우리얘기

이화여대 김동하 교수와 장윤희 박사과정생(제1저자) 연구팀이 전기가 잘 통하는 탄소를 나노크기로 만들어 결합한 하이브리드 탄소나노소재로 차세대 연료감응형 태양전지의 효율을 높일 수 있는 기술을 개발했습니다.

연구팀은 분자량 10만 이상의 고분자로 직접 제조한 하이브리드 탄소나노소재를 염료감응형 태양전지에 도입해 효율을 높였습니다.

염료감응형 태양전지는 식물의 광합성 원리를 응용한 태양전지로, 기존 상용화된 실리콘 태양전지에 비해 제작방법이 간단하면서 경제적이며 투명하게 만들 수 있어, 건물의 유리창 등에 직접 활용할 수 있는 차세대 태양전지입니다.

현재 전 세계 연구자들은 염료감응형 태양전지의 효율을 높이고 상용화하고자 집중적으로 연구하고 있습니다.

연구팀이 개발한 염료감응형 태양전지는 하이브리드 탄소나노소재를 전지의 한쪽 전극(광전극)에 붙여 전기를 잘 통하게 하면서도 경계면의 저항을 최소화해 기존 전지 효율보다 최대 40% 이상 향상됐습니다.
  
또 연구팀이 제조한 하이브리드 탄소나노소재는 고분자를 기반으로 해 비교적 쉽게 만들 수 있어, 태양전지를 포함한 다양한 에너지 소자의 전극물질로 다양하게 활용될 수 있습니다.  

이중블록공중합체의 직접 탄소화 기법에 의해 제조된 탄소/TiO2 하이브리드 박막의 (a) SEM 및 (b) AFM사진

이번 연구결과는 'Nano Letters'지 온라인 속보(12월 12일자)에 소개됐고, 내년 1월호에 게재될 예정입니다. 
(논문명: An Unconventional Route to High Efficiency Dye-Sensitized Solar Cells via Embedding Graphitic Thin Films into TiO2 Nanoparticle Photoanode)

(a) 이중블록공중합체의 직접 탄소화 기법에 의해 제조된 탄소/TiO2 하이브리드 나노소재의 전도성을 평가한 순환 전압 전류(cyclic voltammetry, CV) 분석 그래프(초록)이다. 대조군으로 유리상 탄소 전극(glassy carbon electrode, 검정)과 P25 TiO2(상용화된 TiO2 나노입자, 빨강)의 CV 그래프와 직접 탄소화 기법에 의해 제조된 순수 탄소의 CV 그래프(파랑)를 나타내었으며, 직접 탄소화 기법으로 제조된 탄소의 경우 가장 많은 전류가 흐르고 있음을 알 수 있으며, 하이브리드 탄소/TiO2의 경우에는 TiO2의 낮은 전도성 때문에 순수한 탄소에 비하여 낮은 전류가 흐르는 것으로 판단된다. (b~d) 여기된 전자의 이동을 분석하기 위해서 전기화학적 임피던스 분석(electron impedance spectroscopy, EIS)을 하였다.
(b)는 등가회로(equivalent circuit)를 나타내며, (c)는 Nyquist plot으로 탄소/TiO2 박막이 도입된 염료감응형 태양전지의 경우에는 도입되지 않은 태양전지보다 저항이 작은 것을 알 수 있다.
(d)는 전자의 life time을 알 수 있는 Bode phase plot 이다. 그래프로부터 탄소/TiO2 박막이 도입된 염료감응형 태양전지에서 여기된 전자의 life time이 긴 것을 확인 하였으며, 탄소/TiO2 박막이 도입된 형태에 따라 차이가 있음을 알 수 있는데, TiO2 나노입자의 아래쪽과 위쪽에 모두 도입된 경우(초록)에 가장 낮은 저항과 가장 긴 life time을 나타낸 것을 확인 할 수 있다.

 용  어  설  명

블록공중합체의 자기조립 (block copolymer self-assembly) :
블록공중합체는 화학적으로 성분이 다른 두 가지 이상의 고분자가 사슬 한쪽 끝을 통하여 공유결합으로 연결된 특이한 유형의 고분자이다.
이러한 고분자는 자기 조립을 함으로써 나노 크기 수준에서 구(sphere), 실린더(cylinder), 자이로이드(gyroid), 라멜라(lamellae)를 포함한 다양한 형태의 주기적인 구조를 발현하는 특징을 가진다.
또한, 한 쪽 블록에만 선택적으로 무기물을 결합시킴으로써 유-무기 하이브리드 구조체를 제조할 수 있는 주형(template)의 역할을 할 수 있다.  

직접 탄소화 기법 (direct carbonization) :
별도의 탄소 전구체를 필요로 하지 않고, 직접 탄소화기법에 의해 고분자를 탄소질의 물질로 전환할 수 있는 기법이다. 자외선 조사를 통한 고분자의 가교(cross-linking)를 유도하고, 열처리함으로써 탄소질의 물질로 전환될 수 있으며, 블록공중합체의 자기조립 현상에서 비롯된 규칙적이고 질서도가 높은 하이브리드 탄소 나노소재의 제조 및 제어가 가능하다.   

<연 구 개 요> 염료감응형 태양전지는 기존의 상용화된 실리콘 기반의 태양전지와 비교하여 높은 광전환 효율을 보일 뿐 아니라, 상대적으로 제작이 간단하며, 경제적인 차세대 태양전지이다. 염료감응형 태양전지의 효율향상 및 상용화를 촉진하기 위한 연구는 전 세계적으로 활발히 진행되고 있으며, 대표적으로는 1) 가시광 영역뿐만 아니라 적외선 영역을 포함한 전 파장대의 빛을 흡수할 수 있는 염료; 2) 염료의 흡착 및 전자의 주입을 최대화하기 위한 산화물 반도체(특히, 이산화티타늄(TiO2))의 구조 제어; 3) 안정적이고 효과적인 환원을 유도하는 산화-환원 전해질; 4) 고가의 백금 전극을 대체하기 위한 연구 등이 활발하게 이루어지고 있다. 최근에는 염료감응형 태양전지의 효율을 향상시키기 위해서 금 또는 은과 같은 금속 나노입자, 광결정(photonic crystal)과 같이 주기구조를 갖는 물질 및 탄소 소재와 같은 새로운 물질을 첨가하는 형태의 연구가 주목을 받고 있다. 특히, 높은 전기전도도(electrical conductivity)를 갖는 탄소나노튜브(carbon nanotubes), 탄소나노섬유(carbon nanofibers) 및 그래핀(graphene)과 같은 다양한 탄소소재를 태양전지에 도입하게 되면, 전자의 이동(transport) 및 수집(collection)을 용이하게 함으로써 태양전지 효율 향상에 도움을 줄 수 있기 때문에, 많은 연구가 이루어지고 있다. 하지만 아직까지는 탄소소재와 이산화티타늄(TiO2) 계면에서의 전자의 이동 및 수집에 대한 영향을 분명하게 이해하고, 보고한 연구는 미비하다.  본 연구팀은 탄소/TiO2 하이브리드 박막(hybrid thin film)을 이중블록공중합체(diblock copolymer)를 이용하여 제조하였고, 이를 염료감응형 태양전지의 광전극에 도입하여 효율 향상을 유도하였으며, 그 기구를 제시하였다. a) 이중블록공중합체(PS-b-P4VP)를 이용한 탄소/TiO2 하이브리드 박막 제조의 모식도; b) 탄소/TiO2 하이브리드 박막이 도입된 염료감응형 태양전지의 모식도 탄소질 생성을 위하여 별도의 전구체나 활성화 촉매를 사용하지 않고도, 자기조립 이중블록공중합체의 자외선 조사를 통한 안정화(UV stabilization) 및 열처리를 통한 직접 탄소화(direct carbonization)를 통해 용이하고 경제적으로 탄소질의 박막을 제조할 수 있으며, 이중블록공중합체의 한 블록에만 특정 무기물이 특이적으로 결합할 수 있는 특성을 이용하여 탄소/TiO2 하이브리드 박막을 제조할 수 있었다.(그림 a) 이중블록공중합체의 안정화 및 직접 탄소화에 의해 제조된 탄소/TiO2 하이브리드 박막을 염료감응형 태양전지의 구성요소인 광전극에 도입하여(그림 1,b), 염료 감응형 태양전지의 광전환 효율을 최대 40%까지 향상시키는데 성공하였다(그림2).  전류밀도-전압(photocurren-voltage) 그래프 이는 본 연구팀에 의해 개발된 기법으로 제조된 하이브리드 탄소/TiO2 박막이 높은 전기 전도성을 갖는 탄소를 포함하고 있으며, TiO2 나노입자 및 투명전극(FTO)과 탄소/TiO2 박막 사이의 계면에서의 저항을 감소시킴으로써, 여기(excitation)된 전자의 전달을 촉진시켜 염료감응형 태양전지의 광전환 효율을 향상 시키는데 큰 역할을 한 것으로 판단된다.  본 연구에서 제안된 탄소/TiO2 하이브리드 박막의 제조기법은 이중블록공중합체를 이용한 용이하고 경제적인 기법이며, 이중블록공중합체의 자기조립 성질을 조절하면 다양한 구조 및 조성을 갖는 하이브리드 나노구조체를 제조할 수 있다. 특히, 하이브리드 탄소나노소재의 제조기술은 염료감응형 태양전지의 광전극 뿐 아니라, 연료전지 및 배터리의 핵심 구성요소인 전극소재 및 친환경 가시광 활성 촉매 분야 등에 광범위하게 적용이 가능할 것으로 기대된다.

<김동하 교수>  1. 인적사항   ○ 소 속 : 이화여자대학교 화학나노과학과 2. 학력   ○ 1991 : 서울대학교 학사 (섬유공학)   ○ 1996 : 서울대학교 석사 (섬유고분자공학)   ○ 2000 : 서울대학교 박사 (섬유고분자공학)   3. 경력사항 ○ 2000 ~ 2003 : 미국 메사츄세츠 대학 고분자공학과, Post-Doctor. ○ 2003 ~ 2005 : 독일 막스플랑크 고분자 연구소, Post-Doctor. ○ 2005 ~ 2006 : 삼성전자 반도체 총괄 메모리 사업부, 책임연구원 ○ 2006 ~ 2009 : 이화여자대학교 화학나노과학과, 조교수 ○ 2010 ~ 현재 : 이화여자대학교 화학나노과학과, 부교수 4. 주요연구업적 1. Yu Jin Jang,‡Yoon Hee Jang,‡Martin Steinhart,* Dong Ha Kim,* "Carbon/Metal Nanotubes with Tailored Order and Configuration by Direct Carbonization of Inverse Block Copolymer Micelles Inside Nanoporous Alumina", Chem. Commun. 2012, 48(4), 507-509. Back cover article 2. Saji Thomas Kochuveedu, Yu Jin Jang, Yoon Hee Jang, Won Jun Lee, Min-Ah Cha, Hae-Young Shin, Seok Hyun Yoon, Sang Soo Lee, Sang Ouk Kim, Kwanwoo Shin, Martin Steinhart,* Dong Ha Kim,* "Visible-Light Active Nanohybrid TiO2/Carbon Photocatalysts with Programmed Morphology by Direct Carbonization of Block Copolymer Templates", Green Chem. 2011, 13(12), 3397-3405. 3. Yoon Hee Jang, Saji Thomas Kochuveedu, Yu Jin Jang, Martin Steinhart, Dong Ha Kim,* "The fabrication of graphitic thin films with highly dispersed noble metal nanoparticles by direct carbonization of block copolymer inverse micelle templates", Carbon 2011, 49(6), 2120-2126. 4. Dongxiang Li, Yu Jin Jang, Ji-Eun Lee, Jieun Lee, Saji Thomas Kochuveedu, Dong Ha Kim,* "Grafting Poly(4-vinylpyridine) onto Gold Nanorods toward Functional Plasmonic Core-Shell Nanostructures", J. Mater. Chem. 2011, 21(41), 16453-16460. Virtual Journal of Nanoscale Science & Technology 2011, 24(17) 5. Ji Yong Lee, Jieun Lee, Yu Jin Jang, Juyon Lee, Yoon Hee Jang, Saji Thomas Kochuveedu, Cheolmin Park, Dong Ha Kim,* "Controlling the Composition of Plasmonic Nanoparticle Arrays via Galvanic Displacement Reaction on Block Copolymer Nanotemplates", Chem. Commun. 2011, 47(6), 1782-1784. Virtual Journal of Nanoscale Science & Technology 2011, 23(6), February 14 6. Yoon Hee Jang, Seung Yoon Yang, Yu Jin Jang, Cheolmin Park, Jin Kon Kim, Dong Ha Kim,* "Ultra-high Density Arrays of Toroidal ZnO Nanostructures by One-Step Cooperative Self-Assembly Processes: Mechanism of Structural Evolution and Hybridization with Au Nanoparticles", Chem-Eur. J. 2011, 17(7), 2068-2076. Frontispiece article 7. Yu Jin Jang, Dong Ha Kim,* "One-Step and Self-Assembly Based Fabrication of Pt/TiO2 Nanohybrid Photocatalysts with Programmed Nanopatterns", Chem-Eur. J. 2011, 17(2), 540-545. 8. Ji Yong Lee, Jieun Lee, Yu Jin Jang, Juyon Lee, Yoon Hee Jang, Saji Thomas Kochuveedu, Sang Soo Lee, Dong Ha Kim,* "Plasmonic nano-necklace arrays via reconstruction of diblock copolymer inverse micelle nanotemplates", Soft Matter 2011, 7(1), 57-60. Virtual Journal of Nanoscale Science & Technology 2010, 22(26), December 20 9. Yong Wang,* Michael Becker, Li Wang, Jinquan Liu, Roland Scholz, Juan Peng, Ulrich G?sele, Silke Christiansen, Dong Ha Kim,* Martin Steinhart,* "Nanostructured Gold Films for SERS by Block Copolymer-Templated Galvanic Displacement Reactions", Nano Lett. 2009, 9(6), 2384-2389. 10. King Hang Aaron Lau, Joona Bang, Dong Ha Kim,* Wolfgang Knoll,* "Self-Assembly Based Protein Nanoarrays on Block Copolymer Templates", Adv. Funct. Mater. 2008, 18(20), 3148-3157.

<장윤희 박사과정생>  1. 인적사항   ○ 소 속 : 이화여자대학교 화학나노과학과   2. 학력   ○ 2008 : 국민대학교 학사 (화학)   ○ 2010 : 이화여자대학교 석사 (나노소재과학)   ○ 2010~ 현재 : 이화여자대학교 박사과정 (나노소재과학)   3. 주요연구내용 1. Yu Jin Jang,‡Yoon Hee Jang,‡Martin Steinhart,* Dong Ha Kim,* "Carbon/Metal Nanotubes with Tailored Order and Configuration by Direct Carbonization of Inverse Block Copolymer Micelles Inside Nanoporous Alumina", Chem. Commun. 2012, 48(4), 507-509. Back cover article 2. Yoon Hee Jang, Saji Thomas Kochuveedu, Yu Jin Jang, Martin Steinhart, Dong Ha Kim,* "The fabrication of graphitic thin films with highly dispersed noble metal nanoparticles by direct carbonization of block copolymer inverse micelle templates", Carbon 2011, 49(6), 2120-2126. 3. Yoon Hee Jang, Seung Yoon Yang, Yu Jin Jang, Cheolmin Park, Jin Kon Kim, Dong Ha Kim,* "Ultra-high Density Arrays of Toroidal ZnO Nanostructures by One-Step Cooperative Self-Assembly Processes: Mechanism of Structural Evolution and Hybridization with Au Nanoparticles", Chem-Eur. J. 2011, 17(7), 2068-2076. Frontispiece article 4. Yoon Hee Jang, Saji Thomas Kochuveedu, Min-Ah Cha, Yu Jin Jang, Ji Yong Lee, Jieun Lee, Juyon Lee, Jooyong Kim, Du Yeol Ryu, Dong Ha Kim,* "Synthesis and Photocatalytic Properties of Hierarchical Metal Nanoparticles/ZnO Thin Films Hetero Nanostructures Assisted by Diblock Copolymer Inverse Micellar Nanotemplates", J. Colloid Interf. Sci. 2010, 345(1), 125-130.

2009년에 발병하기 시작한 대유행성 신종인플루엔자(H1N1)에 의해 사망한 환자의 다수가 비만으로 보고된 바 있습니다.

또 미국 질병관리본부는 비만인 사람들이 신종인플루엔자(H1N1) 바이러스 감염에 따른 이병률과 사망률이 높을 것으로 분석했습니다.

한국생명공학연구원 바이러스감염대응연구단 부하령 박사와 실험동물센터 이철호 박사 연구팀이 비만동물모델을 활용한 공동연구를 통해 신종인플루엔자(H1N1) 백신 효능이 비만인 사람에게서 현저히 감소한다는 연구결과를 발표했습니다.

연구팀은 정상과 비만 동물모델에 백신을 접종한 후 신종인플루엔자(H1N1) 바이러스를 감염시킨 결과, 비만동물모델의 경우 백신 접종 후 혈액 속의 항체수가 현저히 떨어지는 것과 심각한 폐렴을 동반하면서 생존율이 급격히 감소하는 결과를 얻어냈습니다.

지금까지 신종인플루엔자(H1N1) 백신 효능이 노령인구 계층에서 감소한 결과는 보고된 바 있지만, 비만에 따른 백신 효능 연구 결과는 아직 보고되지 않았습니다.

비만동물모델 확보를 위해 15주간 고지방 사료를 급여에 따른 마우스 체중변화와(A) 백신 접종 후 신종인플루엔자(H1N1) 바이러스 감염에 따른 생존률(B), 체중변화(C) 및 육안/조직학적 폐병변 소견(D).

<- NCD : normal control diet(정상 동물모델) / - HFD : high fat diet(비만 동물모델)>

백신 접종 후 혈중 항체가(A) 및 혈구응집억제반응결과와(B, C) 폐조직에서 염증관련 사이토카인 유전자 발현(D-I)

<- NCD : normal control diet(정상 동물모델) / - HFD : high fat diet(비만 동물모델) - HI : Hemagglutination inbition(혈구응집 억제)>

이번 연구결과는 감염성 질환 연구 분야의 권위지인 미국 감염학회지(The Journal of Infectious Diseases) 12월 온라인 판에 게재되었습니다.

한편 세계보건기구는 현재 추세로 2015년까지 세계적으로 성인 23억 명이 과체중(체질량지수 25이상), 7억 명이 비만(체중질량지수 30이상)이 될 것으로 보고 있습니다.

 용  어  설  명

백신(vaccine) :
항원, 즉 병원체를 약하게 만들어 인체에 주입하여 항체를 형성하게 하여 그 질병에 저항, 면역성을 가지게 하는 의약품이다.

대유행(pandemic) :
범유행(汎流行) 또는 팬데믹 이라고도 하며, 어떤 감염병이나 전염병이 세계적으로 유행하는 것을 나타내는 용어로, 감염병이 지역 사회에서 유행하는 것을 유행병(epidemic)이라고 부르지만, 그것이 규모가 커져 세계 각지에서 산발적으로 일어나게 된 상태를 말한다.

체질량지수(body mass index, BMI) :
인간의 비만도를 나타내는 지수로, 체중과 키의 관계(체질량지수=체중/키2)로 계산되며, 비만의 기준은 현재 나라별로 조금씩 다른데 아시아에서는 과체중이 25 이상, 비만이 30 이상이다(예시, 170cm 80kg 이면 80/(1.7x1.7)=27.68).

항체가(antibody titer) :
어떤 특정 항원에 대해서 대응하는 항체의 역가이다.

혈구응집억제반응(hemagglutination inhibition test) :
항체가 hemagglutinin과 결합시 혈구응집을 방해한다는 점을 이용하여 혈구응집능이 있는 원인체에 대한 항체 검출시 사용되는 방법을 말한다.

이병률(morbidity) :
어떤 지역사회에서 건강인에 대한 환자의 비율

□ 양자통신이나 양자컴퓨터와 같은 양자정보기술은 아직 초기단계이지만, 현대 정보사회의 패러다임을 바꿀 수 있는 가능성이 큰 신기술입니다

양자통신은 정보를 빛의 기본입자인 광자의 양자 상태에 실어 전달하는 새로운 방식의 통신으로 양자역학적 특성상 빠른 속도, 정확한 정보전달 등 기존의 통신에 비해 많은 장점이 있습니다.

이에 기반한 양자컴퓨터는 기존의 컴퓨터와 달리 한 개의 처리장치로부터 수많은 계산을 동시에 처리할 수 있어 정보처리량과 속도가 종전의 컴퓨터에 비해 월등히 앞선 미래형 최첨단 컴퓨터입니다.

양자통신, 양자컴퓨터 등의 양자정보기술을 구현하기 위해서는 양자계의 결맞음 특성이 보호되어야 하지만, 실제 상황에서는 양자계와 주변 환경과의 필연적인 상호작용에 의해 결어긋남 현상이 발생하여 결맞음 특성이 손상됩니다.

결어긋남 현상(Decoherence)은 양자계가 결맞음을 잃어버리는 현상으로, 결맞음이 완전히 없어진 양자계는 양자정보처리에 사용할 수 없게 됩니다.

이 결어긋남 현상은 양자정보기술 구현에 핵심요소인 양자 얽힘까지 잃게 만들어 양자정보기술 구현에 가장 큰 걸림돌이되고 있습니다.

□ 포스텍 김윤호 교수팀이 미래형 최첨단 컴퓨터인 양자컴퓨터와 양자통신 등과 같은 양자정보기술 구현에 가장 큰 걸림돌을 해결했습니다.

연구팀은 양자역학의 핵심원리인 일반화된 양자 측정의 개념들을 이용해 양자정보기술 구현에 꼭 필요한 양자 얽힘을 결어긋남 현상으로부터 보호하는 새로운 방법을 밝혀냈습니다.

양자 얽힘(Quantum entanglement)은 여러 양자계 사이에 존재하는 특별한 상관관계를 의미하는데, 양자통신, 양자컴퓨터 등을 구현하는데 꼭 필요합니다.

김 교수팀은 약한 양자측정과 양자측정의 되돌림을 이용해 양자 얽힘이 줄어드는 직접적인 원인인 결어긋남 현상 자체를 억제하는데 성공했습니다.

특히 이번 연구결과는 결어긋남 현상이 아주 강해 양자 얽힘이 완전히 없어지게 만드는 환경에서도 적용할 수 있기 때문에 기존의 양자 얽힘 보호방법의 한계를 뛰어넘은 기술로 평가받고 있습니다.

(왼쪽 그림) 결어긋남 현상은 Bob과 Charlie가 나눠 가진 양자계의 양자 얽힘을 손상한다. (오른쪽 그림) 약한 양자 측정과 양자 측정 되돌림을 이용하여 양자 얽힘을 보호하는 프로토콜.

(왼쪽 그림) 양자 얽힘 보호 프로토콜이 없을 때에는 양자 얽힘이 결어긋남 현상에 의해 현격히 줄어들지만 (오른쪽 그림) 양자 얽힘 보호 프로토콜을 이용하여 양자 얽힘을 결어긋남 현상으로부터 보호할 수 있다.

김윤호 교수(오른쪽 뒤편)가 김용수(왼쪽 앞), 권오성(왼쪽 뒤), 이종찬(오른쪽) 박사과정생과 함께 실험을 진행하고 있다.

 용  어  설  명

양자 얽힘 (Quantum entanglement) :
양자 얽힘이란 여러 양자계 사이에 존재하는 비고전적인 상관관계이며, 양자 통신, 양자 컴퓨터 등의 구현에 반드시 필요하다.
하지만 양자계가 주변환경과 필연적으로 상호작용을 하기 때문에 양자 얽힘을 유지하는 것은 양자 정보 기술의 구현을 위한 어려운 과제이다.
우리 연구에서는 양자 얽힘을 결어긋남 현상으로부터 보호하는 방법을 제안하고 실험적으로 검증하여 양자 얽힘의 유지를 위한 중요한 방향을 제시했다.

결어긋남 현상(Decoherence) :
결어긋남 현상이란 양자계가 결맞음을 잃어버리는 현상을 의미하며, 결어긋남 현상이 일어난 양자계는 양자정보처리에 사용할 수 없다.
본 연구에서는 약한 양자 측정과 양자 측정의 되돌림을 이용해 효과적으로 결어긋남 현상을 억제하였다.

약한 양자 측정(Weak quantum measurment) :
흔히 알려진 양자 측정인 투영 측정(projection measurement) 또는 von Neumann 측정은 양자 상태를 측정 연산자의 하나의 고유 상태(eigenstate)로 투영(project)시키는데 반해 약한 양자 측정은 이보다 더 일반적인 측정을 의미한다.
측정 이전의 양자 상태를 회복하는 것이 불가능한 투영 측정(projection measurement)과는 달리 약한 양자 측정과정을 거친 양자 상태는 원래의 양자 상태로 되돌리는 것이 가능하다.  

<김윤호 교수>  1. 인적사항  ○ 성 명 : 김윤호(金允鎬, 39세)  ○ 소 속 : 포항공과대학교 물리학과 2. 학력   1991 - 1995    영남대학교 이학사   1996 - 2001    Ph.D in Applied Physics        University of Maryland, Baltimore County   3. 경력사항   2001 - 2002 Post-doctoral Researcher, Oak Ridge National Laboratory   2002 - 2004 Eugene P. Wigner Fellow, Oak Ridge National Laboratory   2004 - 현재 포항공과대학교 물리학과 조교수, 부교수

KAIST가 개발 중인 모바일하버 사업이  '스타트업스마트(StartupSmart.com.au)'가 발간한 '2011년 세계 10대 최고 창업아이디어' 중 2위 아이템으로 선정됐습니다.

모바일하버 사업은 해상에 정박 중인 대형 컨테이너선의 컨테이너를 하역해 육상 부두로 이송하거나 육상의 컨테이너를 해상의 컨테이너선에 이송하고 선적하는 '움직이는 항구' 개념을 적용한 세계 최초 해상운송 연구개발사업입니다.

KAIST는 2009년부터 모바일하버 관련 핵심기술을 개발해  파도와 바람에 의해 흔들리는 상황에서도 안정적으로 컨테이너를 들어 올리고 원하는 위치에 내려놓는 '안정화 크레인 기술'을 완성했습니다.
 
KAIST는 지난 6월 실제 해상 시연회에서 선보인 크레인은 전후, 좌우, 상하 흔들림을 제어하는 새로운 개념의 '다단 트롤리(trolley)'와 스스로 위치를 보정하여 컨테이너를 체결하는 '지능형 스프레더(spreader)'를 레인에서는 공개했습니다.

여기에는 각종 센서(sensor)를 통해 스프레더 및 상대선박의 움직임을 측정하고 실시간으로 컨테이너를 추적할 수 있도록 모바일하버에 최적화된 소프트웨어 및 신호처리 알고리즘이 적용됐습니다.

또 '선박 간 자동도킹 기술'은 바다에 떠있는 컨테이너선에 모바일하버가 다가가 측면에 밀착시키는 기술입니다.

<관련글 : 모바일하버 해상시연> http://daedeokvalley.tistory.com/131

<2011년 세계 10대 최고 창업아이디어>

<1위> 기후예측안내서(WeatherBill) :
농작물이 기후에 의해 망칠 수 있는 확률을 예측하는 서비스 제공. 구글도 이 창업회사(미국, 회사명: 기후주식회사, The Climate Corporation)의 투자사 가운데 하나임. 투자액 규모는 현재 4,200만 달러. 날씨에 관한 데이터를 수집하고, 대형 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 얻은 자료를 농부/농작물 회사에 제공함으로써, 경작 농작물에 필요한 강수량이나 절기별 기후를 예측해 경작 손실에 대비한 보험료 등을 책정하는데 도움을 줄 수 있음. 홍수 등 기후로 인한 재해도 예측함으로써 (농작의) 기후관련 위험부담을 줄여주기도 함.

<2위> 모바일하버(Mobile Harbor) :
한국의 과학자들은 항만운송업에 큰 변화를 가져올 발명품을 시연했다고 하는데 바로 먼 바다로 나가는 이동항구다. 모바일하버는 대형 컨테이너 선박이 먼 바다에서 화물을 선적하고 하역할 수 있어, 복잡한 항만시설 사용을 위해 비싼 비용을 지불하면서까지 항구에서 대기하고 있어야만 하는 선박들의 어려움을 해소할 수 있다. 모바일항구는 대형바지선 모양의 흘수선(Shallow Draught)으로서 안정화 장치가 장착된 크레인을 가지고 있다. 또한, 모바일하버는 해상에서 임시 보호소를 제공할 수 있는 기능, 즉 해난 시 인명 구조작업용으로도 사용될 수 있다. '스마트 기능'이 겸비된 크레인은 출렁이는 바다 위에서도 화물을 흔들리지 않고 안정적으로 선박하고 하역할 수 있다. KAIST 김경수 교수에 의하면, 모바일항구는 브라질, 인도네시아, 중동, 아프리카 등에서 많은 관심을 받고 있다고 했다.

<3위> 전자 코(E-Nose) :
인도 연구자들은 음주측정 기구처럼 사람의 '내쉬는 숨'을 통해 결핵감염 여부를 쉽고도 정확하게 판독할 수 있는 '전자코'를 개발했다고 함. 배터리를 사용하는 휴대용 전자 코는 결핵치료 및 감염 예방에 많은 도움을 줄 것임.

<4위> 로봇 농작물 수확기(Robotic Harvester) :
딸기, 블루베리 등의 농작물 밭을 훑어가면서 익은 농작물만 골라서 수확하는 로봇 수확기는 그 동안 사람의 손에 의존했던 농작물 수확에 따른 일손을 크게 줄일 수 있는 발명품. 파종뿐만 아니라, 농작물을 따서 등급을 매기고, 선별 포장하는 작업을 통해 기존 노동력의 95%를 절감할 수 있음.

<5위> 인공강하(Airdrop) :
사막 같은 건조한 지대에서도 농사를 가능케 하는 관계시스템. 사막에 살고 있는 딱정벌레(Namib Beetle)에서 영감을 얻음. 이 벌레는 밤새 사막에 내린 이슬을 등껍데기에 모아서, 이를 수분으로 활용해 생존. 이 시스템은 아주 건조한 지역이라도 대기 중에는 수분이 포함되어 있는데, 대기 온도를 낮춰 이들 수분을 응축시켜 물로 활용함. 땅속에 매설된 여러 개의 관에 공기를 투하시켜 땅속 저온에서 공기 중 수분이 이슬처럼 응축되면, 이를 수집해 농작물에 바로 제공함. 저렴한 비용으로 가뭄에 대처할 수 있는 대안이 될 수 있음.

<6위> 스마트초인종(Smart Bell) :
13세 영국 소년이 개발, 집주인이 집을 비우더라도 핸드폰으로 원격으로 초인종에 대답할 수 있음. 또한, 주인이 대답할 때 배경 소음도 만들 수 있어, 집주인이 마치 집에서 인터컴을 통해 대답하는 것처럼 들려 절도나 강도 등을 예방할 수 있음. 또, 집으로 배달되는 물건을 접수할 때도 택배원에게 집 위치를 안내한다든지, 어디에 물건을 두라는 등 용이함.

<7위> 투자정보교환사이트(Investable) :
호주 상장기업에 관한 모든 주식투자정보를 실명회원제를 사용해 기밀정보를 제외한 기타 투자와 관련된 모든 실질적인 정보를 정직하게 공개하고 토론하는 사이버공간. 투기조장을 막고 건전한 투자문화를 선도하며, 정확한 정보를 공유할 수 있는 이점이 있음.

<8위> 신혼부부를 위한 서비스(Essential Groom) :
예비부부 혹은 신혼부부가 필요로 하는 일체의 정보를 온라인으로 제공하는 서비스. 즉, 신혼부부의 옷 입는 방법부터 시작해서 허니문, 혼인계약서 작성, 결혼식 및 파티 준비 등에 필요한 정보를 제공.

<9위> 테크노와이티(TechnowaiT) 1-2-3-GO! :
캐나다 퀘벡에 위치한 창업회사 테크노와이티(TechnowaiT)에서는 환자들이 병원에서 대기하는 시간 동안 다른 볼일을 볼 수 있도록 실시간으로 대기시간을 알려주는 서비스. 날로 늘어나는 의료환자의 병원대기시간에 따른 불편함을 해소. 환자가 병원에 도착해 등록을 하게 되면, 핸드폰 전화를 통해 실시간으로 대기 시간 및 진행상황을 통보해줌.

<10위> 휴대용 저울(Weight To Go) :
미국의 한 창업회사는 짐가방에 부착된 휴대용 스마트 저울을 개발함. 디지털 저울, 가방주인 이름표 및 열쇠의 세 기능이 겸비된 일종의 스마트 휴대용 가방. 저울은 휴대용 짐 가방 손잡이 밑에 부착되어 손잡이를 몇 초 동안 당겼다가 놓으면 가방에 부착된 디스플레이에 무게가 표기됨.

(출처: http://www.startupsmart.com.au/planning/10-best-start-up-ideas-of-2011/201112224944.html)

□ 실내 형광램프가 3파장, 5파장, 7파장 등 다중파장으로 진화하고 있습니다.

다중 파장을 가진 조명일수록 보다 자연의 색에 가깝게 사물을 볼 수 있기 때문입니다.

게다가 최근들어서는 실내조명이 긴 수명, 저 전압 구동, 높은 발광 효율 등 녹색성장에 부합하는 환경 친화적인 특성을 지닌 LED로 바뀌고 있습니다.

이에 따라 LED 분야에서도 태양빛에 유사한 빛을 만들기 위한 노력들이 세계적으로 계속되고 있습니다.

□ KAIST 신소재공학과 배병수 교수팀이 신소재 형광염료를 이용해 보다 태양빛에 가까워지면서, 형광체 가격은 기존 1/5수준으로 저렴한 백색 LED를 개발했습니다.

현재 상용화되고 있는 백색 LED는 황색 또는 적녹색 혼합 형광체를 봉지재에 분산한 후, LED칩 위에 도포할 때 나오는 청색광과, 형광체에서 나오는 황색 또는 적녹색광이 혼합되어 백색 빛을 냅니다.

형광체 물질로는 산화물 또는 산화질화물 등 무기형광체 입자들이 사용되는데 높은 온도에서 복잡한 공정으로 제조하기 때문에 가격이 비쌀 뿐만 아니라 핵심기술을 일본과 미국 등 해외 선진업체들이 선점하고 있어 국내 LED산업 발전의 걸림돌이 되고 있습니다.

특히 무기형광체는 빛을 흡수하고 발광하는 스펙트럼이 좁아 백열등과 같이 자연색에 가까운 빛을 만드는 데는 어려움이 많았습니다.

이 같은 단점을 개선하고 자연광에 가까운 LED 조명을 만들기 위해 배병수 교수팀은 새로운 형광체 물질로 무기형광체 입자가 아닌 형광염료를 선택했습니다.

형광염료는 섬유 등에 착색제로 사용되며 가격이 저렴하고 다양한 색들을 낼 수 있는 물질입니다.

또 빛을 흡수하고 방출하는 스펙트럼이 넓어 LED 형광체로 사용하면 자연광에 가까운 백색광을 만들 수 있고, 색온도를 비롯한 다양한 특성들을 자유자재로 조절할 수 있는 장점을 갖고 있습니다.

그러나 염료는 열에 의해 쉽게 분해돼 고온의 열을 방출하는 LED에 적합하지 않아 형광체로 적용이 어려웠습니다.

배 교수팀이 개발한 적색 및 녹색 형광 나노하이브리드소재의 제조 방법 개요

형광 나노하이브리드소재를 이용한 백색 LED의 단면 모식도

□ 이와 함께 배 교수팀은 자체개발한 솔-젤 공정으로 제조된 고내열성 고굴절률 하이브리드소재에 형광염료를 화학적으로 결합해 염료분자가 안정하고 균일하게 분포되어 열에 강하고 효율이 높은 나노하이브리드 형광체 소재를 개발했습니다.

이를 적용해 나노하이브리드 형광체 소재 내의 적색 및 녹색 염료의 비율과 농도를 조절해 이를 봉지재로 사용, 다양한 색온도를 갖는 백색 LED를 만들었습니다. 

적색 및 녹색 형광 나노하이브리드소재의 화학구조 및 형광특성

이번 연구결과는 '어드밴스드 머터리얼스(Advanced Materials)' 12월호 표지논문으로 게재됐습니다. 

나노하이브리드소재를 이용하여 제조한 염료기반 백색 LED

 용  어  설  명

색온도 :
광원의 빛을 수치적으로 표시하는 방법이다. 어떤 물체가 빛을 띄고 있을 때, 이 빛과 같은 빛을 띄는 흑체의 온도를 이용하여 물체의 색온도를 결정한다. 보통 실제 온도보다 약간 높은 값을 가진다. 색온도가 높을수록 차가운 광색을 갖게 되고 색온도가 낮을수록 따뜻한 광색을 갖게 된다. 전구색(Warm White)을 가진 백열 램프의 색온도는 약 2700K 이며 주광색으로 흔히 표현되는 형광램프의 색온도는 약 6000K 이다.

염료 :
염료란 색을 가진 화합물로 어떤 물체의 색깔이 나타나도록 해 주는 성분을 말한다. 이 중에 형광염료란 짧은 파장의 빛을 흡수하여 긴 파장의 빛을 방출하는 유기물이다.

형광체 :
형광체는 외부 에너지를 흡수하여 가시광선 영역의 빛을 방출하는 물질을 말하며, 형광체가 가시광을 방출하는 현상을 발광(luminescence)이라고 한다.

LED 봉지재 :
LED 봉지재는 백색 빛을 내는 형광체를 포함하고 있으며, LED 칩을 둘러싸 외부 충격과 환경 등으로부터 LED 칩을 보호하는 LED를 구성하는 핵심소재다. LED 봉지재는 외부 노출에 견디는 내후성 이외에도 LED칩에서 발산되는 열을 견디는 내열성이 매우 중요하다.

솔-젤 공정 :
솔-젤 공정은 세 :라믹 또는 유리를 높은 온도에서 원료를 소성 또는 용융하여 만들지 않고 화학물질의 반응을 통해서 낮은 온도에서 만드는 공정을 말한다.

고굴절률 :
굴절률은 서로 다른 매질의 경계면을 통과하는 파동이 굴절되는 정도 또는 투명한 매질로 빛이 진행할 때, 빛의 속도(광속)가 줄어드는 비율이다. LED 봉지재의 굴절률이 높으면 LED의 빛이 칩 내부에서 공기 중으로 쉽게 나올 수 있기 때문에 LED의 효율을 높이는데 중요한 요소이다.

연색지수 :
연색성이란 조명된 사물의 색재현 충실도를 나타내는 광원의 성질을 말하며 연색지수란 자연광에서 본 사물의 색과 특정 조명에서의 경우 어느 정도 유사한가를 수치로 나타낸 것이다. 지수가 100에 가까울수록 연색성이 좋은 것을 의미하며 지수가 낮을수록 색재현도가 떨어진다. 일반적으로 평균 연색지수가 80을 넘는 광원은 연색성이 좋다고 할 수 있다.

<연 구 개 요> 배병수 교수 긴 수명, 저전압 구동, 높은 발광 효율, 녹색 성장에 부합하는 환경 친화적인 특성을 지니는 백색 LED는 차세대 디스플레이, 미래의 조명기술의 핵심으로 LED 산업의 규모는 점차 커질 것으로 예상되고 있다. 차세대 디스플레이용, 조명용 고효율 백색 LED를 개발하기 위해 최적의 열 방출 설계, 광학설계, 고효율/고신뢰성의 형광체, 고신뢰성의 LED 봉지재가 요구된다. 최근 백색 LED 광원의 품질과 광효율을 극대화하기 위해 LED 패키지의 형광체와 봉지재에 대한 관심이 크게 증가하고 있다. 현재 백색 LED를 구현하는 방법으로 많이 사용되고 있는 방식은 단일 칩 형태의 방법으로 무기형광체 (red+green or yellow)가 분산된 봉지재를 청색 LED 칩 위에 봉지하는 방식이다. 하나의 칩을 이용하여 백색광을 얻을 수 있어 제조단가를 절감할 수 있고, 발광효율이 우수하여 현재 주로 연구되고 있다. 그러나 무기형광체의 경우, 400nm 이상의 근자외선 및 청색 영역에서 여기되어 발광하는 신조성 형광체의 개발이 제한적이며, 현재 주목받고 있는 질화물 형광체의 경우 고온 고압의 공정이 필요하여 형광체 단가가 아주 비싸다는 단점이 있다. 형광염료는 무기형광체에 비해 일반적으로 흡수계수가 우수하고 흡수 및 방출 스펙트럼이 넓으며 양자효율이 좋다. 또한 생화학적인 친화도가 높고 가격이 저렴한 장점을 갖는다. 반면 형광염료는 무기형광체 대비 열에 대한 안정성과 광에 대한 안정성이 떨어진다는 단점을 가지고 있고 형광염료의 농도가 높아짐에 따라 회합을 이루거나 덩어리가 지게 되는 분산 안정성이 떨어지는 문제가 있다. 회합이나 덩어리를 이루게 되면 형광강도가 감소하거나 색 특성이 바뀌게 되며 광투과도가 감소하게 된다. 이러한 형광염료를 사용한 연구는 기초단계로써 앞으로 연구 및 개발되어야 하는 영역이다. 본 연구에서는 백색 LED를 만드는 방식인 무기형광체가 분산된 봉지재를 LED 칩 위에 봉지하는 방식을 벗어나, 형광염료를 봉지재 물질로 고내열성 솔-젤 하이브리드 재료와 화학적으로 결합시킴으로써 내부 양자 효율 및 안정성을 향상시켜, 최종적으로 높은 외부양자효율을 유도함과 동시에 높은 연색지수를 갖는 LED용 고내열성 형광체-봉지재 일체형 형광 나노하이브리드소재를 제조하였다. 또한 형광 나노하이브리드소재를 도입함으로써 형광염료의 취약점인 열안정성과 광안정성을 향상시키고 높은 사용수명을 얻었다. 형광 나노하이브리드소재의 제조를 위한 첫 번째 단계로써 수산화기, 아민기 등의 관능기를 포함하는 형광염료를 합성하고 이를 알콕시실란과 반응하여 형광색소가 결합된 형광 알콕시실란을 제조한다. 형광 알콕시실란은 솔-젤 반응에 참여할 수 있는 알콕시기를 가지고 있기 때문에 솔-젤 올리고실록산에 화학적으로 결합을 할 수 있게 된다. 형광 알콕시실란을 유기실란디올 및 열경화 또는 자외선 경화 가능한 작용기를 포함하는 비닐 및 에폭시기가 치환된 유기 알콕시실란 사이의 비가수 축합반응을 통해 형광색소와 실록산이 하이브리드된 형광 솔-젤 올리고실록산 수지를 합성한다. 최종적으로 올리고실록산 수지를 열경화 혹은 광경화를 통해 굳히면 형광 나노하이브리드소재를 제조한다. 제조된 형광 나노하이브리드소재는 염료의 종류에 따라 다른 색의 형광특성을 보이고 높은 열안정성을 보인다. 상용 염료를 에폭시에 분산하였을 경우 120℃에서 600시간 동안 열처리 한 경우 형광세기가 초기값 대비 절반으로 줄어드는 반면 형광 나노하이브리드소재는 형광세기가 변하지 않았다. 또한 형광 나노하이브리드소재는 염료가 하이브리머 망목구조에 화학적으로 결합되어 염료가 균일하게 분포되어 있어서 농도 증가에 따른 형광세기 감소 없이 지속적으로 증가하였다. 따라서 형광 나노하이브리드소재는 염료 농도의 증가에 따른 고효율 형광특성과 함께 높은 열안정성을 구현할 수 있어서 저가격 고성능 형광체로 응용할 수 있다. 적색/녹색 또는 황색 형광 나노하이브리드소재를 청색 LED칩에 봉지하여 LED칩으로부터 발생되는 청색광이 형광봉지재의 염료를 여기하여 발생되는 적색/녹색 또는 황색과 혼합되어 조명용으로 사용되는 백색 LED를 제조하였다. 적색 및 녹색 형광 나노하이브리드소재의 혼합 조성비를 조절하여 연색지수와 색온도를 용이하게 조절할 수 있어서 용도에 적합한 백색 LED를 개발할 수 있었다. 제조된 형광 나노하이브리드소재 기반 백색 LED는 120℃에서 1200시간 열처리에도 LED 스펙트럼 및 색지수 변화가 없어서 우수한 내열성을 가진다. 따라서 형광 나노하이브리드소재 기반 백색 LED의 상용화 가능성을 보인다. 이러한 LED용 고내열성 형광체-봉지재 일체형 형광 나노하이브리드소재는 LED의 적용분야인 일반 및 특수 조명, 디스플레이, 휴대용 디스플레이, 자동차 조명 등의 다양한 분야에서 형광체와 봉지재를 대체하는 LED의 패키징 재료로 사용될 것으로 예상된다. 본 연구에서 채택한 방법은 현재 LED 제작에 산업적으로 진행된 사례가 없으므로 새로운 조성 개발 및 특허 확보가 용이할 것으로 예상되고 LED제작 공정 면에서도 용액공정을 통해 저렴하고 신속하게 패키징을 할 수 있어 LED 제조 단가를 낮출 것으로 예상된다.

□ 일반적으로 위성방송은 다채널의 고화질 방송서비스를 제공할 수 있는 장점이 있는 반면 비가 많이 오게 되면 전파 감쇠 때문에 방송이 일시 중단되는 문제가 발생하기도 합니다.

그러나 채널 적응형 위성방송 기술을 적용하면 맑은 날에는 HD(High Definition) 방송을 시청하다가, 비가 많이 내리면 기존 방송처럼 방송이 중단되는 것이 아니라 HD 방송에서 SD(Standard Definition) 방송으로 화질이 전환되어 끊김없이 해당 프로그램을 시청할 수 있는 기술이 있습니다.

이 기술은 비가 안 오는 지역에서는 HDTV가 수신되고, 비가 많은 지역에서는 방송이 중단되는 대신에 SDTV로 프로그램을 수신할 수있는 차세대 디지털 위성방송 기술입니다.

□ ETRI(한국전자통신연구원)는 KT스카이라이프와 공동으로 폭우나 폭설 등의 자연재해에도 끊김없이 위성방송을 시청할 수 있는 채널 적응형 스케일러블(Scalable) 위성방송서비스 기술 개발을 완료하고, Ka 대역 위성인 천리안위성을 통해 서비스 시연까지 성공적으로 마쳤습니다.

이 기술은 2011년 10월 스위스 제네바에서 개최되었던 ITU Telecom World 2011 전시회에 출품돼 큰 관심과 호평을 받은 바 있습니다.

또 ETRI는 국제 표준화 기구인 ITU-R에 채널 적응형 스케일러블 위성방송서비스 기술을  Ka 대역 위성방송서비스를 위한 국제 표준기술로 제안해 채택받았습니다.

그 동안 ITU-R 표준화는 일본이 주도해 왔으나, 이번 표준안 채택으로 우리나라 위성방송 기술의 우수성이 세계적으로 평가를 받은 것입니다.

Ka 대역 위성방송서비스는 현재의 Ku 대역 위성방송서비스보다 월등히 많은 채널의 HDTV(High Definition TV) 나 UHDTV(Ultra-HDTV) 서비스를 제공할 수 있는 차세대 위성방송 서비스입니다.

미국 DirecTV사는 이미 200여 채널의 Ka 대역 위성 HDTV 서비스를 제공하고 있으며, 일본 NHK에서는 초고화질 방송서비스인 UHDTV 서비스를 제공하기 위해 Ka 대역 위성방송 기술개발을 진행 중입니다.

□ 기존의 위성방송 기술로 Ka 대역 위성인 천리안위성으로 위성방송서비스를 제공 할 경우, 강우에 따라 연간 방송 중단시간이 약 13시간(가용도 99.85%) 정도였지만, 이 기술을 적용하면 방송 중단시간이 약 4시간(가용도 99.95%) 정도로 대폭 감소되는 효과를 얻을 수 있습니다.

이번 시연에 사용된 시제품은 HD/SD급의 스케일러블 비디오 인코딩 기술과 가변 변복조 기술을 연동하여 수신기 스스로 강우 상태에 따라 최적의 수신방식을 결정하는 적응형 위성방송 핵심기술이 적용됐습니다.

채널 적응형 위성방송 서비스 개념도

 용  어  설  명

Ka 대역 :
위성방송 및 통신에서 사용되는 20~30GHz 대역 주파수

Ku 대역 :
위성방송 및 통신에서 사용되는 12~14GHz 대역 주파수임.

ITU-R(국제전기통신연합) :
UN산하 국제기구로 전파, 방송 및 위성 주파수에 대한 국제권고를 개발하고 조정하는 역할을 수행하며, ITU-R은 ITU 내에서 전파통신표준화분야를 다루는 섹터임

스케일러블 비디오 인코딩 기술 :
하나의 콘텐츠를 서비스 형태에 따라 가변적으로 사용할 수 있도록 포맷을 변환하는 방식

초경합금의 원료에 사용되는 고가의 텅스텐은 지금까지 절삭 공구용 날 제작을 위해 전량 수입했습니다.

전체를 초경합금으로 제작해오던 기존 드릴과 달리 드릴 공구의 날 끝을 교체해 여러 번 사용할 수 있는 친환경 절삭 공구가 국내 최초로 개발됐습니다.    
 
한국기계연구원 광응용기계연구실 강재훈 박사팀은 드릴 전체를 초경합금(Super hard alloy)으로 제작하던 기존 제품과 달리 절삭 날의 끝 부위를 쉽게 분리 및 교체해 재사용할 수 있는 고성능 드릴을 개발했습니다. 
 

새로 개발된 초경합금 팁 교체형 절삭공구(좌)와 기존의 일체형 절삭공구(우)

초경합금 팁 교채형 재사용 드릴 공구의 구조

초경합금 팁이 체결된 재사용 드릴 공구의 상태와 가공 사진

□ 미국, 유럽, 일본, 러시아, 중국 등 원자력 강대국들은 모두 자국 고유의 핵데이터 라이브러리를 생산해 오고 있으며, 이들 중 신뢰성을 인정받아 국제적으로 배포돼 사용되는 소수의 핵데이터 라이브러리를 국제표준 핵데이터 라이브러리라고 부릅니다.

한국원자력연구원 원자력데이터개발검증센터는 원자력 핵심 재료인 지르코늄(Zr) 동위원소 7종에 대한 중성자 핵데이터를 최근 배포된 국제 표준 핵데이터 라이브러리인 ENDF(Evaluated Nuclear Data File)/B-VII.1에 등재했습니다.

ENDF는 미국 브룩헤이븐국립연구소(BNL) 산하 국가핵데이터센터(NNDC)가 주도해 전 세계적으로 배포하는 핵데이터 라이브러리입니다.

이는 각 원소별 핵데이터를 종합해서 DB로 만든 핵데이터 라이브러리는 원전 운영과 미래형 원자로 및 핵융합로 설계, 방사성 폐기물 처분 연구 등 원자력 분야에서 설계, 해석 및 시뮬레이션 등에 기초 입력 데이터로 사용하는 핵심 원천 기술자료입니다.

한국원자력연구원이 생산한 핵데이터가 ENDF에 등재된 것은 지난 2006년에 이어 두 번째입니다. 

□ 이번에 새롭게 핵데이터를 등재한 지르코늄 동위원소는 전 세계에서 운전되고 있는 원자력 발전소의 핵연료 피복관, 안내관, 압력관 및 핵연료 지지격자 등에 사용 중인 중요한 원소로, 현재 연구개발 중인 미래형 원전에서도 주요 구조재로 고려되고 있어 정밀한 핵데이터가 요구되는 핵종 중 하나입니다.

기존에 사용해온 지르코늄 핵데이터는 1970년대에 생산·배포된 것으로, 최근 수행된 핵데이터 측정실험과 벤치마킹 결과 신뢰성이 낮은 것으로 밝혀지면서 국제 원자력계가 지르코늄에 대한 새로운 중성자 핵데이터 평가를 계획했습니다.

이를 미국 NNDC와 국제원자력기구(IAEA) 핵데이터센터(NDC)의 지원 하에 한국원자력연구원 원자력데이터개발검증센터가 주도적인 역할을 맡아 연구를 수행했습니다.

한국원자력연구원은 원자로 설계·해석 분야에서 필요한 자연 상태의 지르코늄 동위원소 5종(Zr-90, Zr-91, Zr-92, Zr-94, Zr-96)과 불안정 동위원소 2종(Zr-93, Zr-95) 등 총 7종의 지르코늄 동위원소에 대한 핵데이터를 생산했습니다.

□  한국원자력연구원 원자력데이터개발검증센터는 원자핵, 원자 및 분자의 구조와 반응에 관한 연구를 수행하고 관련 분야에서 요구되는 데이터를 생산·공급하는 국내 유일의 연구그룹입니다.

지난 1997년 소규모 연구그룹인 핵자료평가랩으로 출발한 원자력데이터개발검증센터는 2006년 자체 핵데이터 라이브러리를 갖지 못한 국가로는 최초로 국제 표준 데이터 라이브러리인 ENDF/B-VII.0에 전체 핵종의 9%에 해당하는 35개 중성자 핵데이터와 전체 핵종의 80%에 해당하는 131개 광핵반응 데이터를 등재함으로써 세계적으로 인정을 받기도 했습니다.

 용  어  설  명

ENDF(Evaluated Nuclear Data File) 라이브러리 :
미국 브룩헤이븐국립연구소(BNL) 산하 국가핵데이터센터(NNDC)에서 생산, 전 세계적으로 배포하는 핵데이터 라이브러리. 중성자파일, 광핵반응파일, 하전입자파일, 붕괴데이터파일, 핵분열수율파일 등으로 구성된다.

ENDF/B 형식 :
평가핵데이터를 원자력 연구나 산업에 직접 사용할 수 있도록 기술한 형식. 이에 반해 ENDF/A 형식은 단편적인 핵반응데이터를 기술하는 형식이다.

중성자 핵데이터 :
중성자와 원자핵과의 반응을 평가하여 수치화한 데이터. ENDF에서 가장 중요한 파일로 원자력 발전소의 설계, 운전 및 핵폐기물 처리 등에 기초 데이터로 쓰인다.

광핵반응 데이터:
광자(감마선)와 원자핵과의 반응을 평가하여 수치화한 데이터. 전자가속기 등을 이용한 핵반응 연구와 응용산업에 필수적인 기초데이터이다.

안전성평가연구소(KIT) 12월 26일 제5대 이상준 소장 취임식을 개최했습니다.

신임 이 소장의 임기는 3년 입니다.