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안전성평가연구소(KIT) 제 5대 소장에 이상준 박사(전 코오롱생명과학 부사장)이 선임됐습니다.

신임 이 소장은 중앙대 약학대 출신으로 ㈜종근당 기술본부장과 ㈜코오롱생명과학 사업총괄부장 등을 엮임했고, 보건복지부 중앙약사심의위원으로도 활동했습니다.

특히 제약기업 근무 시절 신약개발 R&D 현장 경험을 바탕으로 마케팅을 비롯한 사업 관리 총괄 업무를 두루 거치며 전문가로 인정받고 있습니다.

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미래 에너지 기술인 핵융합에너지 개발 방식은 크게 토카막 형태의 자기 밀폐 핵융합과 레이저 핵융합이 있습니다.

우리나라는 국가핵융합연구소에서 운용중인 KSTAR를 이용한 자기 밀폐 핵융합을 중심으로 연구가 진행되고 있습니다.

레이저 핵융합은 영화 '체인리액션'의 소재로 등장합니다.

반드시 그런 것은 아니지만 자기 밀폐 핵융합은 순수 에너지 발생을 위해 연구되는 반면 레이저 핵융합은 미국 등에서 군사적 목적으로 진행되는 경우가 많습니다. 

한국원자력연구원이 자기 밀폐 핵융합과 레이저 관성 핵융합 등 핵융합의 두가지 방식에 관해 중국과 공동 연구에 착수했습니다.


연구 과제는 '정상상태 운전을 위한 중성입자빔 입사 시스템의 빔 수송에 관한 공동 연구'와 '레이저 관성 핵융합을 위한 고밀도 플라즈마 및 정밀 계측 기술협력 연구' 입니다.

□ 자기 밀폐 방식 핵융합 기술 개발을 위한 '정상상태 운전을 위한 중성입자빔 입사 시스템의 빔 수송에 관한 공동 연구' 과제는 한국원자력연구원 핵융합공학기술개발센터 장두희 박사가 중국 허페이과학원 플라즈마물리연구소 허췬동(Hu Chundong) 박사와 공동 연구를 진행합니다.

자기 밀폐 핵융합은 1억 ℃ 이상의 고온에서 플라즈마로 변한 중수소와 삼중수소를 토카막 자기장을 이용해서 밀폐시켜 핵융합 반응을 지속시키는 핵융합 방식입니다.

이 때 토카막 내부의 온도를 높이는 중성입자빔 입사(NBI; Neutron Beam Injection) 시스템은 수소 양이온 입자들을 높은 전압을 이용해서 빠른 속도로 가속한 뒤 중성화시켜서 핵융합 장치 내부의 플라즈마에 충돌시킴으로써 핵융합이 가능한 섭씨 1억 ℃ 이상까지 온도를 끌어올리기 위한 보조 가열장치 중 하나입니다.

자기 밀폐 핵융합 연구장치로 우리나라는 국가핵융합연구소가 KSTAR를 운영 중이고 중국은 EAST를 운영 중입니다.

한국원자력연구원은 KSTAR용 NBI를 순수 국내 기술로 개발, 지난 2007년 1.6㎿ 빔출력에서 300초 연속 운전에 성공했고, 향후 빔출력을 총 6㎿로 높이는 연구를 할 예정입니다.

중국은 출력 4㎿, 1000초 연속 운전에 도전합니다.

□ '레이저 관성 핵융합을 위한 고밀도 플라즈마 및 정밀 계측기술 협력 연구' 과제는 한국원자력연구원 양자광학연구부 이용주 박사가 중국상해과학원 광학정밀기계연구소 주지안창(Zhu Jianqiang) 박사와 공동 연구를 진행합니다.

중수소와 삼중수소로 이루어진 연료 펠릿에 레이저를 집중시키면 펠릿이 관성에 의해 정지하고 있는 사이에 펠릿 표면에서 주위로 분출하는 플라즈마의 반작용으로 내부 압축이 일어나는데, 압축된 연료에 열핵반응이 생기는 현상을 '레이저 관성 핵융합'이라고 합니다.

한국은 짧은 시간에 강한 에너지를 발생시킬 수 있는 소규모 레이저 장치를 보유하고 있고, 중국은 큰 에너지를 오랜 시간 발생시킬 수 있는 대규모 장치를 보유하고 있습니다.

양국 연구진은 두 장치 기술을 융합해서 고밀도 플라즈마를 제어하는 기술, 플라즈마와 전자의 움직임 등을 측정하는 정밀 계측기술 분야에 대해 서로 협력 연구를 진행할 예정입니다.

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2011. 12. 23. 21:01 대덕밸리과학소식/ETRI

ETRI(한국전자통신연구원)가 스마트폰 등에서 한국어와 영어 양방향 자동통역이 가능한 세계 최고 수준의 '휴대형 한·영 자동통역 기술'을 개발했습니다.

이번 기술은 서버형과 단말탑재형 동시지원이 가능한 자동통역 기술로는 세계 최초입니다.

ETRI는 현재 이 시스템을 제주 지역에서 시범서비스 중입니다(2012년 2월까지).

이번에 개발한 기술은 여행 상황에서의 통역률이 80%를 상회하며, 사용자가 음성인식 오류를 수정할 경우 90% 이상의 의사소통도 가능합니다.

특히 현재 최고로 평가받고 있는 구글의 한/영 자동통역 기술보다 대화체 한국어 음성인식률과 한/영 자동번역율(여행 상황)이 구글 대비 각각 15%, 13% 이상의 우위를 나타냈습니다.

스마트폰으로 서버에 원격접속해 통역이 이루어지는 '서버형'은 15만 단어급 이상 인식이 가능하고, 여행관광분야에서 세계최고 수준 자동통역률을 갖고 있습니다.

스마트폰에 내장되어 네트워크 연결없이 자동통역이 되는 '단말탑재형'은 한국어 13만 단어급, 영어 5만 5000 단어급 표현력으로 현재 세계최고인 CMU의 Jibbigo(한국어 3만 단어, 영어 4만 단어)보다 월등히 앞서고 있습니다.

특히 독창적 음성언어 이해기술이 적용돼 사용성이 매우 편리하게 향상된 것이 큰 장점입니다.

휴대형 한·영 자동통역 기술은 곧바로 국민 실생활에 적용할 만큼 기술적 완성도와 상용 수준이 높습니다.

ETRI는 이번 기술을 국내 산업체와 협력해 내년 5월에 열리는 여수세계박람회에 적용하고, 이어 2012년 런던올림픽,  2014년 인천아시안게임, 2018년 평창 동계올림픽에도 적용할 계획입니다.



 <셰계 최고 기술 대비 경쟁력 및 차별성>

□ 성능 측면 경쟁력
서버형 음성인식 성능 (여행분야 10명 발성, 단어인식률 평가)

구 분

한국(ETRI)

미국(Google)

한국어 음성인식률

90.1%

74.0%

영어 음성인식률

88.2%

85.1%

한/영 번역 성능 (번역전문가 3인의 평가 점수를 평균)

구 분

한국(ETRI)

미국(Google)

한/영 번역률

86.7%

73.1%

□ 시스템 측면 차별성
탑재플랫폼

구 분

한국(ETRI)

미국(Google)

스마트폰 단말탑재형

O

(여행분야 10만 단어 지원. 세계 최고)

X

클라이언트-서버형

O

(여행/일상회화용 15만 단어 지원)

O

(약 100만 단어 지원)


※ 일본 NTT Docomo는 2012년 클라이언트-서버형으로 일, 영, 한 3개 국어 자동통역 시범서비스 실시 예정임
※ 미국 Mobile tech.의 스마트폰 탑재형 자동통역 서비스는 여행분야에서 현재 9개 국어 통역이 가능함

지원 언어

 

한국(ETRI)

미국(Google)

지원언어

한, 영 2개국

(일본어는 2012년에 지원. 중국어는 2013년에 지원 예정)

2012년에 한, 영, 일, 중, 프 등 14개국 통역서비스 제공 예정



<자동통역 파급효과>

□ 경제적 파급효과

 o 휴대형 한/영 자동번통역 기술은 국내외여행객에게 소통에 대한 편의성을 제공함으로서 여행관광 산업 활성화를 촉진시킬 것으로 전망되며, 쇼핑, 외식 등 유관 산업 발전에 기여할 것으로 전망
o 본 R&D 과제를 통한 개발기술의 경제적 파급효과는 중립적 시나리오 하에, 2013~2020년 누적 약 2,497억 원의 생산유발, 1,110억 원의 부가가치유발, 987명 수준의 고용유발 효과가 예상
   ※ 국내 휴대형 한/영 자동통번역 산업 전체의 경제적 파급효과는 ‘13~‘20년 누적 1.5조원의 생산유발, 6,740억 원의 부가가치유발, 5,995명의 고용유발 효과 기대

< 경제적 파급효과(한영 자동통역 시장) >    (단위: 억원/명)

구분

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

합계

생산

유발

낙관적

163 

277 

381 

531 

703 

513 

278 

150 

2,997 

중립적

136 

231 

318 

443 

586 

427 

232 

125 

2,497 

비관적

108 

185 

254 

354 

469 

342 

185 

100 

1,998 

부가가치

유발

낙관적

72 

123 

170 

236 

313 

228 

124 

67 

1,332 

중립적

60 

103 

141 

197 

261 

190 

103 

56 

1,110 

비관적

48 

82 

113 

157 

208 

152 

82 

44 

888 

고용유발

낙관적

64 

109 

151 

210 

278 

203 

110 

59 

1,185 

중립적

54 

91 

126 

175 

232 

169 

92 

49 

987 

비관적

43 

73 

101 

140 

185 

135 

73 

40 

790 


* 출처: 한국은행(2008) 산업연관표(서비스업–통신 및 방송)를 활용하여 산출
 * 생산유발계수 : 1.883, 부가가치유발계수 : 0.837, 고용유발계수 : 7.444

□ 기술적 파급효과
 o 휴대형 한/영 자동통번역 기술은 다양한 수요처에서 활용 가능하므로, 다중영역 DB의 구축성에 따라서 범용적인 자동통역에 대비하여 원천 특허의 높은 기술 파급도 예상
o 제품 및 서비스간 융복합 활성화로 HCI 핵심기술로서 자동번역의 중요성이 높아지며, IT 부문뿐만 아니라, 융합기술, 전통산업에의 응용이 가속화될 예정
o 대화체 자동통역 기술의 핵심 기술인 비정형 문장의 분석, 생략/조응처리 기술 등은 세계적으로도 실험성이 강한 기반 기술로서 관련 지적재산권의 조기 확보에 기여 
 o 자동통역 내의 자동번역 기술을 이용하여 SW 및 콘텐츠의 수출국별 빠른 현지화, 실시간 다국적 광고, TV 프로그램의 실시간 번역을 통해 국내 생산물의 빠른 시장 침투
 o 대화체 음성인식기술 확보로 타 산업(로봇, 스마트TV, 대화형 음성검색 등)에 파급 및 한/영 대화체 자동번역 기술 개발로 중국어, 일본어, 스페인어 등 주요 언어로 통역서비스를 확대할 수 있는 기반 확보

□ 사회‧문화적 파급효과

 o 영어를 원활하게 못하는 사람들도 관광, 비즈니스 등으로 영어권에 진출할 경우, 자동통역 기기를 통해 다양한 상거래와 문화 체험, 현지인과의 교류가 가능하여 국제화를 더욱 편하게 진행
o 자동통역 기술이 적용된 영어 교육도구 개발을 통해 현장감 있는 학습으로 교육성과 제고 및 해외 교육비 지출 감소
   - 특히, 자동통역 기술 탑재기기를 저렴한 가격으로 책정하여, 저소득층 등에 보급할 경우 기회의 평등성 제고 가능

     ※ 2008년 사교육비 규모는 20조 9,095억원, 영어사교육비는 6조 8,513억원 수준
 o 컨퍼런스, 워크샵, 웹 사이트 등에서 필요한 영어 정보를 자동통역을 통해 실시간으로 번역하여, 영어에 익숙지 않은 독자들도 급변하는 산업의 흐름을 빠르게 수용 가능
 o 한류의 확산, 관광산업의 진흥 등 언어장벽해소를 통해 국격 제고


<ETRI 자동통역 기술개발 연혁>

1990년: 국내최초 국책과제 수행을 통해 음성인식 기술 개발 착수
1995년: 한/일간 전화망을 통한 자동통역 요소 기술 개발 수행
1999년: C-STAR (미국 CMU, 일본 ATR 등 7개국 참여) 국제공동연구를 통해 자동통역 분야 연구개발 참여
2007년: A-STAR (일본 NICT 주관) 아시아권 주요언어에 대한 국제간 자동통역 시연
2008년: 네비게이션에 세계 최고 수준 대어휘 (50만단어급) POI 음성인식 탑재 상용화
2009년: 현대자동차 AVN에 음성인식 기술 탑재 상용화 (뉘앙스 엔진과 BMT에서 선정됨)
2010년: 국내 주요 포탈업체인 Daum에 음성검색 상용화서비스 실시 (Google 음성검색 서비스 실시 시기보다 1주일 빠름)
2011년: 세계 최고 수준 한/영 자동통역 기술 개발 (오는 12월부터 제주도 시범서비스 실시 예정)

<
제주지역 자동통역 시범서비스 실시 >

□ ETRI는 제주특별자치도, 제주테크노파크와 11/25일 MOU를 맺고 제주지역 자동통역 서비스 활성화를 위해 공동협력
금년 12월 1일부터 제주 전지역에 자동통역 시범서비스 실시
ETRI는 한국어 음성인식, 한/영 자동번역 기술 등 자동통역 기술을 지원
제주특별자치도는 제주도민 및 외국인 대상 자동통역 홍보
제주테크노파크는 제주지역내 향토업체와 자동통역 사업화 방안 추진

□ 자동통역 시범서비스 기간 동안 자동통역서비스 확산 전략 수립
제주도 관광협회를 통한 제주지역내(제주시, 서귀포시 등) 협회, 단체 등을 대상으로 자동통역 사용법 설명회 개최
외국인 방문빈도가 높은 공항, 관광안내소, 음식점, 렌트카업체, 숙박업소 등 500여곳 이상을 대상으로 자동통역app 설치 및 홍보
제주공항 및 주요 관광지 information center에 자동통역 홍보 브로셔를 비치하고, 외국인이 손쉽게 app을 다운로드 받을 수 있는 환경 조성
제주지역내 향토업체와 생활밀착형 자동통역 응용서비스 개발 공동협력

□ 2012년 3월에 업체 기술이전을 통해 본격 자동통역 서비스 실시
제주지역 시범서비스 기간동안 서비스 만족도를 조사하여 지속적으로 보완
2012년 여수엑스포로 자동통역 서비스 확대 운영
2014년 인천아시안게임 대비 중국어 등 언어확장을 통한 자동통역 서비스 확대


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2011. 12. 22. 15:53 대덕밸리과학소식/KAIST

강유전체는 대용량 데이터를 저장(D램)할 수 있으면서 작동 속도가 빠르고(S램) 전원 없이도 데이터가 지워지지 않는(플래시 메모리) 장점만을 고루 갖춘 차세대 반도체 메모리 'F램'의 핵심 물질이고, 자성체는 자기를 이용해 정보를 기억하는 새로운 형태의 기억소자 'M램'의 필수적인 요소입니다.

KAIST 양찬호 교수와 포스텍 박재훈 교수 연구팀이 상온에서 전기적 성질(강유전성)과 자기적 성질(자성)을 동시에 갖는 새로운 물질인 '다강체'의 물성을 규명했습니다.

이 두가지 이질적인 현상이 하나의 물질에서 동시에 발생하는 것은 대단히 희귀한 현상이며, 특히 각각의 상전이 온도가 일치한다는 것은 진성(proper) 강유전체에서는 이전까지 발견되지 않았습니다.

이에 따라 현존 저장장치(RAM)의 장점만을 갖는 차세대 비휘발성 메모리 개발에 새로운 가능성을 열었습니다.

연구팀은 다강체(비스무스 철산화물)를 단결정 박막으로 만들 때 발생하는 압축 변형의 결과 강유전 상전이와 자성 상전이가 같은 온도에서 동시에 일어나는 새로운 물질의 상태를 발견했습니다.

T-BFO 박막의 강유전 도메인 구조


전기적으로 자성을 조정하거나 자기장으로 유전 분극을 조정하는 것을 기반으로 한 신개념 비휘발성 메모리 소자 개발에 한걸음 다가선 것입니다.

비스무스 철산화물은 탁월한 상온 강유전성에도 불구하고 자기-전기 상호작용이 명확하지 않았습니다.

그러나 연구팀이 새롭게 발견한 상태는 기존의 물질과는 결정구조가 다른 신물질로, 발현되는 모든 물성이 획기적으로 다르고 전기와 자기 상전이의 일치했습니다.

이번 연구는 전기적, 자기적 질서의 상전이 온도가 같은 유일한 진성 강유전 물질 발견으로, 자기-전기 상호작용을 연구할 새로운 모델 물질을 찾았다는데 의미가 있습니다.

또한 상전이 온도가 상온이라는 점은 응용 가능성이 크다는 것을 보여줍니다.

이번 연구에는 양찬호 교수와 박재훈 교수, 정윤희 교수(포스텍), 김기훈 교수(서울대) 등이 참여했습니다.

연구결과는 '네이처(Nature)'의 자매지인 '네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)'에 지난 11월 29일자로 게재되었습니다.
(논문명: Concurrent transition of ferroelectric and magnetic ordering near room temperature)

T-BFO 박막을 합성하는데 사용한 증착 챔버와 함께 있는 양찬호 교수

 용  어  설  명

강유전체 (Ferroelectrics) 및 유전 분극 (Electric polarization) :
강유전은 전기장을 가하지 않아도 자연 상태에서 양이온과 음이온으로 분리되는 성질이다.
음이온들의 중심과 양이온들의 중심이 공간적으로 서로 벗어나 있을 때, 쌍극자 모멘트가 생성된다.
쌍극자 모멘트는 고전적으로 음이온 중심점에서 양이온 중심점을 잇는 벡터로 표현된다.
쌍극자 모멘트의 방향과 크기는 벡터에 의해 정의된다.
유전 분극은 거시적인 물성으로서 단위 부피 내에 있는 모든 쌍극자 모멘트의 합으로 표현될 수 있다.
쌍극자 모멘트들이 서로 상호 작용하여 같은 방향을 향하고 있다면 전기장이 없는 상태에서도 유전 분극이 큰 값을 가질 수 있는데, 이러한 현상을 강유전성이라 부르고, 강유전성 현상을 보이는 물질을 강유전체라고 일컫는다.  
 
자성체 (Magnetic materials) :
자성체란 물질의 구성 요소로 자기 이온이 함유되어 있는 물질을 통칭하나, 좁은 의미로는 자기 모멘트가 질서를 이루고 있는 물질을 말한다.
모든 자기 모멘트들이 같은 방향을 향하고 있다면 강자성체라고 부르며, 반대 방향을 향하는 두 모멘트가 질서를 이루는 경우 반강자성체라고 부른다.
 
상전이 온도 (Phase transition temperature) :
물질이 가지는 물성의 상태를 상(phase)이라고 부르고, 이러한 상이 특정 온도에서 바뀌기도 하는데, 이 온도를 상전이 온도라 부른다.

다강체 (Multiferroics) :
일반적으로 두 가지이상의 강성(ferroic) 질서를 가지는 물질을 일컫는데, 현재는 주로 강유전성과 (반)강자성이 공존하는 물질을 통칭한다.

<연 구 개 요>

 비스무스 철산화물 (BiFeO3; BFO) 물질을 LaAlO3 (001) 단결정 기판 위에 PLD 방법을 이용하여 증착한 결과 기존의 물질과는 15% 이상 격자상수가 다른 새로운 상태의 신물질(T-BFO)이 안정화되었다.
이러한 물질 상태는 준-안정한(meta-stable) 상태로 존재하였다가, LaAlO3 기판에 에피하게 증착되면서 압축변형에 의해 나타난 것으로 이해된다. 새로운 물질을 T-BFO라 부르고 기존의 일반 BFO를 R-BFO로 부르겠다. R-BFO 물질은 반강자성 상전이 온도가 640 K이며, 강유전 상전이 온도가 1100K로 알려져 있는 다강체(multiferroic) 물질이다.
하지만 T-BFO에서는 이러한 모든 물성이 크게 바뀌었다. 본 연구 결과는 T-BFO 물질의 자성, 구조적 성질, 강유전 성질에 관한 기초 연구를 포함하고, 자기전기(magnetoelectric) 효과에 대한 연구 결과도 보고하고 있다.
 우선 반강자성인 물질의 상전이 온도를 알아내기 위하여 본 연구팀은 자기 선평광 이색성 (Magnetic linear dichroism)을 이용하였다.
흥미롭게도 반강자성 상전이 온도는 ~380 K 가까이로 하강하였다.
보다 흥미로운 것은 자성 상전이 온도에서 구조적 상전이가 동반된다는 사실을 엑스선 회절 기법으로 통하여 발견하였으며, 이러한 구조 상전이는 강유전 분극의 방향 전환을 동반함을 주사 현미경 기법을 통한 강유전 도메인 구조 연구를 통하여 최종 결론지었다.
일반적으로 자성과 강유전성은 각기 자기장과 전기장을 통하여 조정되는 질서로서 상호 커플링이 대단히 미약하다.
자성 상전이 온도에서 강유전 분극의 방향이 바뀌는 일은 대단히 희귀한 현상인데, 극히 미약한 유전분극을 가지는 제한된 물질에서 극한 저온 환경에서 발생되는 것으로 알려졌다.
하지만 BFO와 같이 큰 유전분극을 가지는 진성 강유전체(proper ferroelectrics)에서 발견되기는 처음이다. 또한 상온 이상에서 상전이를 가지는 것은 응용적인 측면에서도 많은 이점이 있다.
 이렇게 상온 이상에서 자성과 강유전성이 동반되는 상전이 현상이 나타나는 것은 T-BFO가 강한 자성-격자 상호작용을 가지는 물질임을 시사한다.
전기적으로 자성을 조정하거나 역으로 교차 조정하는 소자의 개발과의 연관성에 주목해야 하는 이유이다.


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2011. 12. 22. 09:03 대덕밸리과학소식/ETRI

금속표면의 산화막을 효과적으로 제거하기 위한 일반적인 방법으로는 솔벤트가 다량 함유된 로진이라 불리우는 플럭스를 사용합니다.

그러나 플럭스는 공정 후 액체 상태로 존재함은 물론 공정상 여러 문제를 발생시킵니다.

ETRI가 모든 방향으로 전기가 통하는 접착제(ICP)의 대표적 소재 '은'을 주성분으로 하는 실버 페이스트를 대체할 수 있는 '하이브리드 구리 페이스트(HCP)'를 개발했습니다.

이번 개발은 구리분말과 솔더분말, 그리고 플라스틱 접착제의 혼합이 적용돼 솔벤트를 다량 포함하고 있는 기존의 플럭스를 사용하지 않고 금속표면에 형성되어 있는 산화막을 제거할 뿐 아니라 동시에 잔여액체가 고체로 변환이 가능한 고분자 소재입니다.

하이브리드 구리 페이스트용 고분자 소재는 공정 중 금속표면에 산화막을 효과적으로 제거함과 동시에 공정 후에는 고체 상태로 변화되어 오염물질이 발생하지 않고 금속 주위를 효과적으로 보호하여 고신뢰성을 보여줍니다.

이번 연구를 통해 개발된 저가형 ICP인 하이브리드 구리 페이스트(HCP)는 PCB 기판의 핵심재료로 활용될 뿐만이 아니라 전 산업영역에 적용이 가능할 전망입니다.

ETRI는 이번 개발로 수백 억 원의 수입대체 효과와 함께 소재 기술 독립을 이루는 계기가 될 것으로 보고 있습니다.

이와 과련해 국내 및 국제특허 3건이 출원됐습니다.


 용  어  설  명

ICP :
Isotropic Conductive Paste, 모든 방향으로 전기가 통하는 접착제

HCP :
Hybrid Cu Paste, 하이브리드 구리 페이스트

다이 본딩용 :
반도체 칩 접착제용

posted by 글쓴이 과학이야기

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2011. 12. 22. 03:00 대덕밸리과학소식/KAIST

빛의 혁명을 주도하고 있는 LED는 반도체에 전류를 흘려주면 빛을 내는 성질을 이용한 반도체 발광 소자로 조명, TV, 각종 표시장치 등에 널리 활용되고 있습니다.

일반적으로 조명에 주로 사용되는 백색 LED는 청색 LED칩 위에 노란색 형광체를 도포하거나 또는 복잡한 회로를 이용해 여러 개의 LED칩을 동시에 구동해야 백색 빛을 낼 수 있습니다.

KAIST 물리학과 조용훈 교수팀이 나노미터 크기의 육각 피라미드 구조를 적용한 LED 소자에서 다양한 색깔의 빛을 낼 수 있는 현상을 규명했습니다.

조용훈 교수팀은 반도체에 매우 작은 육각 피라미드 구조를 만들고 LED 소자를 구현해 전류를 흘려주면 육각 피라미드의 면, 모서리, 꼭지점에서 각각 다른 에너지 크기를 갖는 복합구조가 형성된다는 현상을 발견했습니다.

위치에 따른 에너지 차이로 인해 피라미드의 면, 모서리, 꼭지점에서 각각 청녹색, 노란색, 주황색의 빛이 발생했는데 이러한 특성은 백색 LED 뿐만 아니라 다양한 빛을 낼 수 있는 가능성을 보여준 것입니다.

조용훈 교수팀은 하나의 작은 피라미드 구조의 면, 모서리, 꼭지점에서 각각 청녹색, 노란색, 주황색의 빛이 발생함을 직접적으로 보였는데, 이는 피라미드의 면, 모서리, 꼭지점에 서로 다른 차원의 양자역학적인 구조인 양자우물, 양자선, 양자점이 각각 형성되기 때문입니다.

양자우물, 양자선, 양자점은 각각 2차원, 1차원, 0차원 양자구조로서 서로 다른 파장을 갖는 가시광 대역의 빛을 방출하게 되고, 이들 양자구조의 차원이 낮아질수록 높은 발광효율을 보이는 특성이 있습니다.

(상) 전류 구동에 의해 발광하는 나노 피라미드 LED 개념도 및 LED 발광 사진. (하) 나노 피라미드의 위치에 따라 서로 다른 차원을 갖는 양자 구조에서 다른 파장의 빛이 방출됨을 보이는 고해상도 발광 이미지.


따라서 LED에 나노 피라미드 구조를 적용하면 일반적인 넓은 파장대역을 갖는 발광이 전류 구동만을 통해서도 가능해지기 때문에 형광체를 사용하지 않으면서도 단일 LED칩에서 다양한 색상의 빛을 낼 수 있는 새로운 개념의 발광소자 개발이 가능할 전망입니다.

또 기존 LED는 다양한 색을 내기 위해 형광체를 칩 위에 도포하는 구조적 특성으로 인해 빛의 에너지 효율에 제약이 있었으나, 형광체가 필요 없는 나노 피라미드구조는 이러한 단점을 극복해 더욱 밝은 빛을 낼 수 있을 것으로 예상됩니다.

나노미터 크기의 피라미드 반도체 안에서 위치에 따라 서로 다른 에너지를 갖는 흥미로운 현상을 이용하면, 형광체를 사용하지 않는 단일 칩 백색 LED와 함께 신개념의 나노 광원을 개발하는데 응용될 수 있을 전망입니다.

이번 연구결과는 재료 분야의 세계적 학술지인 '어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)' 12월호 표지 논문으로 선정됐습니다.

복합 양자구조를 가지고 있는 나노 피라미드 LED가 전류 구동으로 발광되는 개념도. (12월 1일자 Advanced Materials 표지 논문 그림)

이번 연구에는 KAIST 물리학과의 고영호(1저자) 및 김제형(2저자) 박사과정 학생이 주도적으로 참여했습니다.


 용  어  설  명

나노미터(Nano meter) :
10억분의 1 미터를 나타내는 단위로 1 나노미터는 대략 성인 머리카락 굵기의 10만분의 1에 해당된다.

파장(Wavelength) :
전자기파나 음파 등의 파동에 있어서 1주기 길이를 말하는 것으로, 빛의 색상은 파장에 의해서 결정된다.
청색은 440~500 nm, 청녹색은 500~520 nm, 녹색은 520~565 nm, 노란색은 565~590 nm, 주황색은 590~625 nm, 빨간색은 625~740 nm의 파장에 해당한다.

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2011. 12. 22. 02:00 대덕밸리과학소식/UST

UST 한국해양연구원 캠퍼스 강성균 교수팀의  '해양 초고온 고세균(NA1 ; 써모코커스 온누리누스) 이용 바이오수소 생산기술 개발' 연구가 '2011 국가연구개발 우수성과 100선' 생명 해양 분야에서 최우수 성과로 선정됐습니다.

이 연구는 단일 미생물이 수소를 생성함과 동시에 생체에너지를 만들어 증식하는 것이 가능하다는 사실을 세계 최초로 밝혀낸 것으로, 지난 해 9월 네이처지에 게재됐습니다.

이와 관련해 현재 실용화 기술을 개발 중이며, 높은 효율로 수소를 생산해 경제성이 높고 고세균이 먹이로 하는 일산화탄소의 저감을 이끌어내어 환경문제 해결에도 기여할 것으로 평가받고 있습니다.

이 연구팀에는 UST 교수 6명, 박사과정 학생 2명이 참여했는데, 이중 배승섭 학생이 공동 1저자로 참여해 주목받았습니다.

이와 함께 UST(과학기술연합대학원대학교) 소속 교수와 학생들이 이룬 연구성과 7건이 국가과학기술위원회와 한국과학기술기획평가원이 발표한 '2011국가연구개발 우수성과 100선'에 선정됐습니다.


<UST 우수성과>

▲ 지상시설물용 USN 패키지 : UST 한국건설기술연구원 캠퍼스 / 류승기 교수

▲ 항암성 인자 TGFβ에 의한 간암촉진의 작용원리 규명 : UST 한국생명공학연구원 캠퍼스 / 염영일 교수

▲ 사용후핵연료의 환경친화적 처리를 통한 우라늄 및 초우라늄 회수 전해제련장치 개발 : UST 한국원자력연구원 캠퍼스 / 안도희 교수

▲ 안경 없이 편안하게 입체 영상 및 음향을 즐길 수 있는 3D DMB 방송 : UST 한국전자통신연구원 캠퍼스 / 김진웅 교수

▲ 분자기계인 론 단백질 작동 기작 규명 : UST 한국해양연구원 캠퍼스 / 차선신 교수

▲ 에너지 절약형 초다공성 하이브리드 나노세공체 개발 : UST 한국화학연구원 캠퍼스 / 장종산 교수

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지난해 말 백두산에서 화산가스가 분출되는 장면이 인공위성 영상에 포착된 이후 백두산 화산 폭발 임박설이 확산되고 있습니다.

학계은 화산재 탄소연대측정 등을 통해 백두산의 마지막 분출이 929~945년 즈음 있었던 것으로 추정하고 있는데, 당시와 같은 규모의 화산 폭발이 일어나면 70만㎢에 이르는 면적에 피해를 줄 것으로 예측하고 있습니다.

12월 13일 대전컨벤션센터(DCC)에서 개최된 한국항공우주연구원 주최 국제우주연맹(IAF) 아시아-태평양 지역 총회에서 백두산 분출에 대한 분석 보고서가 발표되 눈길을 끌었습니다.

이번 총회 중 마련된 특별 컨퍼런스에서 윤성효 부산대 교수는 ‘백두산 화산의 불안정 상태’를 주제로 최근들어 활발해지고 있는 백두산의 이상 활동을 분석 내용과 분화 가능성에 대해 발표했습니다.

윤 교수는 “우리 민족의 영산인 백두산 천지 일원에서 2002년에서 2005년까지 지하 마그마의 관입에 의한 화산성 지진의 급증 및 비정상적인 지표 변형이 발생했다”고 발표했습니다.

중국 지진국 자료를 분석한 결과 백두산의 화산구조성 지진 규모가 2002년 7월부터 갑자기 급증하고 지진발생 빈도도 한 달에 수십 회에서 수백 회로 증가했으며, 하루에 백 여 회의 지진이 발생하기도 했다고 설명했습니다.

◆잦은 지진, 마그마 이동 추정

백두산 지진 빈도수는 2003년 2100여 건, 2004년에는 2600여 건, 2005년에는 540여 건이나 됩니다.

특히 이 기간에 발생한 지진은 백두산 천지 지하부에서 발생한 화산구조성 지진으로, 주파수 대역이 대체로 5Hz 또는 5~10Hz의 범위에 속합니다.

이 같은 지진 특성은 화산구조성(VT-B) 지진과 장주기(LP) 지진으로, 지하 3~5km에 위치한 마그마방 상부의 균열과 마그마의 관입에 기인하는 것으로 해석됩니다.

실제 화산에서 미진(微震)과 함께 나타나는 장주기의 지진은 마그마나 고온의 열수의 이동과 연관돼 있고, 그 주파수는 1-5Hz로 보고되고 있습니다.

GPS 관측자료에서도 화산 폭발 징후가 나타나고 있습니다.

2002년~2009년 GPS관측 결과 백두산 천지 칼데라 정상부를 중심으로 화산체가 팽창하는 것이 감지됐습니다.

◆백두산 팽창 감지, 화산가스에 나무 고사하기도

백두산 화산체 사면에서의 정밀수준 측량에 의한 경사각의 변화로부터 수직적 팽창 또한 최대 10㎝ 이상의 변위를 보였고, 수직변위와 수평 변위 모두 2006년도 이후 변화율은 다소 감소하는 추세를 보이나, 여전히 불안정한 상태라는 것이 윤 교수의 설명입니다.

또 온천에서 채취된 화산가스로부터 분석된 헬륨 동위원소비(3He/4He)의 높은 값은 이들 가스들이 맨틀로부터 유래된 것임을 나타냅니다.

천지 주변의 온천수 온도가 69℃에서 점진적으로 증가해 최대 83℃까지 오르기도 했습니다.
 
윤 교수는 “그간 비교적 큰 규모의 지진에 의한 산사태, 암벽붕괴, 화산가스에 의한 나무의 고사 등이 관찰됐고, 올해 여름 천지 칼데라 외륜산의 절벽으로부터 수차례의 암벽붕괴도 발생했다”며 “이런 모든 현상들이 백두산 천지화산이 불안정한 상태에 있으며, 잠재적으로는 충분하게 분화 가능성이 있다는 것을 보여주는 것”이라고 설명했습니다.

윤 교수는 이에 대비해 강력한 화산 감시 모니터링과 화산재해 경감을 위한 사전 방재대책이 필요한 단계라고 지적했습니다.

이와 관련해 기상청은 지난해부터 백두산 분화에 대비한 선제적 대응전략을 수립하는 한편 기상청-소방방재청-교육과학기술부에서 각각 화산분화 감시 및 예보, 화산재해 방재 대책 수립, 그리고 거대화산에 대한 학술적 연구 및 인력 양성을 위한 연구에 들어간 상태입니다.

<윤성효 교수 발표문 요약>

제목 : 백두산 화산의 불안정 상태
윤 성효(부산대학교 지구과학교육과 교수)

우리 민족의 영산인 백두산 천지 일원에서는 2002년에서 2005년까지 지하 마그마의 관입에 의한 화산성 지진의 급증 및 비정상적인 지표 변형이 발생하였다.
중국지진국 자료에 의하면, 1999년도부터 천지화산관측소에서 지진을 감시한 이래 화산구조성 지진의 규모가 2002년 7월부터 갑자기 급증하였으며, 지진발생 빈도도 한 달에 수십 회에서 수백 회로 증가하였으며, 2002-2003년도에는 하루에 백 여 회의 지진이 떼(群)를 지어 발생하였으며, 2003년에는 연간 2,100여건, 2004년도에는 규모 M3.7을 포함하여 2600여회, 2005년도에는 540여회 발생하였다.
2006년도부터는 감소하는 추세로 보여 현재에는 1999년-2001년의 수준을 유지하고 있다.
이러한 지질학적 불안정 현상이 언제 다시 나타날 것인가?
2002년도에서 2005년 사이에 천지 지하에서 발생한 화산구조성 지진은 그 주파수가 대체로 5 Hz 또는 5-10 Hz의 범위에 속한다.
이러한 지진들은 화산구조성(VT-B) 지진과 장주기(LP) 지진으로 지하 3~5 km 천부에 위치한 마그마방 상부의 균열과 마그마의 관입에 기인하는 것이다.
화산에서 미진(微震: tremor)과 함께 나타나는 장주기의 지진은 마그마나 고온의 열수의 이동과 연관되어 있으며, 그 주파수는 1-5 Hz로 알려져 있다.

2002년도부터 2009년도까지의 GPS관측에 의한 지표면의 수평변위는 2002년 이후 천지 칼데라 정상부를 중심으로 화산체가 팽창하는 것이 감지되었다.
2002년도 대비 2003년도에는 약 4cm 이상이었고 2003년도 이후에 그 변화율은 감소하는 경향으로 보였다.
백두산 화산체 사면에서의 정밀수준 측량에 의한 경사각의 변화로부터 수직적 팽창 또한 최대 10cm 이상의 변위를 보였으며, 수직변위와 수평 변위 모두 2006년도 이후 변화율은 다소 감소하는 추세를 보이나, 여전히 불안정한 상태를 보이고 있다.

온천에서 채취된 화산가스로부터 분석된 헬륨 동위원소비(3He/4He)의 높은 값은 이들 가스들이 맨틀로부터 유래된 것임을 증명하고 있다.
천지 주변의 온천수의 온도도 69℃에서 점진적으로 증가하여 최대 83℃에 이르고 있다. 그간 비교적 큰 규모의 지진에 의한 산사태, 암벽붕괴, 화산가스에 의한 나무의 고사 등이 관찰되었고, 올해 여름 천지 칼데라 외륜산의 절벽으로부터 수차례의 암벽붕괴도 발생하였다.

이런 모든 현상들이 백두산 천지화산이 불안정한 상태에 있으며, 잠재적으로는 충분하게 분화 가능성이 있다는 것을 지시하는 것이다.
강력한 화산 감시 모니터링과 화산재해 경감을 위한 사전 방재대책이 필요한 단계라고 평가된다.
백두산 화산에 대한 정밀 감시를 위하여 관측 장비의 보강 및 모니터링 네트워크의 구축이 필요하다.
가장 효율적인 방법은 북한과 중국을 포함하는 동북아 국제공동연구라고 판단된다.

이미 2010년 기상청에서 백두산 화산분화에 대비한 선제적 대응전략을 수립하였으며, 기상청-소방방재청-교육과학기술부에서 각각 화산분화 감시 및 예보, 화산재해 방재 대책 수립 그리고 거대화산에 대한 학술적 연구 및 인력 양성을 위한 연구에 들어가 있으며, 통일부에 따르면 북한도 지진·화산 피해 방지 및 구조법을 제정하였다고 한다.  


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