우리얘기

대덕특구 벤처기업인 (주)시온텍이 최근 국내 최초로 차세대 물처리 기술의 상용화에 성공했습니다.

시온텍은 고도 물처리 산업의 차세대 핵심기술로 불리는 축전식 탈염 기술(Capacitive deionization; CDI)을 국내 최초로 상용화했는데요.

축전식 탈염 기술은(CDI)   케패시터(Capacitor)의 원리를 이용한 축전식 탈염 기술로, 전극 전위의 조절을 통해 용존 이온의 제거가 가능하며, 에너지 소모가 적고, 회수율이 높은 장점을 갖고 있습니다.

CDI 기술은 고도수처리산업(정수 및 연수기술), 초순수제조산업(의약품 제조, 반도체 제조, 보일러 공급수 제조), 해수담수화 산업, 자원재활용 산업(생활용수, 공업용수, 중수) 등에 활용이 가능합니다.

이번에 개발된 기술의 장점은 다음과 같습니다.

ㅇ 낮은 에너지 소모율
    * 전극반응이 일어나지 않는 낮은 전위(1~2V)에서 운전하기 때문에 에너지 소 비량이 매우 낮음
 
ㅇ 높은 회수율
    * RO(역삼투압 방식으로, 인위적 압력활용, 에너지 소비)의 회수율이 최대 70% 정도 이지만 CDI 모듈은 회수율이 최대90%까지 운전 가능
 
ㅇ 환경 친화적
    * 전극의 재생과정에서 화학물질을 사용하지 않아 2차 폐기물 발생이 없는 환경친화적
 
ㅇ 공정운전의 용이성
    * 전극전위를 조절하여 이온들의 흡착과 탈착이 가능하여 공정의 운전이 매우 간편함
 
ㅇ 다양한 응용성
    * 정수기, 연수기, 세탁기, 식기세척기 등 다양한 가전제품 뿐만아니라 설계에따라 산업용 정수 및 연수장치도 제작 가능

펨토 초는 1조 분의 1초라는 상상도 할 수 없는 짧은 시간입니다.

1 펨토 초는 대략 빛이 0.3 마이크로미터를 움직일 때 걸리는 시간입니다.

분자와 원자 세계에서 화학반응이 일어날 때 입자들의 움직임, 생체 내에서 효소가 분자를 떼었다 붙였다 하는 일은 펨토 초 단위에서 일어납니다.

예를 들어 광합성이 일어날 때 엽록소가 에너지를 전달하는 시간은 약 350 펨토 초입니다.

사람이 인식하기도 어려운 이 짧은 시간에 식물은 빛을 받아 에너지로 바꾼 뒤 저장합니다.

또 효소가 유기물에 산소를 붙이는 시간은 약 150 펨토 초,
수소 원자에서 전자가 원자 주변을 한 바퀴 도는 데 걸리는 시간은 0.1 펨토 초입니다.

펨토 초 동안 벌어지는 이런 물리, 화학, 생물학적 현상을 연구할 때 주로 쓰이는 것이 펨토 초 레이저입니다.

펨토 초 레이저는 대략 10~50 펨토 초 동안만 켜졌다 꺼지는 펄스로 이루어져 있습니다.

깜빡깜빡하는 펄스를 분자나 원자에 쏘면 이 펄스는 펨토 초 시간 동안만 분자를 만나게 되며 반사되거나 투과된 빛에는 분자의 모습이 담겨 있습니다.

바꿔 말해 펨토 초 만에 찍어 내는 카메라인 셈 이며 펄스를 연사하면 펨토 초라는 ‘찰나’의 시간 동안 분자가 어떻게 움직이는지를 담은 ‘동영상’도 만들 수 있는 것입니다.

이 펨토 초 레이저를 이용해 생체분자의 3차원 입체 구조를 분석하는 데 유용한 극초고속 광학 이성질체 측정법과 계산법이 최근 국내 연구진에 의해 개발됐습니다.

자연계에 존재하는 대부분의 생체 물질이나 합성 신약들은 광학 이성질체로 되어 있습니다.

광학 이성질체가 원형 좌편광 또는 우편광 된 빛과 차등 상호작용하여 빛의 흡수 차이 또는 속도 차이를 발생시키는 광학활성

따라서 새로운 신약의 생체 반응의 특성을 이해하기 위해서는 3차원 광학 이성질체 구조를 분석 측정하는 기술이 대단히 중요합니다.

특히, 생체반응 중 수반되는 분자의 빠른 구조 변화를 관찰하기 위해서는 초고속 시분해능이 겸비된 구조 분석 장비가 필요합니다.



그런데 기존의 분석 방법들은 근본적인 측정 원리의 한계로 인해 시분해능이 길게는 수 시간에 달하는데, 이는 분자들의 움직임에 비해 무한히 느린 시간입니다.

한국기초과학지원연구원 이한주 박사팀과 고려대 화학과 조민행 교수팀은 최근 공동으로 생체분자의 3차원 입체 구조를 1조 분의 1초 시분해능으로 관찰할 수 있는 펨토 초 광학 이성질체 측정법 개발에 성공했습니다.

이한주 박사

조민행 교수

이는 실험적 측면에서 기존의 극미세 신호 및 시분해능 한계를 독창적인 방식으로 극복했다는데 그 의의가 있습니다.

또한 이론⋅계산적 측면에서 분자역학 시뮬레이션 기법을 활용한 새로운 시간 상관 계산법을 개발하였으며, 실험과의 정량적 일치를 통해 방법의 타당성을 입증했습니다. 

연구진은 이번 연구 성과를 바탕으로 현재 적절한 들뜸-탐침 방법을 연동해 생체 시스템에서 일어나는 다양한 생체분자의 구조 다이나믹스 연구를 진행할 예정입니다.

이번 연구가 지속된다면, 앞으로 단백질 접힘-펴짐 현상이나 DNA-단백질 결합 등과 같은 생체 내 근본적인 생화학 반응 및 비대칭 화합물들의 화학 반응의 메커니즘을 밝히는데 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 기대되고 있습니다.

또 의약(high-throughput screening) 및 재료과학에도 널리 사용될 전망입니다.

이번 연구 결과는 미국 화학회(American Chemical Society)에서 발간하는 Accounts of Chemical Research 지(IF=18.203) 학술지에는 12월 21일에 게재될 예정입니다.
(논문명 : Infrared Optical Activity : Electric Field Approaches in Time Domain)



*용어설명*

□ 광학 이성질체 / 광학 활성 

사람의 왼손과 오른손은 서로 거울상입니다.
이 둘은 비슷하게 생겼지만 공간상에서 완전히 포개어 겹쳐질 수 없습니다.

분자들 중에도 마치 사람의 왼손과 오른손처럼 그 거울상과 서로 포개질 수 없는 것들, 즉 3차원 입체 구조가 서로 다른 것들이 있는데 이를 광학 이성질체라 합니다.

그 이유는 이들이 광학적으로 서로 다른 특성을 가지기 때문입니다.
즉, 광학 이성질체는 원형 좌편광 또는 우편광 된 빛(진행함에 따라 그 편광 방향이 왼쪽 또는 오른쪽으로 회전하는 빛)과 서로 다른 상호작용을 하여 빛의 흡수 차이 또는 속도 차이를 발생시키는데 이러한 성질을 광학 활성이라고 합니다.

따라서 광학 활성은 분자의 3차원 입체 구조에 대한 유용한 정보를 제공합니다.


□ 분자역학 시뮬레이션 / 시간 상관 계산법

실험에서 측정된 분광 스펙트럼으로부터 분자의 구조 정보를 얻기 위해서는 분자 계산을 통한 비교 분석이 필수적입니다.

그런데 기존의 계산법에서는 기체상의 분자에 대해 양자역학적 계산을 수행하기 때문에 용매 분자(용질 분자를 둘러싸고 있는 분자)의 영향이 고려되기 힘듭니다.

반면, 분자역학 시뮬레이션을 이용한 시간 상관 계산법에서는 용매 분자와 용질 분자 사이의 상호작용이 고려된 분자들의 궤적을 펨토 초 단위로 계산한 후 광학 활성과 관련된 물리량들의 시간 상관 함수로부터 스펙트럼을 획득합니다.

‘3차원 적층형 비휘발성 유기물 저항 변화 메모리 소자’가 국내 연구진에 의해 개발되었습니다.

유기 저항 변화 메모리 소자(Organic Resistive memory device)는  유기 소재를 이용한 메모리 소자로서, 제조 가격이 저렴하고 제작 기술이 간단하며 또한 저온 공정과 구부러지는 플라스틱(flexible plastic) 제품에 적용할 수 있어 현재 많은 연구가 진행되고 있습니다.

비휘발성 유기 저항 변화형 메모리의 대표적인 전류-전압 (I-V) 곡선.(a)-(c) 1, 2, 3 층에서 선택된 메모리 셀에서의 대표적인 전류-전압(I-V) 곡선. 내부 그림의 빨간색은 각 층에서의 메모리 셀 위치를 나타냄.

상하부 전극사이의 유기 소재가 인가된 전압에 따라 서로 다른 두 가지의 저항상태인 고 저항 상태(High resistance state)와 저 저항 상태(Low resistance state)를 가지고, 이러한 저항 상태가 외부의 전원 없이 유지되기 때문에 차세대 비휘발성 메모리 소자의 하나로 각광받고 있습니다.

지금까지 세계의 연구자들은 실리콘 등 무기물을 활용한 비휘발성 메모리 소자의 집적화를 극대화하고자 3차원 적층구조를 연구해왔습니다.

유기물을 사용하면 제작 과정이 간단하고 비용도 저렴하면서 자유자재로 휘어지는 메모리 소자를 구현할 수 있기 때문에, 세계적인 연구팀들은 유기물을 이용한 3차원 적층형 메모리 소자 연구에 집중했는데요.

 그러나 유기물을 소재로 한 비휘발성 메모리 소자를 3차원 적층으로 공정하면, 위층 유기물 용매가 아래층으로 혼합되어 층간을 구분할 수 없어지기 때문에 고집적 적층 유기 메모리 소자를 개발하는 데에는 한계가 있었습니다.
 

이를 광주과학기술원 이탁희 교수팀이 기존의 무기물을 활용한 방법보다 공정이 간단하고 비용도 저렴한 차세대 고집적 반도체 메모리 소자를 개발한 것입니다.

이 교수팀은 경화(curing) 공정이 가능한 유기물 소재(폴리이미드와 버키볼 풀러린 유도체 분자)를 혼합한 유기물을 사용, 데이터 지우기와 쓰기가 가능한 3차원 적층 형태를 갖춘 유기물 비휘발성 메모리 소자를 구현했습니다.

8 ☓ 8 어레이 타입의 3차원 적층된 메모리 소자의 통계적 분석.(a) 3차원으로 적층된 메모리 삽화(left part) 및 각 층에서 동작하는 메모리 셀(빨간색)과 동작하지 않는 메모리 셀(검정색) 분포도 (right part)(b) 160개의 동작하는 메모리 셀을 바탕으로 on state 와 off state 전류값의 분포 분석 (c) 메모리 동작을 위한 각 층의 문턱전압의 분포 비교

이번 연구결과는 재료공학분야에서 권위 있는 학술지인 ‘어드밴스드 머티리얼즈 (Advanced Materials)’ 제22권 제44호(2010년 11월 24일) 표지논문에 게재됐습니다.

이탁희 교수팀은 최근 2년간 하이브리드 유기 메모리 소자와 휘어지는 유기 메모리 소자 연구로, 이 학술지에 무려 네 차례나 표지논문으로 선정되는 영예를 얻었습니다.

3차원으로 적층된 각 층의 메모리 성능 평가 및 비교(a) 쓰기-읽기-지우기-읽기(Write-Read-Erase-Read) cycle 테스트. 펄스(Pulse) 형태의 전압을 연속적으로 인가하였을 때, 그에 대응하는 On/Off의 전류값 반복 사이클 곡선(b) 각 층의 메모리 셀의 DC 전압에 의한 메모리 내구성(c) 각 층의 메모리 셀의 시간에 따른 비휘발성 정보유지 능력

영화 '2012'에서는 2012년 태양의 이상활동으로 대량의 중성미자(뉴트리노)를 발생시키고, 그 중성미자가 지구로 쏟아져 와 틀을 끓여 대륙판이 뒤틀리고 거대 홍수가 발생해 전 지구적 멸망이 온다는 스토리가 전개됩니다.

또 영화 '노잉'은 태양의 일시적인 활동 증가로 태양풍이 지구를 덮쳐 역시 전 지구적 멸망을 피할 수 없다는 내용입니다.

현실은 어떨까요?

실제 학자들도 영화처럼 2013년 경 태양의 이상 활동을 예견하고 있습니다.

그 예상 피해 규모는 영화처럼 극단적이지 않습니다.
그러나 전자기기나 위성 등에는 상당한 피해가 예상되나 봅니다.  
 
한국천문연구원은 지난  7월 NASA와 태양우주환경분야의 공동연구를 위한 협약을 맺고, 오는 2013년 태양활동 극대기의 우주재난에 대비한 태양우주환경 연구협력을 강화하기로 했습니다.

정말 2013년에 무슨 일이 있으려나 봅니다.

이번 협약에 따라 천문연은 NASA의 최신 태양 활동 관측 위성자료를 실시간으로 공급받고, 천문연은 수신한 우주환경 관측위성 자료를 NASA에 공급하기로 했습니다.

또  천문연과 NASA는 연구인력 교류를 통해 태양우주환경 연구협력을 강화하기로 했습니다.

천문연은 NASA의 태양활동관측위성(SDO; Solar Dynamic Observatory) 데이터 센터를 한국에 구축하고, NASA는 SDO 자료의 저장, 활용 및 배분을 위한 데이터 시스템 구축에 협력하게 됩니다.

특히 천문연은 NASA가 2012년 발사 예정인 방사선대 폭풍 관측위성(RBSP; Radiation Belt Storm Probe)의 관측자료 수신시스템을 한국에 구축할 예정입니다.

또한 천문연은 태양연구에 필요한 데이터센터 구축을 통해 국제 우주관측프로그램(ILWS, International Living with a Star)의 가입을 추진하며, NASA는 천문연의 ILWS 가입을 위해 협조키로 했습니다.
 

○ 미국 NASA 보도자료 관련 홈페이지:

http://www.nasa.gov/topics/solarsystem/sunearthsystem/main/News081210-kasi.html

휴대폰이나 심장에 이식한 미세 로봇이 배터리 충전 없이 영구적으로 작동할 수 있을까요?

공상과학 영화에나 나올 법한 이런 일들이 머지않아 가능해 질수도 있습니다.

KAIST 신소재공학과 이건재 교수팀은 압전특성이 우수한

이건재 교수

세라믹 박막물질을 이용해 심장 박동, 혈액 흐름과 같은 미세한 움직임으로도 전기를 만들 수 있는 새로운 형태의 유연한 나노 발전기술을 개발했습니다.

압전특성이란, 가스레인지의 점화스위치처럼 압력이나 구부러짐의 힘이 가해질 때 전기가 발생되는 특성을 말합니다.

‘페로브스카이트(perovskite)’ 구조를 갖는 세라믹 물질들이 높은 효율을 나타내지만 깨지기 쉬운 성질을 가지고 있어 유연한 전자 장치로의 활용이 불가능했습니다.

그런데 이 교수팀은 높은 압전특성을 가지면서 깨지지 않고 자유롭게 구부릴 수 있는 세라믹 나노 박막물질을 만들어 고효율 나노 발전기술을 세계 최초로 성공했습니다. 

나노기술과 압전체가 만나서 만들어지는 나노 발전기술은 전선과 배터리 없이도 발전이 가능하기 때문에, 휴대용 전자제품 뿐만 아니라 몸속에 집어넣는 센서나 로봇의 에너지원으로도 사용될 수 있습니다.
게다가 다른 응용기술 여하에 따라 적용 범위가 얼마든지 넓어질 수 있을 전망입니다.

이를 통해 미세한 바람, 진동, 소리와 같이 자연에서 발생되는 에너지원이나 심장 박동, 혈액 흐름, 근육 수축·이완과 같이 사람 몸에서 발생되는 생체역학적 힘으로 전기에너지를 생산할 수 있습니다.


이번에 개발한 나노 발전기술은 이 교수가 2004년 세계 최초로 공동 발명한 ‘고성능 단결정 휘어지는 전자소자’를 토대로 한 것으로, 세라믹 나노박막물질을 유연한 플라스틱 기판 위에 옮겨서 외적인 힘이 주어질 때마다 신소재 압전물질로부터 전기를 얻는 것입니다.

이 나노 발전기술의 회로구조를 변형하면 LED발광도 가능하다고 합니다.

정연호

한국원자력연구원장이 새로 선임됐습니다.

기초기술연구회는 24일 오후 제18대 한국원자력연구원장에 정연호(59) 박사를 선임했는데요.

정연호 박사는 대전 출신으로 서울대학교 원자력공학과를 졸업하고,  미국 North Carolina 주립대에서 원자력공학으로 박사학위를 취득했습니다.

1979년 한국원자력연구원에 입사하여 연구관리부장, 경수로연료개발부장, 신형원자로개발단장, 선임단장 등을 거치고 지난 2007년에는 약 3개월 간원장 직무대행을 수행한 바 있습니다.

신임 정연호 원장은 우리나라 원자력 연구개발에 있어 경수로용 신형 핵연료 원천기술의 개발과 선행 핵연료주기 관련 인프라 구축에 주도적 역할을 했다고 합니다.

한국원자력연구원 4거리에서 묵집타운으로 들어가는 셋길에 들어서자마자
'토석산'이 있습니다.

그 근처의 식당이 대부분 그러듯 이 집도 반 가정집입니다.

안에는 추억의 연탄나로와 주전자가 있군요.

청국장을 아주 잘한다고 하는데 이날은 준비 관계로 선지국으로 대신했습니다.

미리 전화를 하고 가서 그런지, 도착하니 벌써 상이 다 차려저 있네요.

자극적이지 않습니다.

그리고 새로 지은 밥

매뉴가 많군요.

2010년 11월 24일 한국해양연구원은 천리안위성에서 전송된 연평도 상공 위성사진을 공개했습니다.

23일 오후 2시 30경 사진; 연평도 상공 뿌연색은 해무로 판단됨. (사진을 선택하면 크게 볼수있습니다)

우리나라 핵융합장치인 KSTAR가 초전도 핵융합장치로서는 세계 최초로 고성능 플라즈마 밀폐 상태인 H-모드를 달성했습니다.

핵융합연구소는 또 지난 9월부터 약 2개월간 국내외 공동실험으로 진행되어 온 KSTAR의 핵융합플라즈마 실험을 통해 H-모드 달성 이외에도 고성능 플라즈마 즈마 제어기술을 적용하여 D형 플라즈마 제어를 달성하는 등 당초의 목표성능 이상의 성과를 이뤘습니다.

D형 플라즈마는 고성능 플라즈마를 발생․유지 시킬 수 있는 조건으로 H-모드 운전을 위해 필요한 플라즈마 형태입니다.

KSTAR의 플라즈마 성능으로서 플라즈마 전류는 2009년 300kA급 3초 유지였는데요.
올해는 최고 약 720 kA의 플라즈마 전류로 최장 약 6.7초의 안정적인 운전을 달성했습니다.

또한 플라즈마를 가두는 초전도자석의 제어와 더불어 진공용기 내에 새롭게 설치된 고속 제어코일을 활용한 플라즈마 정밀 제어를 통해 토카막 플라즈마의 가장 안정된 형태인 D자형으로 형상을 제어하는 데에도 성공했다.

더불어 국내기술력으로 제작한 플라즈마 가열장치인 중성입자빔 가열장치(NBI)의 첫 가동을 통해 약 1.4 MW급의 중성입자빔을 플라즈마에 입사해 이온 온도를 2천만도(2 keV)까지 올림으로써 중수소 핵융합 반응에 의한 고속 중성자(2.45 MeV)를 검출했습니다.
 

□ D형 플라즈마 제어 달성

o 2009년도까지는 원형 플라즈마 발생

o 2010년도에는 초전도자석을 사용한 형상제어와 진공용기 내 고속제어 코일을 사용한 위치제어를 통해 D자형 플라즈마 제어 달성.

 

□ 고성능 플라즈마인 H-모드 달성

o 플라즈마 운전에 있어서 D자형으로의 형상제어와 더불어 일정 출력수준이상의 가열장치를 가동한 결과 동일한 환경 하에서 플라즈마 밀도와 온도가 약 2배 증가되는 현상을 H-모드라고 함.

o 2010년도 운전결과 일정 조건 하에서 플라즈마 밀도, 온도 등이 급격히 증가하고 내부 저장에너지가 증가하는 H-모드가 발생함.  

KSTAR(Korea Superconducting Tokamak Advanced Research)  미래 녹색에너지인 핵융합에너지의 개발을 위해 국내 기술로 개발된 초전도 핵융합장치로 세계 최초로 ITER와 동일한 초전도 재료로 제작되었으며, ’95년부터 ’07년까지(약12년간) 주장치 완공 후, ’08년 최초플라즈마 발생에 성공하여 장치성능을 입증하고 본격가동 단계에 진입한 연구시설

H-모드(High-confinement Mode)는 토카막형 핵융합장치의 운전에 있어 특정 조건하에서 플라즈마 밀폐성능이 약 2배로 증가하는 현상입니다.
1982년 독일의 ASDEX 장치에서 처음 측정된 후 핵융합 장치의 우수한 운전 성능을 대표하게 됐는데요.
프랑스에 건설 중인 국제 협력 핵융압로인 ITER 역시 H-모드로 운전하도록 계획돼 잇습니다.
그런데 우리나라의 KSTAR가 초전도 핵융합장치로서는 세계 최초로 H-모드를 이룬 것입니다.

ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor)는 핵융합에너지 상용화의 최종 과학적․기술적 실증을 위하여 우리나라를 비롯하여 EU, 미국, 일본, 중국, 러시아, 인도 등 7개국이 공동으로 핵융합로를 건설하고 운영하는 국제 협력 프로젝트입니다.

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.


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.


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.