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반도체 양자점을 형광체로 이용해 고품질 LED를 만드는 원천기술을 국내 연구진이 세계 최초로 개발했습니다.

반도체 양자점(Quantum Dot)은 지름이 2~10 ㎚ 크기인 반도체 결정으로, 화학적 합성 공정을 통해 만들어지는 것으로 같은 성분임에도 크기가 바뀌면 색깔이 바뀌는 특징이 있습니다.

LED와 OLED, 태양전지, 바이오 표시자, 바이오센서, 위조방지 인쇄 등의 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있습니다.

한창수 박사

한국기계연구원 나노역학연구실 한창수 박사팀은 다중껍질 양자점이 포함된 복합체에 UV를 쬐어 양자점의 발광효율을 2배로 높이는 데 성공, 적은 양의 양자점만으로 고품질의 LED를 구현했습니다.

이번 기술 개발로 자연색의 70% 수준인 기존 LED의 색 선명도가 91%까지 높아졌습니다.

또 기존에는 미세한 색 표현이 어려워 제작 과정에서 불량 LED가 많이 생산됐으나 양자점을 이용하면 미세 색조절이 가능해 불량률도 낮출 수 있게 됐습니다.
  
반도체 양자점에 대한 국내외의 연구는 아직 초기단계에 있으며, 양자점 복합체를 자외선 처리를 통해 고효율의 형광 복합체로 제조한 것은 이번이 처음입니다.

현재까지 개발된 양자점 활용 LED 제작 기술은 많은 양의 양자점이나 광안정성이 떨어지는 단일껍질 양자점을 주로 활용했습니다.

낮은 광안정성은 실용화에도 어려움을 줬습니다.

그런데 이번 기술 개발로 양자점을 기존의 절반만 사용해도 목표 성능을 얻을 수 있게 됐습니다.
 

(a) 양자점 형광체를 이용한 고품질 LED 개략도 (b) 제조된 LED 사진 (c) 구동된 LED의 White Color 발광 결과 (CRI: 91, Color Temp: 4805 K)


이에 따라 LED를 포함해 향후 양자점이 포함된 모든 복합소재 이용 제품군의 성능을 극대화하고, 상용화를 앞당기는데 크게 기여할 것으로 보입니다.

UV를 조사하기 전과 후의 폴리머 안에서의 양자점 분포 (투과전자현미경 사진)모서리 그림은 양자점 복합체의 UV 조사 전후의 발광 사진


이 기술은 현재 국내 특허를 출원했고, 국제특허 출원도 앞두고 있습니다.

또 이번 연구결과는 재료 분야의 권위 있는 저널인 '어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)' 온라인판에 게재됐습니다.

이번 연구는 지식경제부 산업원천 연구개발사업인 '나노양자점 형광체 기반 차세대 LED 모듈 개발사업'을 통해 이뤄졌고, 기업으로는 탑엔지니어링이 참여했습니다.

 양자점 복합체의 UV 조사를 통한 발광효율 향상

반도체 양자점(NQD; Semiconducting Quantum Dot)
: 원자가 10,000~1000,000 정도로 이루어진 Dot형태의 물질 (2~10nm)로 마치 원자 하나의 물리적 특성과 유사한 성질을 가지고 있으며, 광의 흡수 및 발광효율이 매우 높아 광학 분야에서 최근 가장 각광받고 있는 나노 크기의 신소재이다. 같은 성분임에도 크기만 바꾸면 아래와 같이 발광하는 파장이 달라져 다른 색의 빛을 발광하는 특징이 있다.

posted by 글쓴이 과학이야기

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<전문>

친애하는 임직원 여러분!

다사다난했던 경신년을 보내고, 2011년, 신묘년(辛卯年) 새 해가 시작됐습니다.

먼저 지난 한 해 동안 연구원과 국가 과학기술 발전을 위해 헌신적으로 노력하신 임직원 여러분께 진심으로 감사드립니다.

지난해를 돌이켜보면, 우리나라는 G20 정상회의 개최 및 의장국으로서 IMF 개혁 등의 문제해결을 주도해 Korea Initiative를 발전시켰고, 중국 광저우 아시안 게임에서 당초 예상목표보다 훨씬 많은 메달을 확보해 일본을 제치고 종합 2위를 지키는 등 대한민국 국민으로서 자부심을 느낄 수 있는 기분 좋은 뉴스가 많았습니다.

그런가하면 제2차 나로호 발사 실패, 천안함 폭침 등과 같이 어두운 소식을 접하고 안타까워하기도 했습니다.
여러분께서도 잘 아시다시피 우리 연구원은 자기부상열차기술이 한국공학한림원에서 주관하는 '대한민국 100대 기술'에 선정되고, 두 분의 연구원이 교육과학기술부의 '국가연구개발사업 우수성과 100선'에 선정되는 쾌거를 이루는 등 많은 연구성과를 도출했습니다.

특허등록, SCI 논문게재 및 기술료 수입 증가로 양적 성과는 물론 질적 성과를 모두 얻은 한 해였습니다.

또, 영년직 연구원과 스타연구실을 처음으로 선정해 연구역량 강화의 기반을 더욱 튼튼히 했고, KIMM-패밀리 기업으로 유망한 중소기업 26곳을 선정해 동반성장을 뒷받침 하는가 하면 정부출연연구기관으로서 사회적 책임을 다하기 위해 많은 분들이 노고를 아끼지 않았습니다.
천안함 폭침 사건 발생 후 민군 합동조사단에의 주도적 참여, 첨단 레이저 용접 기술을 활용한 3대 국새 복원, 나로호 1차 추락 원인 규명과 K1 전차 변속기 문제 해결 등이 대표적인 예입니다.

이 모든 성과는 임직원 여러분이 평소 피와 땀으로 일궈 놓은 빛나는 연구 성과가 있었기에  가능한 일이었습니다.

이 자리를 빌어 여러분께 다시 한 번 감사의 말씀을 드립니다.

임직원 여러분!

2011년은 생각하기에 따라서 단순한 한 해가 될 수도 있지만 '새로운 10년'을 시작한다는 점에서
의미 있는 해라고 생각합니다.

정부에서는 세계 경제의 3대 리스크라고 불리는 성장둔화, 유럽 금융위기, 환율갈등을 타파하고 활기찬 경제의 정착, 무역 1조 달러 시대를 열고자 하는 청사진을 제시하고 있습니다.

한정된 국가 예산규모에도 불구하고 R&D예산을 14조 9천억 원으로 늘려 우리에게 새로운 미션을 부여하는 한편,

건전성 제고와 공공기관 선진화를 동시에 요구하고 있습니다.

우리 연구원은 정부출연연구기관으로서 국가 경제 활성화를 위해 무엇을 할 것인가를 고민해야 합니다.

고도의 기술력에 상상력을 더 해 번득이는 경쟁력으로 맞서지 않으면 변화와 응전의 시대에서
낙오될 수밖에 없습니다.

저는 이 뜻 깊은 2011년을 맞이하여 여러분과 함께할 몇 가지를 특히 강조하고자 합니다.

첫째, 국가과학기술위원회의 새로운 출범에 맞춰 진행될 출연기관의 선진화에 적극 동참하고 대응하겠습니다.

지난해 말, 국가과학기술위원회를 상설 행정위원회로 개편하고 기능과 위상을 강화하도록 과학기술기본법이 개정되었습니다.

올 4월 새로운 국가과학기술위원회 출범을 앞두고 앞으로 예산 배분 조정권, 출연기관의 이관 등과 아울러 성과연봉제 도입, 방만 경영사례 개선 등과 같은 기관 선진화를 위한 조치가 필요할 것으로 예상됩니다.

연구현장에 있는 직원 여러분의 목소리를 듣고 기관차원에서 대응하도록 하겠습니다.

좋은 결과를 위해서는 여러분의 협조가 필요합니다.

둘째, 정부에서 목표로 하는  대한민국 무역 1조 달러 경제시대의 개막을 위해 우리 연구원의 역량을 동원하여
어려운 중소기업 지원에 주력하겠습니다.

우리 연구원은 이미 튼튼한 기술력을 바탕으로 Family 기업 26곳을 선정 지원하고 있습니다.

올 해에는 종전의 기업기술지원센터를 중소기업 지원에 특화할 수 있도록 개선하고, 산업계 연계형 사업예산도
가용재원을 활용해 대폭 증액하겠습니다.

직원 여러분께서도 원천기술의 확보와 중소기업에의 기술이전, 연구교류회, 기술교류회, 현장방문 등을 통해
산업계와의 소통을 강화하여 기업의 경쟁력을 키울 수 있도록 노력해 주시기 바랍니다.

셋째, 대표브랜드 및 글로벌 R&D 정착을 위해  노력하겠습니다.

2011년 정부출연금 예산 중  기관운영비와 주요사업비의 80% 수준을 2대 대표브랜드 육성에 집중 투자해
산업원천기술을 개발, 기업에 이전하는 등 가시적인 성과를 창출할 수 있도록 지원하겠습니다.

또 대학 및 국제협력 분야에서는 단순한 MOU 체결을 넘어 실질적인 협력연구를 진행해 실질적인 성과를 확보하도록 하는 개방형 연구체계를 정착시키도록 하겠습니다.

넷째, 성과중심의 경영시스템을 비롯해 제가 부임시에 제시한 경영목표의 차질 없는 달성을 위해 상시 점검하겠습니다.

우리 연구원은 우수인력 발굴 및 확보, 영년직 연구원 선임, 스타연구실 선정, 질적 측면을 강조한 KPI (Key Performance Indicator) 기반의 평가제도 개선 등 이미 많은 제도를 도입해 시행하고 있습니다.

이러한 제도들은 합리적으로, 경쟁원리에 타당하게 계속 발전시키겠습니다.

아직 약간 미진한 부분이 있다면 경영분석을 통해 보완하고 지속가능한 제도로 자리매김 시키겠습니다.

마지막으로 올 해는 우리 연구원이 서른다섯 살이 되는 해입니다.

우리 나이에 걸맞는 스스로의 조직문화를 형성해 가야 할 시점입니다.

3C(Clean, Confidence, Collaboration)에 걸맞는 윤리경영, 상상력을 바탕으로 한 도전정신과 창의력을 가진 조직으로 변모해야 합니다.

또한 잘못된 관행의 연공서열은 과감하게 탈피하고, 모두 손잡고 화합할 수 있는 조직을 만들어야 합니다.

그래야만 개개인의 다양한 아이디어가 제도화되고 궁극적으로 조직의 발전을 가져오는 선순환이 이어집니다.

임직원 여러분!

제가 말씀드린 여러가지 사항은 여러분의 협조와 참여 없이는 불가능합니다.

변화의 시대, 시대를 이끄는 주인공의 입장에서 우리 연구원의 정책방향에 적극 동참해주시길 부탁드립니다.

저도 낮은 자세로 여러분과 소통하기 위해 부단히 노력하겠습니다.

의미 있는 2011년, 우리 함께 장엄한 첫걸음을 내디딥시다.

새해를 맞아 여러분과 여러분의 가정에 건강과 행운이 함께 하시기를 기원합니다.
 
감사합니다. 

2011년 1월 3일
한국기계연구원장 이 상 천

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한국기계연구원은 2010년 최우수연구상 수상자로 이학주 책임연구원(금상)과 김현실 책임연구원(은상)을 각각 선정했습니다.

이학주 박사

김현실 박사


이학주 박사는 나노측정 원천기술 개발 및 국제표준화에 기여한 공로를 인정받았습니다.
 
김현실 박사는 차기 상륙함 등 국내 함정의 저소음 설계·해석기술을 개발해 함정의 생존성 향상에 기여했습니다.

한국기계연구원은 1993년부터 탁월한 연구성과를 거둬 과학기술계 및 산업계에 크게 기여하고 연구원의 명예를 드높인 연구자를 선정해 매년 최우수연구상을 수여해왔다.
 
최우수연구상 선정에는 연구원 내부 심사위원 1명과 외부 위원 4명 등 총 5명 참여하며, 상금은 금상 1000만 원, 은상 500만 원입니다.

posted by 글쓴이 과학이야기

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한국기계연구원(KIMM, 이하 기계연)은 정부출연연구소 가운데 최초로 나노공정장비연구실 등 4개 연구실을 ‘스타연구실’로 선정했습니다.

스타연구실은 세계적인 수준의 연구소(World Class Institute, WCI)로 발돋움하기 위해 우수한 성과를 창출하는 연구실을 선정하는 것으로, 연구실 단위의 성과급 개념을 도입해 자체 보유하고 있는 재원을 활용해 연구비로 지원해 주는 제도입니다.

이에 따라 이번에 최우수 스타연구실로 선정된 나노공정장비연구실에는 1억 5000만 원이 지급되고, 우수 스타연구실에 선정된 프린팅공정·자연모사 연구실과 신재생청정시스템연구실에는 각각 1억 1000만 원, ‘장려 스타연구실’로 선정된 자기부상연구실에는 8000만 원의 직접연구비가 지원됩니다.

또 스타연구실은 일반사업 선정 심의 때 가산점이 부여되고, 신규 인력 채용 때도 우선권을 갖게 됩니다.

각 연구실에는 ‘스타연구실’ 푯말도 부착해 자긍심을 갖고 연구할 수 있도록 했습니다. 

스타연구실은 1년 단위로 평가 선정됩니다.

한국기계연구원은 이번 평가에서 총 15개 연구실 가운데 연구원의 정체성과 중장기 발전전략에 부합하고, 세계적인 연구 성과를 창출할 수 있는 역량과 성장 가능성이 있는지 등을 지표화했습니다.

 이번 선정에는 내·외부 평가위원 5명이 참여해 각 연구실의 전략, 인력과 장비 등의 인프라, 학술대회 유치 등의 대외활동 실적, 리더십 등을 점수화해 50% 반영했고, 특허와 SCI 게재 실적 등의 연구역량, 기술료 수입 등의 연구 활용도, 국제 MOU 체결건수 등의 개방성 지표 등을 별도로 집계하고 표준화해 50%를 반영했습니다.

posted by 글쓴이 과학이야기

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한국기계연구원 김동수 박사(선임연구본부장)와 이학주 박사(나노역학연구실 책임연구원)가  교육과학기술부와 한국과학기술기획평가원(KISTEP)이 주관하는 ‘국가연구개발사업 우수성과 100선’에 선정됐습니다.

올 해 우수성과 100선은 지난 2009년 국가연구개발사업 성과를 대상으로 총 16개 부·청에서 추천한 328건 가운데 선정위원회의 심층 평가를 거쳐 선정됐습니다.

  
‘기계·소재’ 분야에서는 총 17개의 우수성과가 선정됐습니다.
이 가운데 김동수 박사의 ‘나노박막 태양전지 생산용 롤(Roll) 프린팅 기술’과 이학주 박사의 ‘10㎚급 나노측정 원천기술’로 각각 우수성과에 꼽혔습니다.

posted by 글쓴이 과학이야기

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곡물과 이물질을 분리하는 곡물 선별기에 쓰일 수 있는 에너지 절약형 압전식 공압 밸브가 국내 최초로 개발됐습니다.

이번에 개발된 기술은 향후 대형 에너지 플랜트 분야의 파이로트 라인에도 적용될 전망입니다. 

한국기계연구원 그린환경에너지기계연구본부의 윤소남 박사팀이 경원훼라이트공업㈜와 한국과학기술연구원 등과 공동으로 곡물 선별기의 공기분출기(이젝터)에 쓰이는 압전밸브를 개발한 것인데요.

색채 선별기 구조 및 작동도. 이번에 개발된 밸브는 곡물 선별기의 공기총(이젝터)으로 사용된다.


기존 곡물 선별기에는 솔레노이드(전자석) 방식의 밸브가 사용돼 코일에 전류를 흘러 보내면 100% 전기의 힘으로 곡물을 튕겨내면서 이물질을 걸러냈습니다.

그런데 이번에 기계연구원이 개발한 압전밸브는 훨씬 적은 전력으로도 공기 압력을 만들어 이물질이 튕겨내기 때문에 소비전력을 기존보다 30% 가량 줄일 수 있습니다.

공기 이젝터에 의해 이물질이 제거되는 모습


또 기존 솔레노이드 방식의 밸브는 1000만 회 가동시 15% 가량 성능이 저하된 반면 새로 개발된 압전밸브는 같은 조건에서 성능 저하율이 5%에 그쳤습니다.

아울러 박막 세라믹과 고탄성 판재를 사용해 내구성이 약했던 압전밸브의 단점을 극복해 국내 최초로 2000만 회 이상의 시험 운전을 달성하기도 했습니다.

개발된 압전밸브


현재 곡물 선별기의 세계 시장 규모는 450억 원 규모로, 이 가운데 국내 시장 점유율은 40%입니다.

기계연구원은 이번 개발을 통해 관련 세계시장의 한국 점유율이 60% 이상으로 높아질 것으로 관측하고 있습니다.

새로 개발된 곡물 선별기용 압전밸브의 내구성을 실험 중인 기계연구원 윤소남 박사


posted by 글쓴이 과학이야기

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단 한 번의 공정으로 물과 기름이 전혀 묻지 않게 해 액정이나 섬유, 유리, 페인트 등을 가공할 수 있는 기술을 한국기계연구원이 국내 최초로 개발했습니다.

이번에 개발된 기술은 지문이 묻지 않는 휴대전화나 비에 젖지 않는 옷, 기름이 침투하지 못하는 기능성 의류 등 다양한 신소재 상품 제작에 응용될 수 있어 관련 산업계의 큰 주목을 받을 것으로 기대받고 있습니다.

또 이 기술을 자유자재로 조절할 수 있는 기법도 함께 개발돼 향후 디스플레이 관련 전자산업계나 공업계, 기능성 섬유업계 등에 상당히 큰 영향을 미칠 전망입니다.

물과 기름을 싫어하는 나노섬유의 표면, 섬융의 굵기와 섬유간에 생긴 기공을 조절하면 물과 기름에 대한 저항성을 조절할 수 있다


이번 연구는 기계연구원 임현의 박사팀이 성공시켰는데요.연구의 핵심은  후처리 공정 없이 단 한 번의 전기 방사 공정만으로 물과 기름에 모두 젖지 않는 나노섬유 표면을 개발한 것이라고 합니다.

또 임 박사팀은 나노섬유의 직경과 분포를 조절해 물이나 기름에 젖지 않는 정도를 자유롭게 조절할 수 있는 기법도 함께 개발했는데요.
 
지금까지는 물이나 기름에 젖지 않는 효과를 내기 위해 복잡한 후처리 과정을 거쳐야만 했다고 합니다.

그런데 임 박사팀은 테플론 계열의 고분자 물질을 전기 방사공정만 사용해 물과 기름에 전혀 젖지 않는 표면을 만들어 내는 데 성공한 것입니다.

연구책임자인 임현의 박사는 이번 연구가 신비로운 기능의 표면을 가진 자연에서 영감을 얻었다고 합니다.

자연을 닮은 재료를 응용하면 미래에 한 발 다가설 수 있는 고효율적이며 친환경적인 무궁무진한 신소재를 만들어낼 수 있다고 하는데요.

물을 싫어하는 투명유리, 표면에 나노구조물을 형성해 투명함을 유지하면서 불소화합물을 코팅해 물을 싫어한다. 콜로이달 리소그래피를 이용해 유리를 선택적으로 깍가 나노구조물을 형성한다


임 박사팀은 이미 연꽃잎의 표면과 나방 눈의 구조 등을 모방해 비에 젖지 않는 유리와 눈부심이 없는 유리를 개발하고 이 기술의 사업화를 검토 중입니다.

또 사막의 딱정벌레 등껍질을 모사한 표면을 이용해 공기 중 수분을 포집하는 연구 등 자연모사 응용연구를 수행 중입니다.

한국기계연구원 임현의 박사


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  1. 들꽃 2010.11.23 18:57  Addr Edit/Del Reply

    반갑습니다,!
    삼유라면 동생때문에 관심 조금 있어요,
    동생이 서울대학원 섬유정밀공학을전공 했구요,
    유학도 다녀와서 국내에서 활동 합니다,
    구독 하고 갑니다,

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