블로그 이미지
과학이야기
최신 과학기술 동향

calendar

          1 2
3 4 5 6 7 8 9
10 11 12 13 14 15 16
17 18 19 20 21 22 23
24 25 26 27 28 29 30
31            

Notice

Recent Comment

Archive

대칭이 깨진 금속 나노구조는 투명망토나 군사적으로 중요한 스텔스 기능에 꼭 필요한 메타물질의 소재가 되고 , 우수한 광학특성을 이용한 질병의 조기진단과 빛을 이용한 암세포 치료 등 의학 분야에서도 활용될 수 있는 중요한 물질입니다.

3차원의 대칭이 깨진 금속 나노입자는 입자 주변의 근접한 장을 강화하거나 빛의 산란효과와 같은 광학적 성질을 지녀 대칭적 나노입자가 가질 수 없는 유용한 광학적 성질을 지니는 것으로 알려져 있습니다.

특히 이 특별한 광학적 성질은 바이오의학 분야뿐만 아니라 메타물질의 소재로 활용될 수 있어 응용가치가 무궁무진합니다.

용액 내에서 금속 나노입자를 합성할 때 필연적으로 대칭점이 생기는 것을 보여주는 모식도. 왼쪽 작은 핵이 합성과정에 생성이 되고 그 후에 어떤 모양으로 분화하든지 초기의 작은 핵이 전체구조의 대칭점으로 작용하게 된다.

그런데 지금까지 대칭이 깨진 금속 나노구조를 합성하기 위한 방법은 평평한 기판 위에서 복잡한 식각공정을 거치는 등 매우 제한적이었습니다.

또한 만들어진 입자 혹은 나노구조의 수가 매우 적어 실용화할 수 없기 때문에 기본적인 광학특성 등을 연구하는 데에만 주로 사용되었습니다.

따라서 2차원 식각공정과 같이 평면 위에서 입자를 만들면 얻을 수 있는 입자의 수가 적기 때문에 입자를 대량생산하기 위해서는 반드시 3차원 용액 속에서 합성해야 합니다.

그러나 용액에서 합성해도 합성할 때 생겨나는 작은 핵이 최종 나노입자의 대칭점으로 작용해 대칭점이 없는 비대칭 금속 나노구조를 자연적으로 만들 수 없는 문제점이 발생하게 됩니다.

서강대 강태욱 교수팀이 유럽 전통요리인 '퐁듀(fondue)'를 먹는 방법에서 착안해 용액 속에서 대칭이 깨진 비대칭 금속 나노입자를 대량 합성하는데 성공했습니다.

이번 연구는 질병의 진단이나 치료 등 의학 분야나 몸을 가릴 수 있는 투명망토, 상대방의 레이더와 적외선 탐지기에 맞서는 군사적 스텔스 기술 등에 활용될 수 있어 응용성이 매우 큽니다.

강 교수팀은 먼저 용액 속에서 혼성 나노입자를 합성한 후, 금만 선택적으로 과성장시켜 대칭이 깨진 금속 나노입자를 대량 합성하는데 성공했습니다.

수용액 상에서 비대칭 금 나노입자 합성의 모식도. 금 나노입자에 폴리스타이렌나노입자를 붙인 후에 금을 다시 성장시키는 방법임.

강 교수팀은 퐁듀가 한쪽 면에 치즈 등을 묻혀서 먹는 방식인 점에 착안하여, 먼저 용액 속에서 금과 폴리스타이렌 나노입자를 각각 하나씩 한 쌍으로 붙여 혼성 나노입자를 합성한 후, 금만 과성장시킨 용액을 찍어서 금속 나노입자의 대칭을 깨뜨렸습니다.

특히 강 교수팀이 개발한 합성법은 금 이온의 양과 환원제의 종류 및 나노입자의 크기 등을 조절하여 간단하게 다양한 형태의 비대칭 금속 나노입자를 자유자재로 합성할 수 있습니다.

또 다른 조합의 금속 나노입자, 예를들어 금과 실리카, 은과 산화철, 금과 산화철 등에도 적용하여 각종 다기능 금속 나노입자를 만들 수 있고, 용액 속에서 합성하기 때문에 대량생산할 수도 있습니다.

이번 연구성과는 지금까지 과학자들이 풀지 못했던 비대칭 금속 나노입자 대량 합성에 성공한 것으로, 향후 몸을 가릴 수 있는 투명망토나 군사적으로 중요한 스텔스 기능을 갖는 물질에 응용하거나, 질병 진단과 치료에도 적극 활용될 전망입니다.

금(까만색)-폴리스타일렌 혼성 나노입자에 금 용액을 이용하여 금 입자를 성장시키면 조건에 따라 다양한 종류의 비대칭 금 나노입자를 만들 수 있다. 가운데 그림은 ‘퐁듀’처럼 혼성입자를 한쪽면만 금을 묻혀 비대칭입자를 만든다는 모식도임.

이번 연구결과는 나노과학 및 기술 분야의 권위 있는 학술지인 'Nano Letters'지(IF=12.219)에 온라인(4월 16일)에 게재되었습니다.
(논문명 : Three-dimensional Reduced-symmetry of Colloidal Plasmonic Nanoparticles)


 

 <연 구 개 요>

3차원 적으로 대칭성이 깨진 금속나노입자는 미시적으로는 입자 주변의 근접 장 (near-field)의 강화 효과나 거시적으로 빛의 산란효과와 같은 광학적 성질 측면에서 대칭적 나노입자가 가질 수 없는 유용한 광학적 성질을 지닌다고 알려져 있다.
특히 이 모양의 특별한 광학적 성질은 바이오의학 분야와 아울러 메타물질 (metamaterial)과 같은 분야 큰 응용가능성을 지니고 있다.   
기존에는 이러한 비대칭 모양의 금속나노입자를 합성하기위해서 평면 기판위에 구형태의 나노 입자 위에, 금속 증착시키는 방법을 이용하거나 속이 빈 금속 나노구체를 물리적으로 ion milling과 같은 기술을 이용하여 식각함으로써 만들 수 있다고 알려져 있다.
하지만 이러한 방법을 이용하여 비대칭 나노입자를 합성할 시에는 공정이 복잡 할 뿐 만 아니라 입자의 대량생산이 어려우며, 또한 합성된 나노입자를 바이오의학 분야에서 생체 내 투여물질로 사용할 수 없다는 한계점이 있었다.
반면, 이러한 평면 위에서 합성하는 방법의 단점을 극복할 수 있는 대안으로 용액 상에서 합성하는 방법을 들 수 있다. 하지만 비록 용액 상에서 다양한 모양의 나노입자를 합성하는 법이 많이 연구되어왔지만 용액 상에서 금속나노입자의 합성은 금속 결정의 seed를 성장시킴으로써 원하는 모양의 금속 나노입자를 합성하는 방법에 기반 하기 때문에 현재까지는 대칭적 나노입자만 합성되어왔다. 
이러한 기존의 한계를 극복하고 강태욱 교수 연구팀 주도 하의 공동연구팀은 유럽 음식인 '퐁듀(fondue)'에 착안하여 용액 상에서 금과, 폴리스타이렌 (Poly-styrene) 나노 입자가 하나 씩 한 쌍을 이루는 혼성 나노입자를 합성 한 후, 금만 선택적으로 성장시킴으로써 용액 상에서도 비대칭 금 나노입자를 합성하는데 성공하였다.

합성 시에 첨가하는 금 이온의 양과 환원제의 종류, 그리고 폴리스타이렌 나노입자의 크기를 조절함으로써 다양한 형태의 비대칭 금속 나노입자를 합성할 수 있었다. 
이번 연구팀이 제안한 합성 방법은 기존에 있던 다른 합성 방법보다 간편할 뿐 만 아니라 입자의 용액 상에서 합성이 이루어지기 때문에 비대칭 금속 나노 입자를 대량생산할 수 있고, 이를 통해 군사적으로 중요한 스텔스기능이 필요한 분야나 질병진단 및 치료 등의 바이오의학 분야에도 활발하게 응용될 것으로 기대된다.  


 용  어  설  명


메타물질(Metamaterials)
기존의 소재가 갖고 있는 전자기 특성과 달리 유전율, 투자율, 도전율이 음(-)의 값을 갖는 소재로 기존의 소재로는 불가능했던 주파수 독립적인 파장, 위상, 굴절률 제어가 가능한 차세대 소재로 정보통신기기, 전자제품 등의 초소형화, 고성능화 등의 차세대 원천기술의 구현이 가능한 소재

메타물질(metamaterials) :
기존의 소재로는 불가능한 특징을 지닌 차세대 소재로, 정보통신기기, 전자제품 등의 초소형화, 고성능화 등 차세대 원천기술 구현이 가능한 소재

폴리스타이렌 (Poly-styrene)
열가소성 플라스틱의 하나로 가볍고, 맛과 냄새가 없다. 생활용품·장난감·전기절연체·라디오와 텔레비전 케이스, 포장재에 사용한다.

식각공정(에칭, etching) :
접촉되는 부분을 화학적으로 녹여 제거하는 공정으로, 에칭 후에는 표면이 비교적 깨끗해짐

Nano Letters 誌
재료, 화학, 공학 등의 융합 영역의 학문분야에서 나노기술 관련 논문들을 출판하는 세계적으로 권위 있는 학술지. 피인용 지수(Impact Factor)가 2011년 기준 12.219로, 전 과학 분야에서 상위 5% 이내에 랭크되는 학술지이며, 2001년 1월부터 발간되었다.

<강태욱 교수>

1. 인적사항
 ○ 소 속 : 서강대학교 화공생명공학부
 
2. 학력
  1994 - 2001    서울대학교 화학공학과 학사
  2001 - 2006    서울대학교 화학공학과 박사
  
3. 경력사항
  2006 - 2008    University of California at Berkeley 박사후연구원
  2008 - 현재    서강대학교 화공생명공학부 부교수


그림 2. 수용액 상에서 비대칭 금 나노입자 합성의 모식도. 금 나노입자에 폴리스타이렌나노입자를 붙인 후에 금을 다시 성장시키는 방법임.
그림 1. 용액 내에서 금속 나노입자를 합성할 때 필연적으로 대칭점이 생기는 것을 보여주는 모식도. 왼쪽 작은 핵이 합성과정에 생성이 되고 그 후에 어떤 모양으로 분화하든지 초기의 작은 핵이 전체구조의 대칭점으로 작용하게 된다.


그림 3. 본 연구의 주요 연구 결과 그림.

[그림 설명] 금(까만색)-폴리스타일렌 혼성 나노입자에 금 용액을 이용하여 금 입자를 성장시키면 조건에 따라 다양한 종류의 비대칭 금 나노입자를 만들 수 있다. 가운데 그림은 '퐁듀'처럼 혼성입자를 한쪽면만 금을 묻혀 비대칭입자를 만든다는 모식도임.


[사진 설명] 강태욱 교수 연구팀의 이치원 석사과정생(왼쪽)과 신용희 석사과정생(오른쪽)이 비대칭 금속나노입자를 합성하고 있다.

posted by 글쓴이 과학이야기

댓글을 달아 주세요

우리나라 차세대 전투기 기종으로 거론되면서 말도 많고 기대도 많은 F-35가 태극마크를 붙이고 전시돼 있습니다.

지나가는 길에 급하게 찍느라 풀샷도 없고 디테일하지도 못합니다.

 


판다 못판다...산다 못산다 하더니 지금은 팔려나봅니다.

타입은
F-35A (CTOL: conventional takeoff and landing) : 공군용
F-35B (STOVL: short-takeoff and vertical-landing) : 수직이착륙기, 경항모용
F-35C (CV: Carrier Variant) : 대형 항모용, CATOBAR
세가지입니다.

영화 다이하드4.0에는 B형이 나온바 있습니다. 

차세대 전투기 사업은 공군에서 주관하고 있지만, 만약 도입된다면 독도함에 탑재할 C형도 사면 좋을텐데 말이죠.

독도함은 헬기강습함이지만 갑판에 열처리작업을 했기 때문에 수직이착륙기 운용이 가능한 것으로 알고 있습니다.


그런데 가만보니 대한민국 공군 마크를 찍어놨습니다.


그리고 무장창에는 암람(공대공미사일)

기체가 스텔스 기능을 확보하기 위해서는 설계 및 도료와 더불어 외부 구조물이 단순화되야 합니다.
굴곡이 많을 수록 레이더 반사면적이 늘어나기 때문입니다.
때문에 스텔스기는 무장이나 보조연료탱크를 전부 기체 내부에 장착합니다.

렌딩기어 부분

엔진모형인가 봅니다.

 

관람을 위해 사다리를 마련했는데, 정식 개장일 전날이라 울타리를 쳐놨네요.


<제원>

◆일반

조종사 : 1
길이 : 50 ft 6 in (15.37 m)
폭 : 35 ft 0 in (10.65 m)
높이 : 17 ft 4 in (5.28 m)
날개면적 : 459.6 ft² (42.7 m²)
공 중량 : 26,000 lb (12,000 kg)
무장시 중량 : 42,000 lb (19,000 kg)
최대이륙중량 : 50,000 lb (23,000 kg)
레이더 : AN/APG-81
엔진 : 1× Pratt & Whitney F135 afterburning turbofan, 37,100 lbf (165 kN)
Secondary (High Performance), 현재 예산안에는 중단된[13]: 1x General Electric/Rolls-Royce F136 afterburning turbofan 178 kN thrust
Lift fan (STOVL): 1x Rolls-Royce Lift System in conjunction with either F135 or F136 power plant 18,000 lbf (80 kN) thrust)

◆성능

최대속도 : Mach 1.8 (1,200 mph, 2,000 km/h)
순항속도 : Mach (mph, km/h)
거리 : 620 miles (1,000 km)
운용고도 : 48,000 ft (15,000 m)
상승률 : 40,000 ft/min[13] (200 m/s)
Wing loading : 91.4 lb/ft² (446 kg/m²)
추력대중량비 : 100% 연료:0.968, 50% 연료 : 1.22

◆무장

1x GAU-12/U 25 mm 기관포. F-35A에 탑재
공대공 미사일 : AIM-120 AMRAAM, AIM-9 사이드와인더, AIM-132 ASRAAM
폭탄 : JDAM, JSOW, SDB
공대지 미사일: HARM, AGM-158 JASSM, 스톰 섀도
[편집] 기타F-35A .F-35B .F-35C.가격:
F-35A: 4500만 달러(약 450억원)
F-35B: 6000만 달러
Costing as per Asia Pacific Defence Reporter, September 2005.
F-35C: 5500만 달러
최초 비행 - X-35 시제기: 2000년
F-35A 최초 비행 예정일 - 2006년 8월
실전배치: 2009년에서 2012년 사이. The reason for this is that the A will be brought into service first followed by the B. 함재기 버전은 2012년에 실전배치될 것이다.


◆생산자

록히드 마틴 항공(Lockheed Martin Aeronautics): 주사업자
최종 조립
전체적인 시스템 인티그레이션
Mission system
전방 동체(Forward fuselage)
날개
노스럽 그루만
AESA(Active Electronically Scanned Array) 레이다
가운데 동체(Center fuselage)
Weapons bay
Arrestor gear
BAE Systems
측면 동체(Aft fuselage), empennages
수직, 수평 꼬리날개
조종석
전자전 시스템
연료 시스템
무장 제어 소프트웨어(FCS1: Flight Control Software)

<출처 : 위키백과>








posted by 글쓴이 과학이야기

댓글을 달아 주세요

prev 1 next