헬로티 이동재 기자 | 리튬이온 배터리는 이미 소형 가전, IT 기기부터 전기차까지 다양한 분야에서 널리 활용되고 있다. 현재는 더 빨리 충전되고 더 오래가며, 무게가 가볍고 높은 출력 밀도를 갖는 차세대 배터리의 수요가 급증하고 있다. 미래 에너지 소재는 향상된 특성 뿐만 아니라 친환경적인 요인도 함께 고려되어야 하므로, 이를 만족하는 이차전지 소재의 연구 및 개발이 요구되고 있다. 산화철은 지구에 풍부하게 존재하며, 독성이 적고 화학적으로도 매우 안정된 물질이기 때문에 리튬이온 배터리 소재로 다양한 연구가 진행돼왔다. 산화철을 비롯한 전이금속산화물은 충·방전에서 많은 개수의 리튬이온을 이용할 수 있어서 기존 흑연 소재보다 3배에서 4배 정도 큰 용량을 갖는 장점이 있다. 이러한 장점에도 불구하고 낮은 리튬 이동도, 큰 부피 변화, 낮은 초기 쿨롱 효율 등의 단점 때문에 실제 개발은 매우 제한적이다. 한국표준과학연구원(KRISS) 소재융합측정연구소 EM나노메트롤로지팀과 건국대학교 김연호 교수 연구팀은 리튬이온 배터리의 초기 쿨롱 효율과 용량을 획기적으로 향상한 산화철 나노구조체를 개발했다. 쿨롱 효율은 최근에 충전을 완료한 용량이 바로 그 전에 충전을 완료
헬로티 조상록 기자 | 실제 화재로 발생하는 불만 인식해 발화 10초 이내에 알려주는 지능형 화재감지기가 개발됐다. 한국표준과학연구원(이하 KRISS) 안전측정연구소 비파괴평가팀과 KRISS 연구소기업 한선에스티가 만들었다. 대부분의 기존 화재감지기들은 최초 발화 1분 이후인 화재 2단계에 화재를 감지하므로, 연기와 화염으로 인해 진압과 대피가 어려웠다. 또한 스프링클러는 실내 온도 72도가 넘어야 작동되므로, 실내에 있는 사람의 안전을 확보할 수 없었다. 이번 지능형 화재감지기는 화재 극 초기에 해당하는 1단계에서 화재를 인식해 자체경보와 스마트폰앱을 통해 알려준다. 불꽃의 위치 좌표를 확인할 수 있어 소화장치를 연동할 경우 국소 공간의 자동소화도 가능하다. 지능형 화재감지기는 오경보율 3% 이내로 기존 화재감지기인 연기감지기나 열감지기의 오경보율인 34%~50%에 비해 신뢰성이 매우 높다. 지능형 화재감지기의 이러한 성능이 가능한 이유는 적외선센서와 적외선 열화상센서를 결합한 융합센싱기술을 도입, 불꽃 인식률을 높였기 때문이다. 적외선센서가 불꽃의 특정 CO2 파장대를 이용하여 빠르게 불꽃을 인식할 수 있는 장점을 활용했다. 이에 더해, 화재감지기가 설치
헬로티 이동재 기자 | 국내 연구진이 소리가 나는 곳의 위치와 크기를 정확하게 시각화할 수 있는 인공지능 기술을 개발했다. 이번 기술은 기존보다 10배 이상 정확하며, 연산시간은 10분의 1 수준이다. KRISS-포스텍 공동연구팀은 소리의 위치와 크기를 이미지로 변환하는 인공지능(AI) 기술을 개발하고 지도처럼 시각화해 쉽게 위치를 파악할 수 있도록 했다. 이를 실생활에 활용하면 ‘산속 조난자 위치’를 소리로 찾을 수 있다. 최근 드론과 같은 무인 항공기 기술은 사람의 개입 없이 정찰·수송·구조 등의 분야에 전천후로 활용되고 있다. 하지만, 무인 항공기 기술을 통한 음원 위치 추적기술은 정밀도가 낮고 주변 소음 환경에 따라 극심한 성능 저하가 불가피하다는 단점이 있다. 공동연구팀이 개발한 음원 위치 추적기술은 기존보다 10배 이상 정확한 정보를 제공하기 때문에 드론 프로펠러 소음이나 다른 배경 소음이 있는 악조건에도 사용할 수 있다. 향후 정찰·수송·구조 등에 이번 기술을 결합하면 다양한 비대면 드론 임무 성공에 기여할 것으로 기대된다. 위 그림은 공동연구팀이 개발한 ‘딥러닝 기반 음원 위치 추적기술’의 드론 조난자 구조 활용 시나리오이다. 산속 조난자의 소
[헬로티] 국내 연구진이 양자통신과 양자컴퓨팅에 쓰이는 정보 단위인 큐비트 상태를 평가하는 기술을 개발하고 세계 최고 수준의 정확도를 달성하는 데 성공했다. 여기서 큐비트(qubit)란, 원자, 광자와 같은 기본 양자입자에 저장된 정보. 0과 1의 중첩이 가능해 정보의 보안성이 높고 경우에 따라 대용량 정보처리가 가능해, 양자암호통신과 양자컴퓨팅에서 사용되는 기본 정보 단위를 말한다. 양자상태 정밀측정기술은 양자정보 기술의 신뢰성을 검증하기 위한 핵심기술이다. 양자암호통신을 포함한 양자정보 기술 산업 분야에서 널리 활용할 수 있다. 양자정보기술에서 측정은 그 자체가 정보처리 과정의 일부이기도 하다. 측정 행위가 측정 대상인 양자상태에 영향을 주고, 이런 상호작용을 양자컴퓨터의 계산 과정이나 양자통신에 활용하기 때문이다. 부정확한 측정은 정보의 오류를 유발하며, 응용기술은 본래 목적을 달성할 수 없다. 양자상태를 정밀하게 측정하려는 연구는 꾸준히 수행돼왔다. 그러나 원자나 광자 같은 양자역학적 입자들을 직접 측정하는 양자기술의 특성상, 측정 대상의 수가 많지 않아 정밀도가 제한적이다. 최근에는 이를 개선하기 위해서 머신러닝 방법론이 사용돼왔다. 기존에 제안된
[첨단 헬로티] 한국표준과학연구원(KRISS)의 제15대 박현민 원장이 지난 24일 공식 취임했다. 이날 열릴 예정이었던 제15대 원장 취임식은 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19) 확산 예방을 위해 취소되었다. ▲ KRISS 제15대 박현민 원장 KRISS 15대 원장에 취임한 박현민 원장(만 57세)은 취임사에서 “기본으로 돌아가 KRISS의 역할을 명확히 하자”며 “변화하는 산업생태계로의 과감한 투자 및 집중을 통해 새로운 패러다임으로 빠르게 변신해야 한다”라고 전했다. 박현민 원장은 조직 내 화합을 강조하며, 임기 동안 ‘수월성 있는 연구소’, ‘명확한 성과창출’, ‘원칙과 신뢰 기반의 결정’ 세 가지에 집중하여 기관을 운영할 계획이다. 박현민 원장의 임기는 2020년 2월 24일부터 3년이다.
[첨단 헬로티] 한국표준과학연구원(이하 KRISS)이 비침습적 산전검사(NIPT, 임신 10주차부터 혈액으로 태아의 기형 여부를 진단할 수 있는 검사)용 다운증후군 표준물질을 개발하는 데 성공했다. 산전검사의 품질을 향상시켜 태아의 기형 여부 진단에 정확도를 높일 것으로 전망된다. KRISS 바이오분석표준센터 연구팀은 독자적인 DNA 정량분석 기술을 활용, 다운증후군에 양성인 혈청표준물질을 개발했다. 이번 성과는 다운증후군 표준물질로는 세계 최초로 혈청 형태로 개발되어, 실제 임산부 혈액의 DNA 형태와 99 % 이상 일치한다. 산전검사가 보편화됨에 따라 최근 임산부의 혈액만으로 태아의 기형 유무를 검사할 수 있는 NIPT가 각광받고 있다. NIPT는 임산부의 혈액 속 5 %에도 미치지 못하는 태아의 DNA를 검사해서, 특정 염색체 수가 2개인지 3개인지를 판별해내는 고도의 기술을 요구한다. 하지만 아직 NIPT 결과만으로 기형 여부를 확신하기에는 불안요인이 있다. 검사 자체의 난도가 높은데다 혈액에서 DNA만 남기는 정제과정에서 DNA의 양이 많게는 50 %까지 손실될 수 있기 때문이다. 현재는 NIPT 결과에 조금이라도 이상 징후가 보이면 고위험군으로 판
[첨단 헬로티] 한국표준과학연구원(이하 KRISS)이 반도체의 대표적 품질 문제인 누설전류를 사전에 파악할 수 있는 공정 기준을 새롭게 제시했다. 나노구조측정센터 신채호 책임연구원팀은 박막층이 겹겹이 쌓인 다층 반도체에서 하부층이 상부층에 영향을 주는 ‘임계 거칠기(Critical roughness, CR)’ 지점을 최초로 정의하는 데 성공했다. 연구팀이 제시한 임계 거칠기는 실제 반도체 양산 측정 장비를 통해 검증을 진행했으며, 새로운 산업 표준으로서 반도체의 생산성을 향상시킬 것으로 전망된다. 모바일기기, 사물인터넷, 인공지능 등의 첨단산업이 성장함에 따라 이들 기술의 핵심에 있는 반도체 또한 진화를 거듭하고 있다. 특히 제한된 2차원의 공간에 박막층을 쌓는 다층 구조가 탄생하면서 반도체는 초고속화·대용량화의 한계를 뛰어넘게 되었다. 차세대 반도체의 수요가 급증하면서 산업에서는 불량률을 줄이고 생산성을 올리려는 노력이 계속됐다. 하지만 지금까지의 공정에서는 다층 반도체의 두께 측정만 관리돼왔다. 누설전류와 같이 박막층 사이 표면의 문제로 발생하는 품질 문제는 제작 단계에서 파악할 수 없었던 것이다. 제작 단계에서부터 반도
[첨단 헬로티] 기상 전문가들은 어떻게 하늘 높은 곳까지 관측할 수 있을까? 정답은 하늘 높이 띄운 ‘라디오존데(radiosonde)’에 있다. 라디오존데는 풍선에 매달려 약 35 km 상공까지 올라가 기온, 습도, 기압 등의 기상상태를 측정하는 관측계이다. 센서와 송신기로 구성되어 있으며, 저렴하면서도 강우나 주야에 관계없이 상공을 관측할 수 있다는 장점 또한 있다. 한국표준과학연구원(이하 KRISS)이 기상관측 시스템을 실제 대기권과 동일한 환경에서 평가 가능한 기술을 개발, 관측의 정확도를 향상시키는 데 성공했다. KRISS 고층기상연구팀은 기온, 습도, 기압, 태양복사, 풍속 등의 기상요소를 구현하고 정밀 제어할 수 있는 고층기상모사시스템을 개발했다. 또한 해당 시스템을 기반으로 라디오존데의 온도 측정 능력을 0.1℃ 수준까지 평가하는 기술 개발에도 성공했다. 이번 기술을 이용하면 35km 상공의 성층권까지 기온을 정확하게 측정할 수 있다. 지구온난화, 미세먼지 등과 직결되는 기후변화 예측의 가장 큰 불확실성이 제거되는 것이다. 기온은 기후변화를 직접적으로 알 수 있는 대표적인 1차 지표이다. 지상에서 10 ~ 15km 높이까지
[첨단 헬로티] 한국표준과학연구원(이하 KRISS)이 에너지 손실은 최소화하면서 극한 환경에서도 작동할 수 있는 고성능 2차원 다이오드를 개발했다. KRISS 양자기술연구소 정수용 책임연구원팀은 기존 p형과 n형 반도체 결합 방식에서 탈피, 2차원 반도체 물질인 이셀레늄화텅스텐(WSe2)만을 사용하여 수직형 다이오드를 구현하는 데 성공했다. 이번 기술은 기존 2차원 소자의 문제점을 개선하여 뛰어난 성능과 안정성을 가지며, 특히 단일면적당 전하수송 능력을 의미하는 전류밀도에 있어 세계 최고 수준을 자랑한다. 최근 고효율‧고성능 전자소자의 핵심 물질로 2차원 반도체를 이용한 연구들이 활발하다. 특히 두께가 원자층까지 얇아져도 반도체의 성질을 갖고 있는 층상(layer) 반도체는 초박막 디스플레이, 초소형 전자기기 등 광‧전자 소자기술을 이끄는 차세대 반도체로 떠오르고 있다. 2차원 층상 반도체를 이용한 다이오드를 구현하기 위해 지금까지는 일반적인 p형과 n형 반도체 결합을 시도해왔다. 하지만 외부 환경변화에 직접 노출되는 2차원 물질의 특성상 구조가 다른 두 물질의 접합은 다이오드의 성능을 저해하는 치명적인 요인으로 작용했다. 2차원 소자의
[첨단 헬로티] 한국표준과학연구원(이하 KRISS)이 광학적인 방법으로 나노미터(nm) 크기의 소자 내부 깊은 곳까지 측정할 수 있는 고감도 현미경 기술을 개발했다. 나노구조측정센터 이은성 책임연구원팀은 나노미터급 반도체나 전자소자의 구조를 광학적인 방법으로 영상화하는 ‘광유도력 현미경(PiFM)’을 개발하였다. 이번 기술을 이용하면 소자를 절단하지 않는 비파괴적인 검사가 가능해진다. 반도체 내부에 발생하는 공극(void)과 같은 결함 문제가 해결될 것으로 보인다. 물질을 나노미터 수준으로 관찰하는 가장 대표적인 장비는 원자힘 현미경(AFM, Atomic Force Microscope)이다. 마치 시각장애인이 대상을 손으로 더듬으며 정보를 파악하듯, 원자힘 현미경은 탐침이 물질을 눌러 훑으면서 원자의 힘을 이용하여 3차원 영상을 얻을 수 있다. 하지만 원자힘 현미경은 말 그대로 물질을 훑기만 한다는 데에 한계가 있다. 즉, 표면의 형상은 알 수 있지만 내부 깊은 곳의 결함을 파악하는 것은 불가능하다는 것이다. 이와 같은 결함은 반도체 내부에 생기는 공극이라는 기포가 대표적인데, 반도체 생산 수율을 결정짓는 중요한 품질 문제 중 하나다.
[첨단 헬로티] 현미경의 세계에서 빛, 전자, 이온과 같은 광원은 현미경 특성을 결정짓는 가장 중요한 요소이다. 이 광원이 최대한 좁게 모아져 방출되어야 마치 손전등으로 빛을 비출 때처럼 밝은 이미지를 얻을 수 있다. 한국표준과학연구원(이하 KRISS)이 차세대 현미경으로 주목받는 헬륨이온 현미경의 이온빔(ion beam) 원천기술을 개발했다. KRISS 광전자융합장비팀 박인용 선임연구원팀은 자체 설계한 이온원(ion source) 장치를 이용, 3원자 탐침에서 이온빔을 생성하는 데 성공했다. 헬륨이온 현미경은 전자현미경 수준인 나노미터 이하의 영상 분해능은 물론, 전자현미경에서 하지 못하는 10 나노미터 이하의 정밀가공까지 가능하다는 점이 특징이다. 나노 공정기술, 재료과학, 생물학을 포함한 다양한 분야에서 헬륨이온현미경을 주목하고 있는 이유다. 헬륨이온 현미경의 높은 분해능을 구현하기 위해서는 이온원의 정교한 설계가 핵심이다. 이온원의 탐침을 첨예하게 만들어 이온빔이 방출되는 면적이 극도로 좁아야하기 때문이다. 뾰족한 탐침의 비결은 탐침 끝부분에 최소한의 원자를 남기는 것이다. 하지만 고성능의 이온빔 원천기술은 기술 난도가 상당히 높아 극소수의 해외 선진
[첨단 헬로티] 물속에서는 전자파나 레이더가 닿지 않기 때문에 음파를 쏜 다음 반사된 파동으로 물체를 탐지한다. 음파는 물체가 있으면 반사되고 없으면 계속 나아간다. 그런데 누구나 알만한 이 상식을 깨는, 그 자리에 있지만 없는 것처럼 탐지되는 물질이 탄생했다. 국내 연구진이 수중에서 음파를 반사시키지 않고, 들어온 그대로 투과시키는 물질을 개발했다. 마치 물체가 존재하지 않는 것과 같은 효과를 낼 수 있어 수중 스텔스의 핵심기술로 적용될 것으로 전망된다. ▲KRISS, GIST 연구진이 개발한 ‘제로 굴절률 메타물질’ 한국표준과학연구원(이하 KRISS) 안전측정센터 최원재 책임연구원과 광주과학기술원(이하 GIST) 기계공학부 왕세명 교수팀은 제로 굴절률의 메타물질을 구현하고 수중실험에 성공했다. 이 메타물질은 음파를 투과시킬 뿐만 아니라 원하는 방향으로 제어할 수 있어 군사, 기계, 의학 등 다양한 분야에 적용 가능하다. 최근 자연계에 없는 특성을 가진 메타물질에 대한 관심이 뜨겁다. 투명망토는 메타물질을 활용한 가장 대표적인 기술로 꼽힌다. 투명망토는 원래 양(+)의 방향으로 굴절되는 빛을 극단적으로 제어하고, 나아가 음(-) 또는
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