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기존 CI(G)S 박막 태양전지는 효율은 높지만 진공증착기술 이용으로 공정단가가 비싸고 대면적화에 어려움이 있습니다.

현재 나노입자 기반 CI(G)S 박막 태양전지의 기존 최고효율은 5.5%입니다.

■ 한국화학연구원 류병환·정선호박사 연구팀이 CI(G)S 박막 태양전지의 제조단가를 획기적으로 낮출 수 있는 원천 소재 기술을 개발했습니다.

이번 연구성과는 값싸고 독성이 없는 원료물질을 이용한다는 특징을 가지며, 이를 통해 광활성층의 결정성, 화학조성 및 치밀 미세구조를 제어할 수 있는 기능성 CI(G)S 나노입자를 합성하는 기술입니다.

연구팀은 태양전지용 CI(G)S 광흡수층 제조에 있어 기존의 진공증착 기술을 대체할 기능성 나노입자를 이용한 용액공정 기술을 개발해 현재 보고된 나노입자 기반의 CI(G)S 박막 태양전지 중 최고 효율을 달성했습니다.

연구팀은 공정비용이 높은 진공증착 대신에 저가의 원료물질을 이용하여 기능성 나노입자 기반 액상소재를 제조하고, 이를 단순한 용액공정으로 기판 위에 코팅하고 열처리함으로써 치밀한 미세구조의 광활성층을 제작할 수 있는 기반을 마련했습니다.

이번 연구는 나노입자 합성 및 용액공정을 통해 초저가, 고효율화를 위한 새로운 가능성을 열어준 원천기술로, 차세대 CI(G)S 박막 태양전지의 한계점을 극복할 수 있을 전망입니다.

이번 연구결과는 에너지소재 소자 분야 저명한 과학 전문지인 'Energy and Environmental Science' 온라인판(2012년 4월 20일)에 게재되었습니다.
(논문명 : An 8.2% efficient solution-processed CuInSe2 solar cell based on multiphase CuInSe2 nanoparticles)

 

공정비용이 높은 진공증착 대신에 저가의 원료물질을 이용하여 기능성 나노입자 기반 액상소재를 제조(왼쪽 위사진)하고 단순한 용액공정으로 박막을 성막시킴으로서 치밀한 미세구조를 가지는 고효율 광활성층(왼쪽 아래사진)을 포함하는 박막 태양전지 구조를 제작함.

 
  용  어  설  명


CI(G)S 박막 태양전지 :
무기 반도체 박막 태양전지의 일종.
전자(n)-정공(p)의 무기 반도체 박막 CI(G)S-CdS을 p-n으로 서로 접합하였을 때 반도체의 금지대폭(Eg: Band-gap Energy)보다 큰 에너지를 가진 태양광이 입사되면 전자-정공 쌍이 생성되는데, 이들 전자-정공이 p-n 접합부에 형성된 전기장에 의해 전자는 n층으로, 정공은 p층으로 모이게 되는 원리로 동작하는 태양전지.
효율은 높지만 제조비용이 고가이며 대면적화가 어려움.

나노 입자 :
벌크에서 발현될 수 없는 다양한 물성을 가지는 나노스케일의 기능성 입자. 입자의 형태 또는 크기에 따라서 광/전기적 특성이 제어되고, 이러한 특징을 활용하여 특정 물성을 가지는 소재를 합성하고 소자를 제작할 수 있음. 

용액 공정 :
용매내에 유기 분자/나노입자 등이 용해 또는 분산되어 있는 액상소재를 이용하여 박막을 성막하는 공정. 단순한 박막형성 공정뿐만 아니라 패턴화가 가능한 인쇄 공정을 포함함. 
진공증착 공정에 비해 단순한 저가 공정이지만, 우수한 액상 소재의 개발 및 코팅/인쇄 공정의 최적화가 용액 공정을 통한 소자 제작을 위해서 필수임.

Energy and Environmental Science誌 :
에너지소재 및 소자 분야에서 저명한 세계적으로 권위 있는 학술지로서, 영국 왕실화학협회에서 발행하는 학술지 (2010년도 SCI 피인용지수 : 9.446).


 

 

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태양으로부터 지구에 도달하는 태양광은 자외선에서 가시광선 및 적외선을 포함하고 있으며, 현재 무-유기 하이브리드 태양전지는 주로 가시광선까지의 태양광을 활용하므로 효율 향상의 한계를 이번 연구 성과를 통해 기존보다 넓은 파장대 영역의 태양광을 활용할 수 있는 기술을 개발함


한국화학연구원 석상일 박사팀이 기존 태양전지 기술과 무기 및 유기 소재의 장점을 융합한 무-유기 하이브리드 태양전지 제조기술의 고효율화를 위한 방법론을 제시했습니다.

무-유기 이종접합 하이브리드 태양전지 제조기술은 2010년 석상일 박사팀이 세계 최초로 개발한 신개념 태양전지 제조 원천기술입니다.

당시 석 박사팀은 고효율의 무기반도체박막태양전지와 저가의 유기태양전지를 염료감응태양전지 구조에 적용한 융합기술로 효율성과 가격경쟁력의 두 마리 토끼를 동시에 잡을 수 있는 원천기술을 발표해 주목을 받았습니다.
     
이번에 석 박사팀은 태양전지의 효율을 획기적으로 올리기 위한 다중구조(panchromatic)의 태양전지를 제조하는데 성공해 태양전지의 고효율화를 위한 새로운 길을 제시했습니다.

이번 연구는 그 동안 제대로 활용하지 못했던 태양광의 장파장 영역에 있는 빛을 효율적으로 흡수하고 광전자-홀로 분리하여 기존보다 넓은 파장대의 태양광을 활용할 수 있는 기술입니다.

이번 연구성과는 세계적 권위의 나노분야 학술지 나노레터스(Nano Letters) 온라인판(2012년3월8일)에 게재되었습니다.
(논문제목 : Panchromatic Photon-Harvesting by Hole-Conducting Materials in Inorganic-Organic Heterojunction Sensitized-Solar Cell through the Formation of Nanostructured Electron Channels)

다중구조 (panchromatic)의 무-유기 하이브리드 KRICT 태양전지 구조

광전극 골격에 가시광 영역의 빛을 흡수하는 무기반도체 나노입자와 근적외선 영역의 빛을 흡수하는 공액 고분자를 이용한 다중구조에서 광으로부터 전자를 생성하는 개념도


 

 용  어  설  명

무기반도체박막태양전지 :
전자(n)-정공(p)의 무기반도체 박막을 p-n으로 서로 접합하였을 때 반도체의 금지대폭(Eg : Band-gap Energy)보다 큰 에너지를 가진 태양광이 입사되면 전자-정공 쌍이 생성되는데, 이들 전자-정공이 p-n 접합부에 형성된 전기장에 의해 전자는 n층으로, 정공은 p층으로 모이게 되는 원리로 동작하는 태양전지.
효율은 높지만 제조 비용이 고가인 단점이 있음.

염료감응태양전지 :
식물의 광합성 원리를 모방한 태양전지로, 전자(n) 전도성 지지체 위에 태양광을 흡수하는 염료를 부착하여 태양광 흡수로 생성된 전자-정공 쌍이 전자전도체-홀전도체 계면에서 분리되어 전자와 홀이 외부 회로로 흐르게 하여 동작하는 태양전지.
효율이 비교적 높고 저가로 제조 가능하지만, 액체전해질 사용으로 장기적으로 사용하는데 안정성 문제가 있음.

유기태양전지 :
태양광을 흡수하여 전자-정공을 생성하는 고분자 재료에 전자흡수능력을 가진 물질을 결합하여 제조되는 태양전지.
저가로 제조가 가능하지만, 광안정성이 낮은 단점이 있음.

공액 고분자 :
폴리아세틸렌, 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리사이오펜과 같이 탄소와 탄소사이가 이중결합 (π 결합)과 단일결합 (σ결합)이 교대로 형성된 구조를 가지는 고분자로써 전기 전도성 및 반도체적인 성질을 가져 발광 다이오드, 태양전지, 트랜지스터 등에 사용됨.

Nano Letters誌 :
나노과학 및 나노기술 분야에서 세계적으로 권위 있는 학술지로, 미국 화학회에서 발행하는 학술지 (2010년도 SCI 피인용지수 : 12.219)

<무기-유기 이종접합 하이브리드 태양전지 제조기술>

1. 기존 태양전지 제조기술

 ○ 반도체박막태양전지 : 효율이 높지만 고가임
 ○ 염료감응태양전지 : 효율이 비교적 높고 저가가 제조가 가능하지만 액체전해질 사용에 의한 장기 안정성에 문제를 가지고 있음
 ○ 유기태양전지 : 저가로 제조가 가능하지만 광안정성이 낮음

2. 무기-유기 이종접합 하이브리드 태양전지
 ○ 무기물과 유기물을 주요한 태양전지의 구성 요소로 동작하는 태양전지
 ○ 순수 유기물 태양전지에 비하여 내구성이 우수하고 고효율이 가능
 ○ 저가의 무기물과 화학적 용액 공정에 의하여 태양전지 제조가 가능하며, 무기반도체나노입자와 전도성 고분자 모두에서 태양에너지를 흡수하여 전기적 에너지로 변환이 가능한 구조
 ○ 광흡수와 전자전달을 하는 무기반도체와 홀전달체인 공액 고분자의 유기반도체가 계면에서 서로 접합한 접합부에서 광에 의하여 생성된 전자-정공이 에너지 준위의 차이에 의하여 전자는 무기물인 무기반도체층으로, 정공은 유기반도체층으로 이동하는 원리로 동작하는 태양전지.
 ○ 염료감응태양전지의 구조에 기반하여, 고효율 무기반도체박막태양전지의 무기반도체를 나노입자화(양자점 포함)하여 염료 대신에 광감응제로 사용하고, 유기태양전지의 전도성 고분자와 효과적으로 결합하는 방법
 ○ g당 수십만원 하는 합성된 염료 대신에 단지 수십원하는 무기반도체나노입자용 원료를 사용하여 광흡수층을 용액상에서 생성시키고, 유기 용매에 용해한 전도성 고분자를 코팅하는 매우 단순한 공정에 의하여 태양전지 제조 가능
 ○ 근적외선 영역의 태양광 에너지도 활용이 가능한 특징을 가지며, 대면적이나 유연성 기판에도 쉽게 적용이 가능

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<김재현 한국화학연구원장 신년사>

친애하는 연구원 가족 여러분

 다사다난했던 신묘년 한 해를 보내고, 희망찬 임진년 새해가 밝았습니다. 설렘과 기대, 다짐으로 시작하는 희망찬 새해 새 아침입니다.

  모든 분들의 가정에 건강과 행복이 가득하시고, 뜻하시는 일을 모두 이루시기를 바라는 기원을 새해 첫 마음으로 드립니다.

  우리 연구원은 지난 한해에도 많은 성과를 거두었습니다.

  2011년 국가연구개발 우수성과 100선에 장종산 박사팀, 석상일 박사팀, 서영덕 박사팀의 연구성과가 동시에 선정된 것을 비롯해 신개념 골다공증 치료제 개발, 불소계 윤활유 제조공정 상용화 등 괄목할 만한 성과를 이루어 냈습니다.

  특히, 우리 연구원이 세계 최초로 개발한 "촉매이용 나프타분해공정"이 중국시장 수출에 성공하여 우리나라가 기술 수출국으로서 국격을 높이는 계기를 마련하기도 했습니다.

  또한, 중소기업 한마음 협의회 발족, KRICT Chem-Biz Partnering 개최, 녹색화학 국제심포지엄 개최, 화학소재종합솔루션센터 개소 등 오픈이노베이션을 통한 도약의 발판을 마련하기도 했습니다. 

  그리고, 무엇보다도 우리 연구원의 임무와 기능을 새롭게 정립하고 조직 개편을 추진하였습니다. 향후 3년간의 경영목표를 수립하고 이를 달성할 새로운 경영이념으로써 그린경영을 채택하였습니다.

  이러한 대내외적 성과와 노력에 힘입어 우리 연구원의 위상이 높아지고, 연구비 및 예산 확보에 긍정적인  시너지 효과를 내고 있습니다.

  지난 한 해 동안 도전정신과 성실함으로 변화에 동참해주신 연구원 가족 여러분께 깊은 감사의 인사를   드립니다.

  존경하는 연구원 가족 여러분
  2012년은 대선과 총선이라는 국가적 현안이 있으며, 과학기술계에는 출연(연) 거버넌스 개편도 추진되고 있는 등 그 어느 때 보다 많은 변화가 예상되고 있습니다.

  변화는 기회입니다. 이런 중차대한 시기에 우리 연구원이 세계적 수준의 원천기술을 선도적으로 개발하고, 화학분야 연구개발에 대한 기획 및 선도 기능을 강화한다면 화학분야 연구개발의 중심 기관으로서 뿐 아니라 컨트롤타워 역할을 수행하는 화학분야 국가 대표연구기관으로 발전할 수 있을 것입니다.

  2012년은 그린경영 원년으로 실질적인 변화와 성과를 창출하는 한해가 되기를 진심으로 소망합니다.

  그린경영은 글로벌화 및 개방형 R&BD, 정도경영, 녹색화학 기술개발, 선진형 기술사업화를 선도한다는 의미를 담고 있는 우리 연구원의 공유가치이자 미래방향을 제시하는 새로운 경영이념입니다.

  저는 원장으로서 여러분 모두와 함께 그린경영을 다음과 같이 체계화시켜 나가겠습니다

  첫째, 국가가 필요로 하는 핵심 연구분야 중에서 우리 연구원의 정체성을 대변할 수 있는 주력연구분야를 선정하고, 선정된 분야에 대해서는 인적·물적 자원의 과감한 선택과 집중으로 적극 육성해 가겠습니다.
  4세대 R&BD 시스템을 구축하여 4대 중점 연구사업 집중전략을 통해 Global Top Group 5개 육성과 세계일등 화학기술 16개를 창출할 수 있는 성과창출형 R&D시스템을 구축하겠습니다. 

  둘째, 화학 관련 정책기획 선도 및 산학연 협력의 구심체 역할을 수행하겠습니다.
  국가의 미래를 담보할만한 화학분야 국책 연구 아젠더의 연구개발을 우리 연구원이 주도할 수 있도록 연구원의 역량을 집중해 우리 연구원의 존재 이유를 재인식하고 연구원에 대한 자긍심을 높여 나가도록 하겠습니다.

  마지막으로 역동적이고 생명력이 넘치는 연구원을 만들어 가고자 합니다.
  평가, 승진, 교육훈련, 파견, 복지, 연구환경 개선 등 개개인의 역량강화와 사기진작과 관련한 제도도 지속적으로 개선해 신뢰와 화합을 바탕으로 한 건전한 조직문화 정착에 노력하겠습니다.

  사랑하는 연구원 가족 여러분
  한 나라의 발전이 과학기술의 발전에 달려있다는 것은 평범한 진리입니다.

  대한민국은 이제 녹색화학 기술을 통해 더 밝고 활기찬 미래로 전진하는 출발점에 섰습니다. 이제 화학(연)이 국가와 국민의 요구와 기대에 무언가 책임 있는 행동과 약속을 해줄 때가 된 것입니다.

  저는 지난 9월 부임한 이후 땀과 열정으로 실험실을 지키는 여러분들의 모습을 지켜보았습니다.

  저는 원장으로서 여러분이 주신 진심어린 조언을 원동력으로 삼아, 연구를 수행하는데 있어 불합리한 요인을 과감히 개선하고 현장을 발 벗고 찾아다니며 현안 과제들을 하나하나 매듭지어 나가도록 성심을 다하겠습니다.

  앞으로도 변함없이 원칙과 소신을 가지고 일관성 있는 정책과 제도를 운영해 나가며, 여러분들이 만들어낸 성과들이 활짝 꽃필 수 있도록 최선의 길을 모색하는 일을 게을리 하지 않겠습니다.

  미래는 기다리는 것이 아니라 스스로 만들어가는 것입니다. 국가와 국민의 희망을 현실로 바꿀 수 있는 자랑스러운 연구원이 될 수 있도록 우리 모두 하나의 비전과 가치로 굳게 뭉쳐 공동의 목표를 향해 매진해 나갑시다.

  용기와 비상, 그리고 희망을 상징하는 용의 해를 맞이하여 여러분 모두의 가정에 축복과 행운이 함께 하시기를 기원합니다.
  감사합니다.

한국화학연구원장 김재현

 

 

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한국화학연구원 문상진 박사가 '한국유기태양전지학회' 제4대 회장으로 선출됐습니다.

임기는 2012년 1월부터 1년간입니다.

한국유기태양전지학회는 유기박막 태양전지 및 염료감응 태양전지 등 유무기 나노소재 기반의 차세대 고성능 태양전지 연구개발과 실용화를 위해 관련 산·학·연의 기술개발 및 정보 교류를 목적으로 활동하고 있습니다.

문상진 박사는 서울대 화학공학과를 졸업하고 KAIST에서 화학공학 박사학위를 취득했으며, 현재 화학연 에너지소재연구센터에 재직 중입니다.

  

 이  력  사  항


<인적사항>

성      명 : 문 상 진                                      
생년월일 : 1956년
근 무 지  : 대전광역시 유성구 가정로 141 한국화학연구원
연 락 처  : 042-860-7517

<학    력>

75. 3. ~ 79. 2. : 서울대학교 화학공학과(학사)
79. 3. ~ 81. 2  : KAIST 화학공학과(석사)
84. 9. ~ 88. 8  : KAIST 화학공학과(박사)


<주요경력>

81. 3. ~ 84. 8. : (주)대우엔지니어링 플랜트사업부(과장대리)
92. 5. ~ 93. 5. : Purdue University(미) 화학공학과(post-doc.)
88. 8. ~ 현 재  : 한국화학연구원(책임연구원)
                       에너지소재연구센터장/정밀화학시험생산연구센터장 역임

<주요 연구분야>

 - 태양전지 (실리콘 소재 및 차세대 유기태양전지)
 - 광촉매 (태양광 수소 제조 및 환경 광촉매)
 - 정밀융합화학 공정개발

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TAG 문상진 박사, 한국유기태양전지학회, 한국화학연구원
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궁극의 골다공증 치료제 나온다

□ 소리 없는 도둑이라 불리는 골다공증의 가장 큰 원인은 노화입니다.

폐경 후 여성에서 성호르몬인 에스트로겐의 급격한 상실에 의해 유발되는 것이 가장 큰 비율을 차지하고, 남성도 나이가 많아짐에 따라 많이 발생하고 있습니다.

또한 많은 질환에서 사용되고 있는 스테로이드의 부작용으로도 발생하며, 류마티스성 관절염 환자에서도 발생되고 있습니다.

우리나라에서 골다공증은 심각한 질환으로 인식되지 않고 있지만, 미국은 골다공증으로 인한 고관절골절에 기인한 사망율이 유방암 사망률과 같은 2.8%로 보고되는 등 심각한 질환으로 구분됩니다.

미국에서 만 50세 이상의 성인 중 55%가 골 소실이 일어나고 여성의 40%, 남성의 13%가 골다공증 관련 골절을 겪으면서 연간 150만 명의 골절환자가 발생하고, 이로 인한 보건비용이 300억 달러 이상인 것으로 보고되고 있습니다.

□ 골 형성은 촉진하고 골 흡수는 억제하는 새로운 기전의 "타즈" 단백질을 조절하는 골다공증 치료제 후보물질 KR-35454이 세계 최초로 개발됐습니다.

한국화학연구원 배명애 박사(신약플랫폼기술팀장)은 타즈 단백질에 대한 기전 규명과 골형성 효과를 볼 수 있는 다양한 동물모델에서 골다공증 활성 효과를 검증했습니다.

"타즈"는 성체줄기세포로부터 지방세포 분화를 억제하면서 골세포 분화를 촉진하는 조절단백질로, 이화여대 황은숙 약대교수와 고려대 홍정호 교수가 지난 2005년 사이언스지에 이 메커니즘을 논문으로 발표한 바 있습니다.

배명애 박사팀은 이 논문에 주목해, 타즈 조절제가 골다공증 치료에 효과가 있을 것으로 보고 타즈를 조절하는 물질 개발을 시작했습니다.

골다공증 치료제 개발의 어려운 점은 골 형성 촉진효과의 부족과 환자의 복용 순응도의 문제(경구투여시 위장관 자극문제, 주사 등의 투여방법의 문제) 등 부작용 때문입니다.

난소적출 동물모델과 골절 동물모델에서 뛰어난 골재생 회복효과를 확인


이번에 개발된 골다공증 치료제 후보물질의 경우 이러한 문제를 모두 극복할 수 있는 것으로 기대되고 있습니다.

현재 사용되는 약들은 치료제라기보다는 골다공증의 현상 유지나 부분적인 골 손실 회복 기능에 그치고 있습니다.

이번에 개발된 골다공증 치료제 후보  물질은 혁신신약으로 골다공증의 궁극적인 치료라 할 수 있는 소실된 뼈를 정상화시키는데 효과가 있을 것으로 보고 있습니다.

또 새로운 골격의 저분자 합성화합물로 개발하여 생산비를 낮추어 상업성도 높아졌습니다.

한국화학연구원은 이번에 개발한 기술을 신풍제약에게 기술이전하고, 앞으로 전임상, 임상시험 등 상품화를 위한 개발을 거쳐 2018년까지 치료제를 출시할 예정입니다.

세계 최초 타겟인 TAZ 조절를 통한 골다공증 치료제 후보물질

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TAG KR-35454, TAZ, 골 형성, 골다공증, 배명애 박사, 타즈, 홍정호 교수, 화학연구원, 황은숙 교수
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한국화학연구원 오헌승 원장 신년사

<전문>

친애하는 연구원 가족 여러분

2011년 새 아침이 밝았습니다.
희망찬 새해를 맞아 연구원 가족 여러분 모두에게 행복이 가득하시기를 기원합니다.

우리 연구원은 지난 한해에도 세계적 수준의 연구원이 되기 위해 한마음으로 최선을 다하여 많은 성과를 거두었습니다.

2010년 상반기에 실시한 산업기술연구회 기관평가에서 우리 연구원이 탁월성을 인정받아 최우수기관으로   선정된 것은 우리 모두가 함께 만들어낸 자랑스러운  결과였습니다.

우리 연구원은 2010년 한 해 동안 네이처 머티리얼즈지, 앙게반테 케미지에 우수논문게재, 분자표적 항암제 임상 1상 진입, 베트남 바이오디젤 플랜트 준공 등 많은    연구성과를 이루어 냈습니다.
특히, 우리 연구원이 SK에너지와 공동으로 개발한 "촉매이용 나프타분해공정"이 세계 최초로 상용화에 성공하여 우리나라가 기술 수출국으로서 국격을 높이는 계기를 마련하였습니다.

또한, 여러분의 윤리경영 노력에 힘입어 우리 연구원이  연구비관리 우수인증기관으로 재선정되었으며, 지식재산관리 역량평가에서도 모범우수기관으로 선정되었습니다.

기관과 개인의 동반성장을 목표로 도입한 조직성과  평가제도는 모든 출연(연)과 공공연구기관의 벤치마킹 대상이 되고 있습니다.

이러한 대내외적 성과와 노력에 힘입어 우리 연구원의 위상이 높아지고, 연구비 및 예산 확보에 긍정적인  시너지 효과를 내고 있습니다.

지난 한 해 동안 도전정신과 성실함으로 헌신해 주신 연구원 가족 여러분께 깊은 감사의 인사를 드립니다.

존경하는 연구원 가족 여러분

2011년은 새로운 국가과학기술위원회 체제의 출범에 따라 출연(연)에 많은 변화가 예상되고 있습니다.

출연(연)의 지배구조와 운영시스템을 올바로 개선하고 그 속에서 화학(연)의 미래를 새롭게 만들어가려는 노력이 필요한 시기입니다.

또한, ECho경영 3년차를 맞이하면서 경영목표를 세심하게 보완하고, 대외환경 변화와 내부변화에 따른 중장기 발전전략도 새롭게 다듬어야 할 것입니다.

이에 발맞추어 주요사업 및 중점사업 운영체계와 정부과제 및 전략과제, KRICT 2020 과제의 관리시스템도 개선해  나갈 것입니다.

대외적으로는 산학연 및 국제협력을 대폭 강화하고  정책기획 역량을 강화하여 정부정책에 대한 영향력도 높여 나갈 것입니다.

우리연구원의 연구성과가 기업과 산업발전에 더 크게  기여할 수 있도록 연구성과관리와 확산에도 힘을    기울이겠습니다.
지난해에 이어 연구환경 및 근무환경 개선을 위한   건물 리모델링 작업과 연구인프라 선진화도 꾸준히  추진하겠습니다.

평가, 승진, 교육훈련, 파견, 복지 등 개개인의 역량강화와 사기진작과 관련한 제도도 지속적으로 개선  하겠습니다.

사랑하는 연구원 가족 여러분

지금 전세계는 삶의 질 향상과 지속가능한 경제성장, 깨끗한 지구라는 화두를 놓고 씨름하고 있습니다.
화학은 이 모든 것을 해결해 주는 열쇠가 될 수 있습니다.

우리 모두가 피땀 어린 노력으로 화학을 통해서 인류와 지구의 미래에 대한 희망을 선사할 때 우리는 국민과 사회로부터 존경과 박수를 받을 것입니다.

2011년은 유엔이 정한 세계 화학의 해입니다. 우리  연구원이 화학의 해를 의미있게 할 수 있는 중요한  역할을 해야 할 것입니다.

요즘 "혼창통"이라는 책이 널리 읽혀지고 있습니다.

혼은 꿈이고 비전이며 소명의식입니다.
창은 그 꿈을 현실로 바꾸는 창의적인 노력입니다.
통은 조직 구성원들이 혼과 창을 공유하는 것입니다.

우리 모두 큰 뜻을 세우고 늘 새로워지려고 노력하며,물이 흐르듯 소통하는 조직, 혼창통이 삼중주를 이루는 멋진 조직을 함께 만들어 봅시다.

저도 원장으로서 부족함을 통감하면서 더 많이 노력할 것입니다. "혼창통이 살아 움직이는 ECho경영" 이것이 2011년 우리 연구원의 모토가 될 것입니다.

그것을 이루기 위해 원장으로서 최선을 다할 것입니다.
"화학연의 원천기술이 세상을 바꾼다"는 자부심을 가질 수 있는 2011년을 만들어 갑시다.

번성과 풍요를 상징하는 토끼의 해를 맞이하여 여러분 모두의 가정에 축복과 행운이 함께 하시기를 기원합니다.

감사합니다.

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보다 저렴하게 뽑아내는 탄소섬유, 나노섬유

일반적으로 섬유는 의류 제조에만 사용된다고 생각하기 쉽습니다.

그러나 최근 첨단기능의 신섬유들이 수처리 분야나 공기정화 분야, 바이오 산업분야, 첨단 의료 분야 등에서 기존 소재의 대체품으로 각광을 받으면서  섬유산업이 소재산업의 중심으로 부상하고 있습니다.

신섬유 가운데 대표적인 것으로는 탄소섬유와 나노섬유 등이 있습니다.

○ 탄소섬유

탄소섬유의 예를 보면 최근 자동차의 연비향상이 세계적인 이슈로 부각되면서 도요타와 벤츠는 일본의 토레이와, BMW는 미쯔비시레이온과 함께 자동차의 차체를 강판에서 탄소섬유로 대체하기 위해 납품을 논의하고 있습니다.

만약, 차체 대부분을 탄소섬유로 대체할 경우 차체의 중량이 가벼워지기 때문에 차량의 연비가 현저하게 개선되기 때문입니다.

하지만 강판 대비 탄소섬유의 단가가 비싸기 때문에 일부 고급차종에서 부분적으로만 사용되고 있습니다.

기존 탄소섬유의 단가가 높은 이유는 제조공정이 복잡하고 열에너지 및 시간이 많이 소모되기 때문입니다.

그러나 기존 탄소섬유 단가는 철에 비해 20배 가까이 비쌉니다.

○ 나노섬유

나노 섬유도 그렇습니다.

나노 섬유는 반도체, 광학, 디스플레이, 센서 등의 전기전자 분야 / 필터, 분리막, 촉매, 복합재, 단열재 등의 기계화학 분야 / 배터리, 축전기, 연료전지, 태양전지 등의 에너지 분야 / 인공피부, 혈관, 약물전달, 임플란트, 세균검출 등의 의약생명 분야 / 초경량 구조, 보강재 등의 자동차 분야 / 고급 의류, 흡착제, 친환경 섬유 등의 전통섬유 분야 및 국방, 항공우주 등에 사용됩니다.

현재 나노섬유는 라면처럼 구불구불한 단사(短絲)형태 또는 부직포처럼 조각난 웹(web) 형태로 제조됩니다.

이렇게 제조된 나노섬유는 제품에 따른 성형이 쉽지 않아 응용분야가 제한되는 단점이 있습니다.

○ 한국화학연구원, 섬유소재 신기술 개발

이런 가운데 한국화학연구원 이재락 박사 연구팀이 30년 동안 개발한 '나노 마이크로급 장섬유 제조 및 가공기술'의 상용화가 곧 실현될 전망이어서 관심이 집중되고 있습니다.

화학(연) “나노/마이크로급 장섬유 제조 및 가공기술”의 국제특허 PCT WO2005/123995 : Filament Bundle Type Nano-fiber and Manufacturing Method Thereof의 대표도면


이 기술은 다양한 직경의 섬유를 무한히 길게 방사할 수 있는 기술로, 기본적으로 나노섬유로 활용될 수 있고, 후처리 공정을 통해 탄소섬유 또는 기능성 섬유로도 쉽게 가공할 수 있습니다.

 화학연구원의 ‘섬유소재 신기술’의 제조 및 시스템 기술을 적용해 대량생산하면서도 기존 탄소섬유의 절반 이하 가격으로 생산이 가능할 것으로 예상되고 있습니다.

제조된 탄소 나노섬유 FE-SEM 사진


또한 기존 탄소섬유의 적용이 어려웠던 분야에 ‘섬유소재 신기술’의 새로운 복합층 구조재 성형 기술을 접목하면 충격강도, 재활용성 및 공간 활용성(자동차 차체 공간에 배터리를 수납하는 등)이 증대될 수 있기 때문에 강판의 대체소재로서 탄소섬유가 부각될 것입니다.

○ 기능성 섬유

기능성 섬유는 탄성, 내열, 건조, 보온, 발열, 방수, 방진, 전자파 차폐, 생분해, 자외선 차단, 전기전도, 인간친화적 등 다양한 기능을 섬유와 결합시킨 것입니다.

기능성 섬유를 제조하는 방법은 새로운 원료(전구체)를 개발하거나, 원사를 특수코팅 또는 화학처리하는 방법, 여러 원사를 복합하여 사용하는 방법 등이 있습니다.
      
‘섬유소재 신기술’은 대부분의 액상 전구체를 다양한 형태로 방사할 수 있으며, 원사의 직경제어가 용이해 다양한 후처리 공정과 특수코팅이나 화학처리 자동화 공정 등에 유리합니다.

즉, 기존의 케불라(방탄섬유), 고어텍스(방수섬유)보다 뛰어난 성능의 다양한 기능성 섬유를 우리나라 화학연구원의 ‘섬유소재 신기술’로 제조할 수 있는 것입니다.


간접 전기방사 장비 및 제조된 나노급 장섬유 SEM 사진


‘섬유소재 신기술’은 다양한 액체 전구물질(precursor)을 노즐로 방사하여 나노부터 마이크로미터 직경의 섬유를 생산 및 가공할 수 있는 기술입니다.

화학연구원은 이에 대해 현재 특허기술의 상용화를 완료하고, 파트너 기업이 선정 되는대로 공장설비 및 시제품 생산에 착수할 계획입니다.

‘섬유소재 신기술’은  무한히 긴 섬유를 다양한 직경으로 손쉽게 대량생산할 수 있으며, 방사된 섬유를 일반섬유, 탄소섬유, 기능성 섬유 등 원하는 형태로 가공할 수 있어 소비자 또는 생산자의 니즈에 맞춰 시장에 탄력적으로 적응할 수 있는 확장성이 뛰어난 기술입니다.

이번에 기업 이전을 추진하는 기술은 섬유방사 관련특허 12건, 탄소섬유 관련특허 10건, 리튬배터리분야 응용특허 6건 등 총 36건의 특허가 패키지 형태로 구성되어 있어 다양한 응용분야에 적용이 가능합니다.
이를 통해 원료중합 → 방사 → 제직/편직 → 염색/가공 → 응용제품 생산에 이르는 섬유소재 생산의 모든 단계를 커버할 수 있습니다.

세계 섬유시장은 올해에만 6500억 달러 규모를 가진 거대시장이며(한국은 120억 달러 규모의 세계 6위 섬유수출국), 이 중 탄소섬유는 43억 달러, 기능성 섬유는 84억 달러를 차지하고 있습니다.
 

고분자 나노섬유 응용분야


일반섬유 시장은 성장이 둔화되었지만, 탄소 및 기능성 섬유 시장은 연평균 10% 이상의 가파른 성장세를 보이고 있으며, 때문에 섬유산업 선진국들은 신섬유 개발에 연구개발 역량을 집중하고 있습니다.

일본은 토레이, 테이진, 토호-테낙스, 미쯔비시 등을 주축으로 탄소섬유, 나노섬유 등 다양한 기능성 신섬유 개발에 주력하고 있으며, 미국은 듀폰, GE, 도날드슨 등이 첨단섬유를 개발하고 있습니다.
 
또한 유럽도 EU 소속국이 공동으로 신섬유 원천기술을 개발하고 있습니다.

우리나라도 WPM(World Premier Materials) 프로그램을 통해 세계시장 선점 10대 소재 개발 사업을 추진하고 있으며, 탄소저감형 케톤계 프리미엄 섬유, 에너지 절감/변환용 다기능성 나노복합소재 등 첨단기능형 신소재 개발에 관심과 노력을 기울이고 있습니다.

이런 가운데 한국화학연구원 화학소재연구본부 이재락 박사 연구팀은 지난 30여년 간의 연구 끝에 완성한 '나노/마이크로급 장섬유 제조 및 가공기술(섬유소재 신기술)'을 민간기업에 이전하기 위해 다음달 7일 기술설명회를 가질 예정입니다.


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  1.  Addr  Edit/Del  Reply 대빵

    나노 기술이 반도체, 섬유, 자동차 등 모든 분야에 꼭 필요한 기술이라는 기사를 본 적이 있습니다.
    더욱 더 발전시켜 세계에 한국 기술의 우수성을 알려주시기를 바라겠습니다.
    방문 감사드립니다.

    11월 마무리 잘하시고 행복한 12월 맞으시기 바라겠습니다.

    2010/11/30 09:27