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현재 배관 검사는 10m 이내의 범위에서 수동으로 내시경을 배관 내부에 진입시켜 육안 검사를 하거나, 결함이 예상되는 부분 외부에서 X-선, 초음파를 이용하고 있습니다.

이는 정확성이 떨어질 뿐만 아니라 검사 거리가 짧아 배관의 극히 일부로 검사 범위가 한정되는 단점이 있습니다.

발전소나 상하수도 같은 좁은 배관 속을 스스로 이동하며 1㎜ 이하의 미세 결함까지 탐지해 낼 수 있는 로봇이 개발됐습니다.

□ 한국원자력연구원 원자력융합기술개발부 김승호 박사팀이 화력발전소 내부의 지름 10㎝ 배관 속을 100m까지 자유롭게 이동하면서 레이저를 이용해 배관 내부에 존재하는 1㎜ 이하의 이물질, 파임, 돌출 등 미세 결함을 탐지해 낼 수 있는 비파괴 검사 로봇을 개발했습니다.

지름 10㎝ 배관 내부 결함 비파괴 검사 로봇


배관 내부를 3차원으로 재현한 모습

투명 배관에 넣고 작동하는 모습




김승호 박사팀이 개발한 로봇은 4방향에서 발사되는 레이저 주사를 이용, 배관 내부의 모습을 3차원으로 복원한 다음 고화질로 전송함으로써 1㎜ 이하(탐지 가능 최소 크기 0.47㎜) 크기의 미세 결함까지 정확하게 탐지할 수 있습니다.

이동시 0.1㎜ 간격으로 레이저를 발사해서 이동 거리를 측정함으로써 로봇의 위치 좌표와 결함의 발생 위치를 정확히 알아낼 수 있습니다.

특히 크기 대비 출력이 높은 모터를 선택함으로써 소형이면서도 충분한 구동력을 확보하고, 로봇이 배관에 접촉해서 나선형으로 이동하는 나사 구동 방식을 채택, 30㎏의 물체까지 견인할 수 있는 강한 추진력을 얻음으로써 배관 내부를 최대 100m까지 이동할 수 있습니다.

이번에 개발된 로봇은 이물질, 파임, 용접 부위 불량 등 미세 결함으로 인한 배관 파손 및 폭발 가능성을 사전에 탐지할 수 있어, 일차적으로는 화력 발전소 비 가동 기간에 투입돼 배관 안전성 검사에 활용될 예정입니다.

아울러 김 박사팀은 배관 내부의 세 축을 지지점으로 삼아 전진하며 지름 50㎝ 중구경 배관을 검사할 수 있는 로봇도 개발했습니다.


지름 50㎝ 배관 내부 결함 비파괴 검사 로봇

<김승호 박사>

 

○ 성    명 : 김승호 (金承鎬, 만 58세)
 ○ 소속기관 : 한국원자력연구원 원자력융합기술개발부
 
  학    력
  ○ 1972년 ~ 1979년  연세대학교 기계공학과 학사
  ○ 1979년 ~ 1982년  연세대학교 기계공학과 석사
  ○ 1982년 ~ 1988년  연세대학교 기계공학과 박사

  주요경력
  ○ 1982년 ~ 1983년 미국 원자력규제위원회(US NRC) 실무연구원
  ○ 1988년 ~ 2005년 한국원자력연구원 원자력로봇연구실 실장 
  ○ 1995년 ~ 1996년, 2003년 ~ 2004년 제어자동화시스템공학회 이사
  ○ 2007년 ~ 2008년 뉴욕주립대학 교환 과학자
  ○ 2011년 ~ 현재 한국원자력연구원 원자력융합기술개발부장

  주요연구업적
<연구 주제>
    - 원자력 산업용 첨단로봇 기술개발
    - 원자력 산업용 내방사선 로봇 기술개발
    - 화재진압 및 화점탐사 로봇 기술개발
<연구 성과>
    - 연구논문 건수 : 60건
    - 특허출원 : 30건
    - 특허등록 : 50건

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리튬이차전지는 현재 휴대폰, 노트북 컴퓨터 등 휴대통신기기에 폭넓게 사용되고 있고, 최근에는 하이브리드 전기자동차와 지능형 로봇 등의 동력원 뿐만 아니라 태양광, 풍력 발전 등 신재생 에너지용 전력저장 중대형 전지시스템으로 주목 받고 있습니다.   

그러나 국내외에서 심심치 않게 발생하는 배터리 폭발사고와 배터리 공장 폭발사고 등으로 인해 이를 실제 중대형 전지시스템에 적용하기 위해서는 에너지 밀도를 높이는 문제 뿐만 아니라 높은 안정성을 확보하는 문제까지 중요한 이슈로 제기되어 왔습니다.

이런 가운데 안정성이 뛰어나고 용량도 큰 리튬을 이용한 이차전지의 차세대 양극소재가 국내 연구진에 의해 개발돼 전기자동차 등 중대형 전지 개발에 새로운 가능성을 열었습니다.
 
한양대 선양국 교수팀은 최근 주목받고 있는 중대형 리튬이차전지의 안전성과 에너지밀도를 동시에 획기적으로 높인 이중구조 양극소재를 개발했습니다

여기서 이중구조란 고에너지 밀도를 갖지만 안전성이 낮은 중심물질에 고안전성, 고출력을 나타내는 외부층을 형성하여 양쪽의 장점만을 취한 독특한 구조입니다.

마이크론 사이즈의 이중구조 올리빈계 소재의 구성요소 및 각각의 장점을 표현한 그림.



연구팀은 이중구조 양극소재를 개발하여 리튬이차전지의 에너지 밀도를 높이면서(상용화된 소재 대비 1.2배 상승) 동시에 안정성을 획기적으로 향상(상용화된 소재 대비 약 500배 안정)시키는 데에 성공하였다.
 
이는 향후 하이브리드 전기자동차나 전력저장 시스템용 중대형 전지 뿐만 아니라 신재생에너지 저장용 차세대 에너지 저장시스템의 전극 소재 개발 등에 중요한 기반이 될 전망입니다.

연구결과는 화학분야의 권위 있는 학술지인 '앙게반테 케미 국제판(Angewandte Chemie International Edition)'에 1월 17일자로 게재되었습니다.
(논문명 : Double-Structured LiMn0.85Fe0.15PO4 Coordinated with LiFePO4 for Rechargeable Lithium Batteries)

 용  어  설  명

리튬이차전지 (Lithium Ion Secondary Battery) :
이차전지의 일종으로서, 방전 과정에서 리튬 이온이 음극에서 양극으로 이동하는 전지이다.
충전 시에는 리튬이온이 양극에서 음극으로 다시 이동하여 제자리를 찾게 되며, 충전 및 방전의 반복으로 지속적으로 사용할 수 있는 전지로 현존하는 이차전지 중 가장 에너지밀도가 높다.

올리빈 구조 (olivine structure) :
리튬이차전지에 사용되는 양극 소재의 한 종류로 orthorhombic 구조를 가진다.
일반적으로 LiMPO4 (M=Fe, Mn, Co, Ni) 화학식으로 표현되며, 사용되는 전이금속에 따라 다른 산화 환원 전위 (Fe: 3.4 V, Mn: 4.1 V, Co: 4.7 V, Ni: 5.2 V)를 갖는다.

에너지밀도 (Energy Density) :
단위 부피나 단위 무게 당 저장되는 에너지를 나타내며, 리튬이차전지에서는 사용되는 전극의 밀도에 따라 그 크기가 결정된다.

확산거리 (Diffusion Length) :
리튬이차전지의 충전 혹은 방전 시 양/음극 소재 입자에서 리튬이온이 삽입 또는 탈리 중에 이동하는 거리를 말한다.

전기화학 테스트 (Electrochemical test) :
리튬이차전지에서 사용되는 소재의 성능을 평가하기 위해 진행되는 테스트로 충방전 테스트, 수명특성, 출력특성 등을 일반적으로 평가한다.

시차주사 열량계 (Differential Scanning Calorimetry) :
일반적으로 물질은 온도가 변화됨에 따라 물리적, 화학적 변화를 일으키며, 대부분의 화학적 물리적 변화를 일으키는 물질은 각각 열을 흡수하거나 방출한다. 따라서 시료의 열 출입을 관찰하여 화학적, 물리적 변화여부를 분석하는 장비이다.

<연 구  개 요>

리튬이차전지는 휴대폰, 노트북컴퓨터 등과 같은 소형전지에 널리 사용되어 왔으며, 최근에는 하이브리드 전기자동차, 에너지 저장장치 등으로 쓰이는 중대형 전지로 사용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
이러한 중대형 전지에서 요구되는 중요한 특성은 높은 열적안전성과 장 수명특성, 높은 에너지밀도이다.
높은 열안전성과 장 수명특성을 만족시키기 위한 많은 양극 소재 중 올리빈(olivine)구조를 갖는 양극 소재가 저가격, 친환경성, 고안전성으로 각광받고 있다.
이러한 올리빈 구조의 양극 소재도 낮은 전기전도도를 갖는 단점이 있는데, 입자의 나노화, 균일한 카본코팅, 전이금속 치환의 방법으로 이를 극복하였다.
그 중 가장 많이 연구되고 발전된 소재가 LiFePO4와 LiMnPO4 조성의 소재이다.
먼저, LiFePO4의 경우 열적안전성이 우수하고 수명 특성이 뛰어난 장점이지만 평균전압대가 3.4 V로 상용화되고 있는 LiCoO2 계열의 층상계 소재 (3.7 V)에 비해 낮은 에너지 밀도를 가진다.
이에 반해, LiMnPO4의 경우 평균전압대가 4.1 V로 LiFePO4에 비해 높은 에너지 밀도를 지닌다.
하지만 이 물질은 부도체에 가까운 낮은 전기전도도와 (<10-10 S/cm) 전지 구동에 따른 Mn 금속 용해에 의해 낮은 용량과 열악한 수명특성 등이 상업화의 걸림돌이 되어왔다.
중대형 전지에서는 높은 에너지밀도를 요구하는데 그 이유는 한정적인 공간에서 더 높은 에너지를 얻을 수 있기 때문이다.
이러한 요구조건으로 인해 나노사이즈의 소재가 아닌 높은 밀도를 지닌 마이크론 사이즈의 소재의 연구가 진행되어 왔다.
하지만 높은 밀도를 갖는 마이크론 사이즈 물질은 내부에 카본코팅이 어려워 전도도가 낮아지며, 리튬이온의 확산거리 (diffusion length)가 증가하여 성능이 현저히 낮아지게 된다.
앞에서 설명한 특성을 지니며, 단점을 극복하는 소재를 개발하기 위해 이번 연구에서는 고에너지밀도를 지닌 마이크론 사이즈의 LiMn0.85Fe0.15PO4 코어에 고안전성을 지닌 LiFePO4 층을 형성하여 각각의 소재의 장점인 고에너지밀도, 고안전성을 동시에 지니게 하였다.
또한, 마이크론 사이즈 소재의 단점을 극복하기 위해 내부에 나노사이즈의 공극(pore)을 가지며, 각각의 공극 안에 균일하게 카본이 코팅된 마이크론 사이즈의 소재를 개발하였다. (그림 1. 개념도)

그림 1. 마이크론 사이즈의 LiMn0.85Fe0.15PO4 ? LiFePO4 이중구조 소재 개념도

이러한 이중구조를 지닌 올리빈 소재의 성능을 확인해 보기 위해 LiFePO4 외부층이 없는 물질과 전기화학 테스트를 비교 진행해 보았다.


그림 2. 이중구조 물질의 충방전 테스트(charge/discharge test)와 수명특성(cycle life test) 비교


그림 2.에 나타낸 것처럼 외부층이 존재함에 따라 방전용량이 증가하며, 외부층의 두께가 증가함에 따라 고온에서의 수명특성도 훨씬 향상되는 것을 볼 수 있다.
이는 LiFePO4 외부층이 전체적인 소재의 전도도도 향상시킬 뿐만 아니라 고온에서의 Mn 금속의 용해도 방지하여 수명특성을 향상시킨다는 것을 알 수 있다.

그림 3. 시차주사 열량법 (Differential Scanning Calorimetry, DSC) 분석을 통한 이중구조의 열적안전성 비교

또한, 그림 3.에 나타난 시차주사 열량법 (DSC) 테스트를 통해 외부의 LiFePO4 층이 발열온도를 높일 뿐만 아니라 발열량도 현저히 낮춰서 열적안전성을 훨씬 향상시키는 것을 볼 수 있다.

<선양국 교수>

1. 인적사항 
 ○ 소 속 : 한양대학교 에너지공학과 교수
 
2. 학력
  ○ 1987 : 서울대학교 석사 (화학공학)
  ○ 1992 : 서울대학교 박사 (화학공학)
 
3. 경력사항
○ 1996 ~ 2000 : 삼성종합기술원, 수석연구원
○ 2000 ~ 2008 : 정보통신신소재연구센터, 센터장
○ 2002 ~ 2004 : Argonne National Lab., 방문연구원
○ 2007 ~ 현재 : Illinois Institute of Technology, 연구교수
○ 2000 ~ 2008 : 한양대학교 응용화학공학부, 교수
○ 2007 ~ 현재 : 한국과학기술 한림원 정회원
○ 2009 ~ 현재 : 한양대학교 에너지공학과, 교수
○ 2012 ~ 현재 : Journal of Power Sources, Associated Editor

4. 주요연구업적
1. Y.-K. Sun, S.-M. Oh, H.-K. Park, B. Scrosati, "Micro-sized, nanoporous, high volumetric capacity LiMn0.85Fe0.15PO4cathodematerialforrechargeable lithium batteries", Advance Materials, 23(43), 5050-5054, 2011.
2. J. Hassoun, K.-S. Lee, Y.-K. Sun, B. Scrosati, "An Advanced Lithium Ion Battery Based on High Performance Electrode Materials", J. of Amer. Chem. Soc., 133(9), 3139-3143. 2011.
3. H.-G. Jung, S.-T. Myung, C.-S. Yoon, S. M. Son, K. H. Oh, K. Amine, B. Scrosati, Y.-K. Sun, "Microscale spherical carbon-coated Li4Ti5O12 as ultra high power anode material for lithium batteries", Energy and Environmental Science, 4(4), 1345-1351, 2011
4. S.-W. Oh, S.-T. Myung, S.-M. Oh, K. H. Oh, K. Amine, B. Scrosati, Y.-K. Sun, "Double carbon coating of LiFePO4 as high rate electrode for rechargeable lithium batteries", Advanced Materials, 22(43), 4842-4845, 2010.
5. S.-W. Oh, S.-T. Myung, S.-M. Oh, K. H. Oh, K. Amine, B. Scrosati, Y.-K. Sun, "Double carbon coating of LiFePO4 as high rate electrode for rechargeable lithium batteries", Advanced Materials, 22(43), 4842-4845, 2010.
6. Y.-K. Sun, D.-H. Kim, C.-S. Yoon, S.-T. Myung, J. Prakash, K. Amine, "A Novel Cathode Material with Concentration-Gradient for High Energy and Safe Lithium-Ion Batteries", Advanced Functional Materials, 20(3), 485-491, 2010.
7. 6. Y.-K. Sun, S.-T. Myung, B.-C. Park, J. Prakash, I. Belharouak, K. Amine, "High-energy cathode material for lng-life and safe lithium batteries", Nature Materials, 8(4), 320-324, 2009.
8. K.-S. Lee, S.-T. Myung, K. Amine, H. Yashiro, Y.-K. Sun, "Dual functioned BiOF-coated Li[Li0.1Al0.05Mn1.85]O4 fr lithium batteries", Journal of Materials Chemistry, 19(14), 1995-2005, 2009.
9. K. S. Lee, S.-T. Myung, K. Amine, Y.-K.Sun, "Structural and Electrochemical Properties of Layered Li[Ni1-2xCoxMnx]O2(x=0.1-0.3)PositiveElectrodeMaterialsforLi-IonBatteries", J. of Electrochem. Soc., 154(10), A971-A977, 2007.
10. Y.-K. Sun, S.-T. Myung, M.-H. Kim, J. Prakash, K. Amine, "Synthesis and characterization of Li[(Ni0.8Co0.1Mn0.1)0.8(Ni0.5Mn0.5)0.2]O2 with the microscale core-shell structure as the positive electrode material for lithium batteries", Journal of the American Chemical Society, 127(38), 13411-13418, 2005.
외 272편

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ETRI(한국전자통신연구원)는 차세대 대용량 광통신 시스템의 핵심 기술인 100Gbps 광 송수신 기술을 개발했습니다.

100Gbps는 1초 당 DVD 3장 분량의 대용량 데이터를 전송할 수 있는 속도입니다.

이 기술은 기존 광전송망의 광섬유를 그대로 사용할 뿐만 아니라, 기존 채널당 10Gbps 기반 광통신 시스템에 업그레이드 적용할 수 있어 기간망과 인터넷 회선 속도를 쉽게 증가시킬 수 있습니다.

ETRI는 이 기술을 한국정보화진흥원이 운용하는 미래네트워크 연구 시험망(KOREN)에 적용하여 대전~서울 왕복 거리인 510㎞에 달하는 장거리 광전송 시험에서 장시간 무오류 전송에 성공했습니다.

여기에 적용된 기술은 100Gbps 이더넷 신호를 10㎞까지 전송하는 '100Gbps 이더넷용 광 송수신기 기술', 100 Gbps 이더넷 신호를 장거리 광전송을 위한 전송 프레임 형태로 변환하여주는 'OTN 프레이머 기술', 그리고 WDM 전송망을 통해 수백 km 이상 장거리 전송을 가능하게 해 주는 '100 Gbps OTN 광 송수신기 기술' 등 세 부분으로 구성됩니다.

100G OTN 광 송수신기

100G 이더넷용 광 송수신기



이더넷용 광 송수신기는 전기적, 물리적, 운용 관리 규격인 CFP MSA를 만족할 뿐만 아니라 핵심 구성 모듈인 ROSA를 자체 개발해 경제성을 더 했습니다.

OTN 프레이머 기술은 ITU-T 표준으로 FEC (forward error correction), OTU4 프레이밍 등의 FPGA 적용 프로그램 (IP 코어)을 자체 개발하여 100Gbps 솔루션의 가치를 더욱 높였습니다.

그리고 OTN 광 송수신기의 경우, ETRI가 방식 특허를 확보한 DC-DQPSK 변복조 기술을 적용하여, 타 기술 대비 경제성이 좋고 우수한 전송 성능을 가지며 전력 소모가 적은 초소형 100Gbps 광 송수신기를 개발한 것입니다.

100 Gbps OTN 광송수신기 기술은 100 Gbps 전송의 최대 수요가 예상되는  20~600㎞의 전송 거리 구간을 주 타겟으로 하고 있어 국내 고유 기술로 초기 세계 시장에 진입할 좋은 기회가 될 전망입니다.

ETRI는 이번에 개발한 기술을 오는 3월 미국에서 열리는 국제 광통신 박람회 OFC/NFOEC에 출품할 예정입니다.

현장시험에 사용된 100G 라인 카드

  용  어  설  명

OTN(Optical Transport Network, 광전달망) :
WDM (파장 분할 다중 방식)으로 다중화된 광 채널을 전송, 다중화, 스위칭, 제어, 관리 등의 기능을 제공할 수 있도록 정의한, 광섬유로 연결된 네트워크를 의미함. ITU-T 국제 표준화 회의에서 정의 및 표준화함.

WDM(W
avelength Division Multiplexing, 파장 분할 다중 방식) :
하나의 광섬유에 수십 ~ 수 백 개의 서로 다른 파장의 광 채널들을 다중화하여 전송하는 방식으로, 대용량 광전송을 가능하게 하는 기술임.

CFP MSA(
100G Form-factor Pluggable, Multi-Source Agreement) :
100 Gbps 이더넷 수용 기술의 호환성을 위해 관련 업체들이 모여 정한 업체표준으로 전기적, 물리적, 운용 관리 규격 등이 포함됨.

ROSA(R
eceiver optical sub-assembly) :
수신기에 사용되는 여러 개의 광 부품을 집적화한 광 모듈.

ITU-T(
International Telecommunication Union (ITU) Telecommunication Standardization Sector) :
ITU의 통신 분야의 표준화 회의 단체.

FEC(Forward Error Correction, 순방향 오류 정정) :
오류 복구용 부호를 신호에 삽입하여 전송함으로써 전송 신호의 오류를 감별하는 기술

OTU4 (Optical Channel Transport Unit 4) 프레이밍 :
OTU4는 100 Gbps 이더넷 신호를 WDM 광전달망에서 수용하여 전송할 수 있도록 정의된 전송 프레임이며, 이러한 프레임을 만드는 기술을 OTU4 프레이밍 기술이라 함.

FPGA(F
ield programmable gate array) :
사용자 요구에 맞게 프로그래밍하여 사용할 수 있는 집적 회로 (IC)

DC-DQPSK(Dual carrier-differential quadrature phase shift keying) :
두 개의 반송파 즉 광 파장을 사용하는 차동 4 위상 편이 변조 방식

OFC/NFOEC(Optical Fiber Communication Conference/National Fiber Optic Engineers Conference) :
국제 광통신 박람회

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반도체 회로의 초미세 제품개발 경쟁이 갈수록 치열해지고 있습니다.


그러나 현존 최첨단 반도체 기술로도 10㎚(나노미터) 이하의 반도체 제작은 불가능한데요.

기존 실리콘을 대체할 신물질을 이용한 차세대 반도체는 국가경쟁력 강화를 위해 반드시 풀어내야 할 숙제입니다.

특히 최근 광식각 패턴기술이 적용되던 반도체 회로의 크기가 물리적 한계에 도달하면서 이런 요구는 더욱 높아지고 있습니다.

이에 따라 생체소재를 이용해 초미세 회로을 제작하는 연구가 전 세계적으로 진행되고 있습니다.

이 중 DNA는 2㎚(나노미터)까지 정교한 미세패턴이 구현 가능해 차세대 신소재로 각광받고 있습니다.

2나노급 반도체가 개발되면 우표 크기의 메모리 반도체에 고화질 영화 1만 편을 저장하는 등 현재 상용중인 20나노급 반도체보다 약 100배나 많은 용량을 담을 수 있습니다.

□ KAIST 신소재공학과 김상욱 교수팀이 DNA를 그래핀 위에서 배열시키는 기술을 활용해 초미세 반도체 회로를 만들 수 있는 원천기술을 개발했습니다.

이번 신기술 개발을 통해 기존에 사용되고 있는 물리적 방식의 최첨단 기술로도 불가능하다고 여겨졌던 2 ㎚(나노미터)급의 선폭을 갖는 반도체 개발이 가능해질 전망입니다.

연구팀은 'DNA 사슬접기'라고 불리는 최첨단 나노 구조제작 기술을 이용해 금속 나노입자나 또는 탄소나노튜브를 2㎚(나노미터) 까지 정밀하게 조절할 수 있는 점을 발견했습니다.

그러나 이 기술은 실리카나 운모 등 일부 제한된 특정 기판위에서만 패턴이 형성되기 때문에 반도체칩에는 적용이 불가능했습니다.

이에 김 교수팀은 다른 물질과 잘 달라붙지 않는 그래핀을 화학적으로 개질해 표면에 다양한 물질을 선택적으로 흡착하도록 만들었습니다.

DNA 들이 결합하면서 DNA 오리가미를 형성과 함께 그래핀 산화물 표면과 질소도핑/환원 그래핀 산화물 표면에 흡착되는 모습.

개질된 그래핀은 원자수준으로 매우 평탄하면서도 기계적으로 잘 휘거나 변형되는 그래핀의 장점을 갖고 있습니다.

이 위에 DNA 사슬접기를 패턴화할 경우 기존에는 불가능했던 잘 휘거나 접을 수 있는 형태의 DNA 회로구성이 가능할 전망입니다.

화학적으로 개질된 그래핀 위에서 형성된 직사각형 모형의 DNA 사슬접기 모양과 측정 사진



다양한 기능을 발휘하는 그래핀 소재 위에 2나노 급의 초미세 패턴을 구현할 수 있는 DNA 사슬접기를 배치시키는 기술은 기계적으로 유연한 나노반도체나 바이오센서 등 다양한 분야에 원천기술로 활용될 전망입니다.

이번 연구결과는 화학분야의 세계 최고 권위의 학술지인 '앙게반테 케미(Angewandte Chemie International Edition)' 1월호에 표지논문으로 발표됐으며 관련 기술은 국내외 특허출원을 마쳤습니다.

 

 용  어  설  명

그래핀 :
육각의 벌집구조로 결합한 탄소가 연속적으로 연결되어 탄소 원자 한 층의 두께를 가진 2차원의 평판 모양을 이룬 탄소소재

광식각 기술 :
빛에 민감한 고분자를 이용하여 미세한 패턴을 형성하는 반도체용 미세형상 제작 기술

DNA 사슬접기 :
긴 단일 DNA 사슬 하나와 정교하게 설계된 짧은 단일 DNA 사슬들이 염기 서열 규칙에 따라 이중나선 DNA 구조로 접히면서 다양한 모양의 나노구조물을 형성하는 생체소재. 
DNA는 염기서열에 따라 규칙적으로 결합되어 유전정보를 저장하는 생체소재이며, 2006년도에 최초로 개발된 DNA Origami (DNA 사슬접기)는 긴 DNA 사슬을 마치 뜨개질하듯 정밀하게 설계된 짧은 DNA 사슬들과 결합시켜 다양한 형태의 나노 구조물을 만드는 최첨단 나노기술이다.

탄소나노튜브 :
육각의 벌집구조로 결합한 탄소가 수 nm(나노미터) 크기의 직경을 갖는 튜브를 형성한 탄소소재

나노 기술 :
1나노미터는 10억분의 1m다.
즉 사람 머리카락의 1만분의 1 굵기로 반도체 회로를 그려넣는 초미세 가공기술이다. 반도체는 회로선 폭이 가늘어질수록 원가가 절감되고 에너지 효율도 높아진다

 

 <보 충 설 명>

플레시 메모리의 회로 선폭에 대한 로드맵

2013년도에 10nm급 패턴 (16nm) 개발예정으로 되어 있고, 2011년 이후 현재 양산은 22nm 회로선폭으로 제작되고 있음을 나타냄

DNA사슬 형성과정

DNA 오리가미가 형성되는 과정을 모식도로 표현한 것이며 실제로 형성된 DNA 오리가미를 AFM 장비를 이용하여 그래핀 산화물 위에 잘 흡착되어 있는 것을 측정한 것임.


DNA 사슬접기가 그래핀에 흡착된 상태를 측정

DNA 사슬접기가 화학적으로 개질된 여러 종류의 그래핀에 따라 흡착된 상태를 AFM 장비를 이용하여 측정한 것이며 그것을 증명하기 위해서 XPS 장비를 사용하여 마그네슘 이온이 존재함을 확인한 자료 

A) 그래핀 산화물에 DNA 오리가미가 선택적으로 흡착됨을 AFM 분석과 흡착된 영역에 마그네슘 이온이 존재함을 XPS 분석으로 확인

B) 질소도핑/환원 그래핀 산화물에 DNA 오리가미가 선택적으로 흡착됨을 AFM 분석과 흡착된 영역에 마그네슘 이온이 존재함을 XPS 분석으로 확인

C) 환원 그래핀 산화물에 DNA 오리가미가 흡착되지 않음을 AFM 분석과 마그네슘 이온이 적게 분포함을 XPS 분석으로 확인

D) 그래핀에 DNA 오리가미가 흡착되지 않음을 AFM 분석과 마그네슘 이온이 적게 분포함을 XPS 분석으로 확인


화학적으로 개질된 그래핀 위에 DNA 사슬접기를 흡착시킨 후에 DNA 사슬접기 내에 특정 위치의 DNA 사슬 단일 가닥과 CNT와 결합된 다른 DNA사슬 단일 가닥과 결합하면서 CNT의 흡착 위치를 제어하는 것을 표현

DNA 사슬접기는 긴 원형의 단일 DNA 사슬에 수백개의 짧은 DNA 단일 사슬들과 이중나선 구조를 형성하면서 긴 원형의 단일 DNA사슬이 포개지면서 형성하는 것으로 짧은 DNA 단일 사슬들 중에 CNT에 결합되어 있는 DNA사슬과 결합할 수 있는 특정 단일 DNA 사슬을 사용하므로써 CNT의 위치를 제어 할 수 있습니다.


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