽이나 왼쪽으로 분자가 회전된 나노 구조를 말한다.연구팀은 카멜레온 피부에서 착안해, 특별한 나노공정 없이도 자기 조립된 스프링 모양의 분자 회전 특성과 다양한 나노 구조 길이 변화를 통해 색을 변화시키는 CPE를 제작했다. 이 CPE는 전기적인 힘이나 신호를 받아 스스로 늘어나거나 줄어드는 전기적 신축성이 있다.또, 카이랄 나노 회전 길이(Chiral Pitch)의 스트레칭으로 동시다발적으로 여러 나노 구조 길이를 조절해 카멜레온 피부와 같이 동작하는 다중색 변화 스트레처블 전자 피부 기술을 개발했다. 전기 조절이 가능한 이 기술은 전자소자화에도 활용될 수 있다.이어, 연구팀은 실험을 통해 CPE 기반 전자 피부가 동물의 보호색처럼 주변 환경과 같은 색을 나타내는 것을 확인했다.이는 이번 연구가 위장 기술 및 암호화 분야에도 충분히 적용될 수 있음을 실험적으로 보여주는 결과다.또, 연구팀은 눈에 보이는 색 조절 기술에서 한 단계 더 나아가 물체가 실제로 존재하지만 필요에 따라 눈에 보이거나 보이지 않도록 투명도까지 조절된 빛의 파장 제어를 통해 투명 카멜레온 전자 피부화 기술의 실험적 구현에도 성공했다.최수석 교수는 "한 색상만 표현할 수 있던 기존의 한계를 넘어 다양한 색을 동시에 표현하고, 투명도까지 제어한 연신형 전자피부화 기술을 최초로 구현했다"며 "차세대 디스플레이와 전자 피부, 암호화, 생체 모방형 소프트 로봇 등 다양한 응용 연구에도 널리 적용되기를 바란다"고 말했다.한편, 이번 연구는 우수성을 인정받아 융합 연구 분야 국제학술지인 '어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)'의 후면 속 표지(inside back cover) 논문으로 게재될 예정이다.전준혁기자 jjh@yeongnam.com논문 커버 이미지. 포스텍 제공
2023.08.03
한동대, 세계 최초로 ‘감정표현’하는 노래음성합성 AI 개발
　한동대학교가 감정 표현이 가능한 다중화자 노래음성합성AI를 세계 최초로 개발했다. 　2일 한동대학교에 따르면, 노래음성합성(Singing Voice Synthesis, SVS)은 악보를 입력하면 노래음성을 합성하는 AI 기술이다. 기존의 AI들은 대부분 노래를 부르는 음성만을 합성할 수 있었던 반면, 감정을 반영해 음성을 합성하는 AI는 아직 없었다. 　이번에 한동대 전산전자공학부 딥러닝 연구실에서 개발한 'MuseSVS'는 악보와 함께 감정의 종류와 강도를 입력하면 음색, 비브라토, 볼륨이 다른 노래음성을 합성한다. 　또한 'MuseSVS'에 최초로 적용된 통계적 음정 예측기와 문맥기반 음표길이 예측기는 감정표현을 위한 미세한 음정과 박자의 미세한 변화를 효과적으로 합성하는 것이 특징이다. 　김인중 한동대 딥러닝 연구실 지도교수는 "사람은 같은 노래를 부를 때라도 음정, 박자, 볼륨의 미세한 변화를 통해 감정을 표현한다"면서 "MuseSVS는 이러한 미세한 변화를 데이터로부터 효과적으로 학습하며, 지정된 감정의 종류 및 강도에 따라 다르게 합성한다"고 말했다. 　한편, MuseSVS는 음성처리분야의 세계 최고 저널인 IEEE/ACM Transactions on Audio, Speech and Language Processing(TASLP)에 발표됐다. 전준혁기자 jjh@yeongnam.com참고사진 MuseSVS가 합성한 노래음성의 음정변화. 슬픔이 강해질수록 강한 비브라토를 합성한다.
2023.08.02
"이 약물은 안 됩니다"...인공지능이 신약 임상시험 돕는다
임상시험 단계에서 약물 승인 여부를 예측하는 인공지능 기술이 개발됐다.2일 포스텍(포항공과대학교)은 생명과학과·융합대학원 김상욱 교수와 생명과학과 통합과정 박민혁 씨 연구팀이 머신러닝을 이용해 임상시험 전 약물의 성공 가능성과 부작용을 예측하는 데 성공했다고 밝혔다.보통 임상시험 전 단계까지는 동물 또는 세포주 등을 모델로 실험이 진행된다. 이러한 모델들과 사람의 체내에서 약물 표적 유전자의 역할과 발현되는 정도가 다르므로, 실제 환자에게 투여했을 때 치명적인 부작용을 일으킬 수 있다.이번 연구에서 연구팀은 '모델과 사람에게서 나타나는 약물 유전자 표현형 차이'에 주목했다.약물 유전자 표현형은 약물 유전자가 발현되는 정도를 반영하는 지표로, 서로 일치하지 않는 경우 그 효과가 다르다고 볼 수 있다.연구팀은 지금까지 임상시험을 거친 약물 2천500여 개를 대상으로 유전자 표현형을 분석하고, 이를 바탕으로 임상시험에서 약물 승인 여부를 예측하는 인공지능 기술을 개발했다.김상욱 교수는 "그동안 사람을 대상으로 한 임상시험 성공 여부를 예측하는 기술이 부족해 어려움이 많았다"며 "이번 연구를 바탕으로 약물의 승인 가능성을 예측해 신약 개발에 필요한 시간과 비용을 줄일 수 있기를 바란다"고 말했다.이번 연구는 세계적인 의학 저널인 '더 란셋(The Lancet)'의 자매지인 '이바이오메디슨(eBioMedicine)'에 게재됐다.전준혁기자 jjh@yeongnam.com포스텍 생명과학과·융합대학원 김상욱 교수. 포스텍 제공포스텍 생명과학과 통합과정 박민혁씨. 포스텍 제공
2023.08.02
재활 웨어러블 기기 더욱 정밀해진다
재활 웨어러블 기기에 사용되는 동작 감지 센서가 더욱 정밀해졌다.1일 포스텍은 IT융합공학과·기계공학과 박성민 교수와 기계공학과 박사과정 홍성욱 씨 연구팀이 컴퓨터 비전(Computer vision) 기술을 광학 센서에 접목해 소프트 스트레인 센서의 한계를 극복하는 데 성공했다고 밝혔다.연구팀은 이번 연구를 통해 '컴퓨터 비전 기반 광학 스트레인(Computer Vision-based Optical Strain, 이하 CVOS)' 센서 기술을 개발했다.CVOS 센서는 전기적 신호를 사용하는 기존 센서와 달리, 마이크로(Micro) 사이즈의 광학 패턴을 컴퓨터 비전과 광학 센서로 분석해 변형에 대한 정보를 얻을 수 있다. 이 기술은 센서의 성능을 저하하는 요소들을 근본적으로 배제해 내구성을 높이고, 제조 공정을 간소화해 센서의 상용화에 매우 유리하다는 장점이 있다.CVOS 센서는 기존 센서들이 2축 방향만 감지했던 것과 달리 실시간 다축성 스트레인 매핑을 통해 3축 회전 동작까지 감지했다. 하나의 센서로 다양하고 복잡한 신체 움직임을 보는 데 성공한 것이다.연구팀은 재활 치료용 신체 보조기에 CVOS 센서를 적용한 실험을 통해 이를 입증했다. 또한 신호 검출 과정에서 발생하는 오류를 최소화하는 인공지능(AI) 기반 응답 보정 알고리즘을 탑재해 결과의 신뢰성이 높으며, 1만 회 이상 반복된 실험에서도 우수한 성능을 유지했다.박성민 교수는 "CVOS 센서를 통해 다양한 방향과 각도의 신체 동작을 구분함으로써 효과적인 재활 치료가 가능하다"며, "목적에 따라 설계 지표와 알고리즘을 변경한다면 다양한 산업 분야에도 적용할 수 있어 잠재력이 무궁무진한 기술"이라고 말했다.한편, 이 연구는 세계적으로 권위 있는 학술지인 'npj 플렉서블 일렉트로닉스(npj flexible electronics)'에 개재됐다.전준혁기자 jjh@yeongnam.com포스텍 IT융합공학과 · 기계공학과 박성민 교수. 포스텍 제공
2023.08.01
포스텍 고아라 교수, ‘npj 바이오필름 앤 마이크로바이옴’ 부편집장 선임
　포스텍 생명과학과 고아라 교수가 세계적인 출판사인 스프링거 네이처 사가 발간하는 학술지 'npj 바이오필름 앤 마이크로바이옴' 부편집장으로 지난 7월 1일 임명됐다. 임기는 내년 12월 31일까지다. 　고 교수는 서강대에서 학사 학위를 취득하고, 포스텍에서 생명과학 석사와 박사 학위를 취득했다. 스웨덴 예테보리대 박사 후 연구과정, 성균관대 의과대학 조교수를 거쳐 2021년 포스텍에 부임했다. 　마이크로바이옴(microbiome)은 미생물(microbe)과 생태계(biome)가 결합된 말로 미생물과 그 유전정보의 총합을 말한다. 체내 미생물의 유전 정보량은 사람이 가진 유전 정보량의 약 100배에서 1천배에 달하며, 사람의 건강과 질병에 큰 영향을 미친다고 알려져 있다. 　고 교수는 이 마이크로바이옴을 기반으로 각종 질병 예방과 치료에 대한 연구를 진행하고 있으며, 2021년 9월부터는 '유럽 미생물학회 연합회(FEMS, The Federation of European Microbiological Societies)'의 한국 부대사로 활동하고 있다. 　한편, 'npj 바이오필름 앤 마이크로바이옴'은 과학 학술지 '네이처(Nature)'를 발행하는 스프링거 네이처 사의 학술지로, 네이처의 직접 관리를 받는 네이처 포트폴리오로 관리된다. 전준혁기자 jjh@yeongnam.com고아라 교수님 포스텍 생명과학과 고아라 교수.
2023.07.31
물속으로 사라지는 ‘몰드(mold)’로 메타표면 제작 공정 효율 높여
국내 연구진이 물속으로 사라지는 '몰드(mold)'로 메타표면 제작 공정 효율을 향상한 연구 결과를 발표했다. 공정비용이 저렴하고 속도가 빠른 나노임프린트 공정으로 고해상도·고종횡비 모두 이룬 것으로 평가받는다.31일 포스텍은 기계공학과·화학공학과 노준석 교수, 기계공학과 통합과정 김주훈 씨, 고려대 신소재공학부 이헌 교수 공동 연구팀이 수용성 몰드를 개발해 결함 없이 고해상도·고종횡비 메타표면을 생산하는 데 성공했다고 밝혔다.패턴이 새겨진 몰드를 사용해 도장처럼 구조체를 찍어내는 '나노임프린트 리소그래피(Nanoimprint lithography)'라는 메타표면 제작 기술은 비용이 저렴하며 속도가 빠르다. 하지만 몰드와 분리하는 과정에서 구조체가 손상될 수 있고, 구조체가 커질수록 더 잘 손상되기 때문에 메타표면에 요구되는 고해상도와 고종횡비를 모두 달성하기 어려웠다.연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 수용성 나노임프린트 몰드를 개발했다. 몰드에서 구조체를 떼어내지 않고, 물에 몰드를 녹여 구조체와 분리함으로써 구조체에 손상을 주는 과정 자체를 없앤 것이다. 수용성 몰드는 물에 잘 녹으면서 유연한 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol, PVA)을 사용해 제작됐다.해당 수용성 몰드를 이용해 실험을 진행한 결과, 100nm 이하의 작은 구조체를 전사하기 충분한 높은 해상도와 높은 종횡비(10:1)로 1cm 크기의 대면적 메타렌즈를 제작하는 데 성공했다. 또 가시광선 영역에서 기능이 저하되지 않고 성능을 유지했다.노준석 교수는 "수용성 몰드로 손쉽게 나노임프린팅에서 고해상도와 고종횡비 모두 달성했다는 데 큰 의의가 있다"며 "현재 함께 개발 중인 심자외선 리소그래피 기반 대면적 몰드 제작 기술과 함께 적용돼 메타표면의 상용화에 도움이 되기를 바란다"고 말했다.한편, 이 연구는 광학 분야에서 세계적으로 영향력이 있는 학술지인 '포토닉스(PhotoniX)'에 개재됐다.전준혁기자 jjh@yeongnam.com수용성 나노임프린트로 전사된 다양한 고종횡비 구조체와 대면적 메타렌즈.
2023.07.31
바이오이미징 석학 장영태 포스텍 교수, 전공 서적 출간
포스텍 교수진이 세계적인 출판사 'Wiley'를 통해 과학 분야 전공 서적을 출간했다.이 책은 센서와 프로브의 역사부터 염색 메커니즘, 연구 사례 등으로 이어지도록 내용을 풀어내 대학생과 일반인들도 바이오이미징에 대한 정보를 쉽게 얻을 수 있다.28일 포스텍(포항공과대학교, 총장 김무환)에 따르면 화학과·융합대학원 장영태 교수와 IT융합공학과 강남영 교수가 과학 분야 전공 서적 '바이오이미징을 위한 센서와 프로브(Sensors and Probes for Bioimaging)'를 출간했다.'바이오이미징'은 질병을 진단하거나 신약 개발을 위한 실험에서 사용되는 기술이다. 프로브(probe)로 특정 세포를 염색하고, 센서(sensor)를 통해 물질의 농도를 감지해 눈으로 볼 수 없던 생체 내부 구조와 여러 생화학적 반응을 보여준다.이 분야 세계적 석학으로 알려진 장영태 교수는 형광물질을 이용해 최근 암과 알츠하이머 등 질병을 일으키는 세포를 추적하는 데 성공한 바 있다. 장영태·강남영 교수는 지금까지 30여 종의 프로브를 개발했으며, 이를 바탕으로 노화 관련 연구를 진행하고 있다.이번에 출간한 서적은 집필진의 최신 연구내용도 포함하고 있다.두 저자가 개발한 형광 프로브를 이용하면 멈춰있는 사진이 아니라 살아서 움직이는 세포 영상을 얻을 수 있다. 또, 프로브를 이동시키는 수송체나 세포 지질 구조의 차이를 이용하는 등 집필진이 밝혀낸 새로운 프로브 메커니즘을 통해 미래 연구 방향도 엿볼 수 있다.장영태 교수는 "화학 생물학자, 분석 화학자, 생화학자 등 연구자들뿐 아니라 학부생, 대학원생, 바이오이미징 산업에서 일하는 전문가들도 쉽게 읽을 수 있고 도움이 되는 책이 되길 바란다"는 기대를 전했다.전준혁기자 jjh@yeongnam.com포스텍 화학과·융합대학원 장영태 교수· 포스텍 IT융합공학과 강남영 교수. 포스텍 제공
2023.07.28
수소차 경제성 확보되나...포스텍 연구진 수전해-수소발생 반응 효율 크게 향상
국내 연구진이 두 가지 금속이 위치 선택적으로 증착된 백금 나노촉매를 개발해 친환경 에너지원인 수소 생산의 효율을 높였다.이번 연구는 화학 분야에서 영향력이 높은 '앙게반테 케미(Angewandte Chemie)'지에 게재됐으며, 포스텍 화학과 이인수 교수·수맨 두타(Soumen Dutta) 연구교수·통합과정 구병수 씨 연구팀이 참여했다.27일 포스텍에 따르면 수 나노미터(nm) 크기의 촉매 표면의 특정한 위치에 다른 물질을 선택적으로 증착시키는 것은 매우 어렵다. 의도하지 않은 위치에 증착된 물질이 오히려 촉매 활성 자리를 막거나 서로의 기능을 방해할 수 있기 때문이다.연구팀은 자체적으로 개발한 나노반응기를 이용해 2차원 형태의 판상형 나노결정 위에 증착되는 금속의 위치를 미세하게 제어했다. 그리고 이를 통해 2차원 백금 나노결정의 여러 결정면에 각기 다른 물질로 도포할 수 있는 나노 스케일 미세증착 공정을 개발했다.연구팀은 이를 바탕으로 연속적 증착 방법을 통해 2차원 백금 나노결정의 평면과 가장자리에 각각 팔라듐과 니켈 나노 박막이 선택적으로 도포된 형태의 '백금-니켈-팔라듐' 삼금속 하이브리드 촉매 물질을 합성했다.하이브리드 촉매의 서로 다른 위치에 구획돼 형성된 니켈/백금과 팔라듐/백금 계면은, 각각 물 분자 분해 과정과 수소 분자 생성 과정을 촉진해두 과정이 협동적으로 일어나는 수전해-수소발생 반응의 효율을 크게 향상시켰다.실험 결과, 삼금속 하이브리드 나노촉매는 기존의 백금-탄소 촉매에 비해 약 7.9배 향상된 활성을 보였다. 또, 50시간 정도의 오랜 반응에서도 활성을 유지하며 높은 안정성을 보였다. 기존의 하이브리드 촉매들이 지녔던, 이종 계면들 사이의 기능적 간섭이나 충돌의 문제를 해결한 것이다.이인수 교수는 "공정상의 어려움을 극복하고, 하이브리드 물질에서 이종 계면을 결합하는 데 성공했다"며, "수소 반응에 최적화된 촉매 재료 개발에 널리 적용되기를 바란다"는 기대를 전했다.전준혁기자 jjh@yeongnam.com삼금속 하이브리드 나노촉매의 수소 발생 기작도.
2023.07.27
2차원 소재 상용화를 위한 길, 자외선 원자층 공정으로 한 걸음 더
고품질 그래핀-유전막 계면을 구현하는 원자층 공정 및 장비 기반 기술이 개발됐다. 그래핀(Graphene)은 매우 얇고 유연하면서도 강도와 전기 전도성이 우수해 '꿈의 신소재'로도 불린다.26일 포스텍(포항공과대학교)은 포스텍 기계공학과 안지환 교수, 싱가포르 난양공대 기계공학과 신정우 박사, 서울과학기술대학교 MSDE(생산시스템·설계공학)학과 박건우 연구원 공동 연구팀이 그래핀 전극 표면에 직접 개발한 자외선 보조 원자층 증착 공정(이하 UV-ALD)을 적용해 고품질의 그래핀-유전막 계면을 구현했다고 밝혔다.이번 연구에서 연구팀은 최초로 2차원 소재인 그래핀 표면 유전막 증착 공정에 UV-ALD를 적용했다. '원자층 증착 공정(Atomic layer deposition, 이하 ALD)'은 기판에 원자층 단위로 두께가 제어되는 매우 균일하고 얇은 막을 입히는 방법으로, 최근 반도체 소자의 미세화에 따라 중요성 및 활용도가 급격히 상승하고 있다.이 공정에 자외선을 결합한 UV-ALD은 기존 ALD에 비해 치밀한 유전막 증착이 가능하다고 알려져 있으나, 그래핀과 같은 2차원 소재 가공 공정에 적용된 사례는 없었다. 연구팀은 그래핀 표면상 원자층 유전막 증착 시 저에너지(10eV 이하) 자외선을 조사해주며 공정을 진행했다. 그 결과, 특정 조건(공정 사이클 당 5초 이내)에서 특성 저하 없이 그래핀 표면을 활성화함과 동시에 저온(100℃ 이하)에서도 고밀도·고순도 원자층 유전막 증착이 가능함을 입증했다.또한 UV-ALD 공정을 활용한 그래핀-유전막 기반 트랜지스터(Graphene-FET) 구현 시, 그래핀의 우수한 전기적 특성이 그대로 보존돼 기존 ALD 공정 활용 대비 전하 이동도가 약 3배 높아짐과 동시에, 그래핀 표면 결함 감소로 인해 디락 전압도 크게 낮아지는 것으로 확인됐다.안지환 교수는 "2차원 소재 특성 저하 없이 균일한 원자층 유전막을 증착한 이번 연구 결과가 향후 2차원 소재 기반의 차세대 반도체 소자 및 에너지 소자 공정 개발에 도움이 되길 바란다"고 말했다.한편, 이 연구는 해당 분야 국제 저명 학술지인 '어드밴스드 일렉트로닉 머티리얼즈(Advanced Electronic Materials)' 7월호 표지 논문(front cover article)으로 게재됐다.전준혁기자 jjh@yeongnam.com고품질 그래핀-유전막 계면 구현 관련 이미지.
2023.07.26
포스텍 손창윤 교수, ‘FACS 탁월한 젊은 화학자상’
포스텍(포항공과대학교, 총장 김무환) 화학과 손창윤 교수가 우리나라에서 18년 만에 'FACS 탁월한 젊은 화학자상(FACS Distinguished Young Chemist Award)'을 받았다.20일 포스텍에 따르면 튀르키예 이스탄불에서 최근 개최된 아시아 화학회 연합학회에서 손 교수가 분자 시뮬레이션을 통한 계면에서의 전하 이동 연구를 통해 나노·에너지·바이오 소재 개발에 이바지한 공로를 인정받아 수상의 영예를 안았다. 'FACS 탁월한 젊은 화학자상'은 2년마다 40세 미만의 연구자에 주어지는 상으로, 우리나라에서 수상자가 나온 것은 지난 2005년 이후 18년 만이다.서울대에서 화학 학사와 석사 학위를 취득한 손 교수는 미국 위스콘신대 매디슨 캠퍼스에서 이론 화학 박사 학위를 취득했다. 이후, 미국 캘리포니아 공대를 거쳐 2020년 포스텍 화학과 교수로 부임했다. 손 교수는 수소전지 촉매 등에 쓰이는 금속 팔라듐(Palladium)에 수소를 결합한 '준-안정상 팔라듐 수소화물' 생성 원리를 세계 최초로 규명해 최근 '네이처(Nature)' 학술지에 발표한 바 있다. 더불어 손 교수의 바이오·2차전지 소재 연구는 세계적으로 영향력이 높은 학술지인 '네이쳐 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'와 '미국국립과학원회보(PNAS)'에 게재되기도 했다.전준혁기자 jjh@yeongnam.com포스텍 화학과 손창윤 교수. 포스텍 제공
2023.07.20
죽음의 가스...불산 감지 초경량 센서 개발
포스텍 연구진이 미량의 불산을 검출할 수 있는 초경량 센서를 개발했다. 불산 누출과 같은 사고 예방에 큰 도움이 될 것으로 기대된다.19일 포스텍(포항공과대학교, 총장 김무환)은 IT융합공학과·전자전기공학과 백창기 교수와 전자전기공학과 박사과정 곽현탁 씨 연구팀이 매우 적은 양의 불소 화합물도 검출할 수 있는 고감도·초경량 센서를 개발하는 데 성공했다고 밝혔다.현재 우리나라에서 사용되고 있는 불산 감지 센서는 크기가 매우 크고 제작 기술 대부분을 해외에 의존하고 있어 산업 현장 모두에 설치하기 어렵다는 단점이 있었다.이에 연구팀은 센서의 부피와 무게를 줄이기 위해 10나노미터(nm) 두께의 실리콘 나노시트를 사용하고, 반응성이 높은 불화 란탄(Lanthanum Fluoride)을 불소 감지막으로 활용했다. 또, 트랜지스터로 불산의 농도를 전기적 신호로 변환시킴으로써 아주 적은 양의 불산도 빠르고 정확하게 감지하는 초경량·고감도 불산 센서를 제작하는 데 성공했다.기존 센서와 비교하면 가스 형태의 불산을 약 3.3배, 용액 상태의 불산을 약 390배 더 잘 감지했다. 실시간으로 주입되는 불산의 농도를 오차율 5% 이내로 검출하기도 했다.백창기 교수는 "실리콘 반도체 공정기술을 활용해 기존 상용화학센서 대비 초소형·저비용으로 제작할 수 있다"며, "다양한 유해 화학가스를 검출하는 모바일 시스템을 개발해 우리나라 자체 기술을 적용한 안전 솔루션을 제공하는 것이 목표"라고 말했다.한편, 이번 연구는 센서 분야에서 세계적으로 영향력이 높은 학술지 '센서와 작동기 B: 화학(Sensors and Actuators B: Chemical)' 온라인판에 최근 게재되었다.전준혁기자 jjh@yeongnam.com포스텍 IT융합공학과·전자전기공학과 백창기 교수. 포스텍 제공
2023.07.19
해양동물 점액 배출 구조 선박 적용하니 마찰력 39% 감소
국내 연구진이 미끌미끌한 점액질을 모사한 표면 기술 개발에 성공했다. 이 기술을 배의 표면에 적용하면, 수중 마찰 저항을 획기적으로 줄여 연비 향상에 큰 도움을 줄 것으로 기대된다.17일 포스텍은 기계공학과 이상준 교수·통합과정 김해녘 씨 연구팀이 해양동물 점액층의 구조와 기능에서 영감을 받아, 해수와의 마찰을 줄이고 장기간 저마찰 성능을 유지할 수 있는 표면 기술을 개발했다고 밝혔다.해양 동물들은 지름이 수 마이크로미터(㎛)이고 입구가 좁은 구멍(cavity) 형태의 점액샘에서 점액을 생산하고 분비한다. 연구팀은 이 점액샘의 구조에 착안해 이번 연구를 설계했다.먼저 폴리스티렌을 클로로포름에 녹인 다음 알루미늄 기판 위에 도포시키고 주변 수증기를 용액 표면에 물방울 형태로 응축시킨 후 곧바로 물방울을 증발시켰다. 그 결과, 물방울이 증발한 자리에 마이크로미터 크기의 미세한 물방울 모양의 구멍이 규칙적으로 배열된 다공성 표면이 만들어졌다. 마지막으로 연구팀은 캐비티에 윤활유를 채워 넣음으로써 해양 동물의 피부와 유사한 미끌미끌한 저마찰 표면을 만드는 데 성공했다.연구팀의 코팅 기술로 제작된 표면은 실제 대형 선박의 운항 속도에 해당하는 약 12m/s 조건에서 매끈한 알루미늄 표면보다 마찰력을 최대 39%까지 감소시켰다. 이는 비슷한 고속 유동 조건에서 얻은 세계 최고 수준의 저마찰 성능이다.선박은 추진력의 약 60%를 해수와의 마찰로 잃는 것으로 알려졌다. 또한, 연간 세계 석유 소비량의 약 6.3%, 이산화탄소 배출량의 약 3.4%를 차지하고 있어 선박의 마찰 저항을 줄이는 기술은 환경적으로나 경제적으로 매우 중요하다.이상준 교수는 "이번 연구 성과를 바탕으로 대형 선박 한 척당 최대 연간 40억~50억 원의 유류비를 절감시킬 수 있을 것"이라며 "육상 운송체나 유류 수송 파이프 등 다양한 분야의 에너지 비용 절감에도 기여할 것이다"는 기대를 전했다. 한편, 이번 연구는 코팅 과학 분야에서 저명한 국제 학술지인 '어플라이드 서피스 사이언스(Applied Surface Science)'에 게재됐다.전준혁기자 jjh@yeongnam.com포스텍 기계공학과 이상준 교수. 포스텍 제공
2023.07.17

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