한국연구재단은 최현용 교수(연세대) 연구팀이 레이저 빛이 흡수되는 특정영역의 에너지 준위(원자 및 분자 시스템이 갖는 에너지 값)를 제어하는데 최초로 성공했다고 밝혔다.
레이저를 통해 만든 빛은 전자기장이 특정한 방향으로 진동하는 편광 현상이 나타난다. 이 편광 현상을 통해 물질의 에너지 준위를 조절한다면 새로운 고속 동작 광소자의 제작이 가능하지만 현재까지 이 기술은 개발되지 않았다.

연구팀은 이황화레늄(ReS2) 물질이 빛의 편광 방향에 따라 에너지 준위가 다른 두 개의 엑시톤을 가지는 것을 착안하여, 그동안 불가능했던 에너지 중첩이 없는 두 개의 엑시톤 준위를 선택적으로 제어하는 데에 성공했다. 이로써 빛 편광 제어 광 스타크 효과를 통해 두 개의 엑시톤 준위를 선택적으로 제어할 수 있게 된 것이다.

최현용 교수는 “이 연구는 초고속 레이저의 편광을 조절하여 수백 펨토초라는 짧은 시간 동안 물질의 두 엑시톤 에너지를 선택적으로 제어하는 기술을 개발한 것이다. 펨토초 스위치, 광센서, 초고속 광통신 등에 적용되어 무인자동차, 로봇공학, 의료, 군사기술 등에 응용될 것으로 기대된다.”고 연구의 의의를 설명했다.

이 연구성과는 미래창조과학부·한국연구재단의 기초연구사업(개인연구), 기초연구실육성사업, 글로벌프론티어지원사업의 통해 이루어졌으며, 국제적인 학술지인 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 2016년 11월 18일자에 게재되었다.

- 용어설명 -
* 광 스타크 효과(Optical Stark Effect)
-> 에너지 밴드갭(Band Gap)을 가지는 반도체에 밴드갭 보다 낮은 에너지를 가지는 강한 빛을 입사하면 빛의 흡수가 일어나지 않는다. 그러나 빛과 물질의 결맞음 상호작용에 의해 순간적으로 에너지 준위가 벌어지게 되는데, 이를 광 스타크 효과라 한다.

* 엑시톤
-> 반도체 물질이 빛을 흡수했을 때 그 에너지가 자유전자와 정공 쌍을 만들게 되는데, 이 전자와 정공이 강한 인력으로 결합하여 만들어지는 입자를 엑시톤이라 한다. 태양 전지, 광 탐지기 등의 여러 광전자 소자를 동작시킬 때 매우 중요한 역할을 하는 핵심 입자이며, 엑시톤에 의한 광학적 특성은 원자 두께의 물질에서 더욱 두드러지게 나타난다.

* 펨토초 레이저 시스템
-> 초고속 레이저 펄스를 생성하는 레이저 시스템으로, 펨토초(1000조 분의 1초) 단위의 펄스폭을 갖는 빛을 발생시킬 수 있다.

* 초고속 광학적 분광법
-> 펨토초 레이저 펄스를 이용하여 물질 내에서 일어나는 매우 빠른 광전자 현상을 측정하는 기술로, 최 교수 연구팀은 이를 통해 광 스타크 효과를 관측했다.

원자두께 ReS2 및 실험 모식도(左), 초단파 레이저의 편광을 이용한 엑시톤 에너지 준위의 선택적 제어(右) : 원자두께 이황화레늄은 특정한 방향으로 원자배열의 결이 있어 빛의 편광에 따라 각기 다른 엑시톤이 반응한다. 오른쪽 그림과 같이 엑시톤의 에너지 준위는 초단파 레이저의 편광을 이용하여 선택적으로 제어할 수 있다.

★ 연구 이야기 ★

최현용 교수

Q. 연구를 시작한 계기나 배경은.
A. 본 연구는 2016년 1월부터 시작했다. 최근 원자두께 물질 분야에서 새로운 광학적 특성을 발견하고자 하는 관심이 급증한 것과 동시에 기존의 광센서들을 넘어선 초고속 반도체 센서를 제작하고자 하는 계기로 본 연구를 시작하게 되었다.

Q. 연구 전개 과정에 대한 소개.
A. 2011년 연세대학교 부임 이래로 지난 6년간 자체적인 초고속 펨토초 레이저 시스템과 분광법 측정 시스템을 구축해 왔다. 이 연구는 그동안 쌓아온 펨토초 레이저 분광법에 대한 노하우를 집약하여 진행했다. 이와 더불어 지난 2년간 초박막 샘플 제작 및 소자 공정 시스템에 많은 시간과 연구비를 투자해 이번 연구에서는 자체적으로 제작한 초박막 샘플을 이용하여 실험을 할 수 있었다.
 
Q. 연구하면서 어려웠던 점이나 장애요소가 있었다면 무엇인지. 어떻게 극복(해결)했는지.
A. 처음 측정하고자 하는 샘플은 원자 두 층짜리 박막으로 측정되는 신호의 크기가 매우 작아서 측정할 때 고생했고 신호를 해석하는데 어려움이 있었다. 이와 관련하여 논문 심사 과정에서도 측정된 신호의 크기가 지나치게 작다는 것 지적에 대한 답변을 쉽게 할 수 없었다. 이에 해결하기 위해 조금 더 두꺼운 박막의 샘플을 제작하고 실험 온도를 변화시키는 등 여러 시도를 한 끝에 만족할만한 데이터를 얻을 수 있었고, 그 결과 리뷰어를 만족시켜 논문 심사를 통과할 수 있었다.

Q. 이번 성과, 무엇이 다른가.
A. 기존 광 스타크 현상은 한 개의 에너지 준위를 제어하는 데에 국한되어 실제적인 광소자 제작의 한계가 있었다. 그러나 이번 연구는 에너지가 다른 엑시톤 준위에 대하여 선택적으로 광 스타크 효과를 일으켰고, 이를 이용하면 빛의 주파수에 따라 선택적인 제어가 가능한 초고속 광소자 제작이 가능하다는 것에 차별성이 있다.

Q. 꼭 이루고 싶은 목표와, 향후 연구계획은.
A. 근적외선 영역보다 에너지가 낮은 테라헤르츠 파를 이용하여 ReS2 단일 박막의 엑시톤 준위를 분석하고자 한다.

Q. 기타 특별한 에피소드가 있었다면.
A. 데이터 측정 시 데이터의 일관성을 위해서 며칠을 밤새며 연속적으로 찍어야 했다. 두 명의 공동1저자가 데이터 측정을 교대로 일주일 가까이 2교대로 쉼 없이 실험을 했는데 지금 생각해도 매우 힘든 과정이었다.

국내 연구진이 고출력 전자기펄스(HPEMP: High Power Electromagnetic Pulse)로부터 핵심시설물을 보호하는 장비인 HPEMP 보호기 핵심소자 기술을 국산화 개발하고, 관련 전문기업에 기술이전한다.

미래창조과학부 산하 전기전문 정부출연연구기관인 한국전기연구원(KERI) 이재복 책임연구원팀(전기환경연구센터)은 ‘고출력 전자기펄스(HPEMP) 보호대책기술 개발(정부출연금사업)’ 과제를 통해 ‘HPEMP 및 직격뢰 보호용 대용량 고밀도 MOV 제조기술’을 개발했다. 

기상이변과 낙뢰 발생의 증가로 각종 기간시설물 및 전자기기에 대한 낙뢰피해가 급증하고 있다. 또한 최근 불안한 국제정세 및 남북관계 상황과 소형·경량 고출력/광대역 전자기펄스 발생시스템 기술의 발달로, 국가기간시설에 대한 은밀한 HPEMP 공격 가능성이 증가하고 있어 HPEMP 공격과 테러에 대한 정부차원의 보호대책이 요구된다. 특히 관련 기술은 국가 안보 차원의 기술보안(수출금지)으로 인해 국가간의 기술교류가 불가능한 분야로, 독자적인 원천 대체기술을 확보할 필요가 있다.

이재복 책임연구원팀이 개발한 기술은 고출력 전자기펄스(HPEMP) 보호장치 및 서지보호기(SPD)의 핵심소자인 바리스터(Varistor) 제조 기술이다. HPEMP 보호장치에 요구되는 바리스터는 매우 큰 에너지내량이 요구된다. 기존 바리스터로는 요구성능을 충족시킬 수 없어 단일소자 형태의 에너지내량이 큰 대용량 바리스터의 개발이 필수적이다.

KERI 이재복 책임연구원은 “대용량 바리스터 핵심기술 확보를 위해서는 재료조성 뿐만 아니라 소성 및 성형프로세스 기술, 전극/단자 패턴 설계기술, 성능평가기술이 요구되며, 특히 물리적, 화학적 기술기반의 과도전자계 해석기술 및 열해석기술이 필요하다”며 “그동안 축적한 기반기술을 바탕으로 공정 프로세스에 필요한 설비를 구축하고, 국내에서 유일하게 바리스터 상용화 경험이 있는 외부전문가와의 협업을 통해 다수의 소용량 바리스터 소자를 병렬접속한 형태가 아닌 단일소자의 형태의 대용량 바리스터 제조 기술을 확보할 수 있었다”고 말했다.

KERI 연구팀은 이를 통해 현재 해외 선도기업의 제품수준 이상인 50kA(킬로암페어)급의 대용량 바리스터 생산기술을 개발하는데 성공했다. 현존하는 단일소자 대용량(Iimp) 바리스터 중 최대 전류내량인 50kA로 기존소자(25kA)보다 2배 크다. 단일소자 형태의 바리스터로는 세계 최고 에너지내량의 성능을 갖고 있어 해외시장에서 경쟁우위를 확보할 것으로 예상된다. 기존 선도업체의 대용량 바리스터에 비해 약 2배의 전류밀도를 가지고 있고, 동일 면적의 일반적인 바리스터에 비해 약 16배 에너지내량을 가지고 있다.

이 기술은 고출력 전자기펄스(HPEMP)에 대한 방호 및 직격뢰 보호가 요구되는 국가 핵심 주요시설 등에 적용이 가능하며, 특히 HPEMP 보호장치, 직격뢰 보호용 1등급 서지보호기(SPD) 등에 적용할 수 있다. 최근 국내외적으로 직격뢰가 자주 발생하는 풍력발전설비 및 태양광발전 설비 등 대형 신재생에너지 설비의 보급이 활발해짐에 따라 이들 설비보호용 1등급 SPD의 수요도 급증할 것으로 예상된다. 개발된 대용량 바리스터를 적용한 HPEMP 보호장치 및 서지보호장치의 신뢰성 향상은 국가 중요시설을 더욱 안정적으로 운용할 수 있게 할 것이다. 특히 무기급 HPEMP 공격에 대응한 대규모 정전사고, 유무선 통신장해, 항공/교통사고, 수자원/가스공급 중단사고 등 총체적인 재난/재해 예방 및 체계적 관리 기반 마련에 기여할 수 있다.

한국전기연구원은 관련 전문기업인 (주)아이스펙에 HPEMP 및 직격뢰 보호용 대용량 바리스터 제조 기술(MOV 제조기술 전수 및 시제품 시험지원 및 성능분석 기술)을 이전하는 조인식을 가졌다. 착수기술료 5.5억 원(VAT 포함)에 해당하는 부품 매출액에 따른 일정비율의 경상기술료를 지급받는 조건이다.

(주)아이스펙 한순갑 대표이사는 “한국전기연구원이 개발한 세계 최고 전류내량을 갖는 고출력 전자기펄스 보호용 바리스터 제조 기술을 이전받음으로써, 기존 EMP 필터의 품질향상과 더불어 새로운 제품군인 서지보호기(SPD)과 조합하여 전원안정화 분야의 매출 증가가 기대된다”며 “이 기술을 적용한 1등급 서지보호기를 개발할 경우 국내외 시장선점 효과가 클 것으로 기대되며, 수입대체 효과 및 제품 매출로 인한 고수익 및 경영에 기여할 것으로 예상된다”고 밝혔다.

서지로 인한 장해 양상

★ 개발 제품의 개요 및 기술도입 효과 ★

1. 개발 제품의 개요
KERI에서 개발한 바리스터는 전원에 발생할 수 있는 서지를 억제하기 위한 서지보호소자로 뇌방전 에너지가 큰 직격뢰 전류에 대응한 서지보호기에 응용 가능한 소자다. 현존하는 단일 바리스터 소자 중 세계 최고의 전류내량이다.
- 1등급 임펄스전류(10/350μs) 내량 : 최대 50kA
- 2등급 임펄스전류(8/20μs) 내량 : 최대치 300kA

2. 기술도입효과
 1) 경제적 효과
KERI 연구팀이 개발한 단일소자 형태의 바리스터는 세계 최고 에너지내량의 성능을 갖고 있어 해외시장에서 경쟁우위를 확보할 것으로 예상된다. 최근 국내외적으로 직격뢰의 이행이 큰 신재생에너지 보급이 활발해짐에 따라 풍력발전설비 및 태양광발전설비의 급증과 더불어 이들 설비보호용 1등급 SPD의 수요는 급증할 것으로 예상된다.

 2) 기술적 파급효과
개발된 대용량 바리스터를 적용한 HPEMP 보호장치 및 서지보호장치의 신뢰성향상은 국가 중요시설에 대한 안정적운용을 기대할 수 있다. 무기급 HPEMP 공격에 대응한 대규모 정전사고, 유무선 통신장해, 항공/교통사고, 수자원/가스공급 중단사고 등 총체적인 재난/재해예방 및 체계적 관리기반 마련에 기여할 수 있다.

나노총알 모양의 새로운 나노 광촉매 소재

식물 잎의 광합성을 모방하여 수소와 화학연료를 생산하는 인공광합성 기술은 미래 대체 에너지원을 개발한다는 의미에서 관심을 받고 있다.

한국연구재단은 용기중 교수·장현명 교수(포항공대), 이재성 교수(울산과학기술원) 공동연구팀이 인공광합성의 핵심기술인 새로운 나노 광촉매 기술을 개발하는데 성공했다고 밝혔다.

연구팀이 개발한 것은 대표적인 광촉매 이산화티타늄의 결정구조 중 제3의 결정구조인 브루카이트(Brookite)로, 이는 자연적으로 매우 희귀하고, 합성이 어려운 특징이 있어 연구가 거의 이루어지지 않았다. 연구팀은 간단한 용액반응을 이용하여 독창적인 구조의 브루카이트 나노소재를 성공적으로 합성할 수 있었다. 또한 합성된 나노총알 모양의 브루카이트 광촉매를 수소 도핑하여 전기적 특성을 향상시켰으며, 이를 통해 인공광합성 광전극으로서 매우 우수한 특성을 나타냄을 밝혀냈다.

특히 기판 위에 나노광촉매를 직접 합성함으로써 광촉매의 회수가 쉽도록 하고, 전극소재로의 활용이 매우 편리하며, 지금까지 많이 연구되지 않은 새로운 결정구조의 나노 광촉매를 개발했다는 점에서 활용의 폭을 넓혔다. 

용기중 교수는 “이 연구 성과는 새로운 나노 광촉매를 개발할 수 있는 원천기술을 개발한 것이다. 친환경적으로 유해물 분해가 가능하고, 회수가 쉽기 때문에 향후 인공광합성을 통한 수소 생산 및 화학연료 제조 등 대체에너지 생산 및 친환경 분야 등에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.”라고 연구의 의의를 설명했다.

이 연구를 통해서 새롭게 합성된 브루카이트 나노 광촉매는 인공광합성을 통한 수소생산 효율을 크게 향상시킬 것으로 기대된다. 또한 그 동안 거의 연구되지 않았던 이산화티타늄의 제3의 결정구조를 단결정의 고품질 나노소재로 합성하고 최초로 광전류를 측정하여 물질의 특성을 밝혔다는데 학술적 의의가 높다. 인공광합성 외에 브루카이트 나노 광촉매는 오염물질 분해 등 다양한 친환경 분야에도 활용가능성이 높을 것으로 기대된다.

이 연구성과는 미래창조과학부(한국연구재단) 기초연구사업(기초연구실) 지원으로 수행되었으며, 국제적인 학술지 사이언티픽 리포츠(Scientific Reports) 10월 26일자에 게재되었다.

다수의 식물 조류세포를 삽입하기 위한 기판으로, 실리콘을 기반으로 한 나노 전극 어레이를 제작함. 실리콘 기판에 포토리소그라피 공정을 이용해 나노입자가 들어갈 수 있는 PR 패턴을 제작하고, 거기에 실리카 나노입자를 채워넣어 배열된 나노입자 어레이를 제작함. 이어서 DRIE 공정과 그 후 공정을 통해 나노 전극 어레이를 제작함.

미래창조과학부는 식물세포의 광합성 과정에서 생성된 광합성 전자를 추출하는 나노전극 시스템을 개발하여 에너지 변환을 통해 전기추출 효율을 높인 방법을 개발했다고 밝혔다.
연세대학교 류원형 교수 연구팀은 미래창조과학부 기초연구사업(집단연구) 및 글로벌프론티어사업 지원으로 연구를 수행했으며, 이 연구는 재료공학 분야에서 세계적인 어드밴스드 펑셔널 머터리얼스에 9월 14일자로 게재되었다.

광합성은 녹색식물이나 생물이 빛을 이용하여 양분을 스스로 만드는 과정으로써 식물세포는 외부의 빛을 흡수하여 물과 이산화탄소를 원료로 산소와 포도당과 같은 유기 양분을 만든다. 이러한 광합성 작용으로 식물세포는 태양광 에너지를 100%에 가까운 효율로 전기화학적 에너지로 변환시킨다. 이와 같은 광합성 과정의 높은 에너지 변환 효율을 전기 에너지 추출에 이용하기 위한 연구들이 진행되어 왔다.

연구팀은 이전 연구에서 원자력 현미경에 부착된 나노 전극을 식물세포 안으로 삽입하여 광합성 과정 중 전류 추출이 가능함을 보여주었다. 그러나 대상이 단일 식물세포로 국한이 되어 있어, 얻을 수 있는 전류의 양이 현저히 적었으며 실험 조건이 까다로워 실용화가 어려운 기술이었다.

이에 연구팀은 살아있는 다수의 조류세포 자체를 이용하여 광합성으로 발생한 전자를 추출하고, 광합성 기능의 안정성도 도모하는 대면적화가 가능한 나노 전극 시스템을 개발했다.
연구팀은 다수의 식물세포 안에 전극을 동시에 삽입하기 위해 실리콘 기반의 나노 스케일 전극 기판을 제작하였다. 이곳에 다수의 식물세포를 삽입하면 나노 스케일의 전극 역시 동시에 삽입이 되어, 다수의 식물세포로부터 광합성 전자를 일괄 추출할 수 있다. 이는 향후 넓은 면적으로 제작된 전극을 이용한 대량 광합성 전자 추출 시스템을 만들 수 있는 기반을 마련한 셈이다.

또한 살아있는 세포 자체를 이용하기에 세포 환경이 그대로 유지가 되어, 추출 과정 중 광합성 기능이 안정적으로 유지될 수 있다. 이는 초기 전류 추출 시 효율이 장시간 동안 유지된다는 것이다. 또한 전기화학적 매개체가 별도로 필요하지 않아 전자추출 효율이 높아졌다.

구리나노입자의 낮은 레이저 흡수 반응에 의한 광 투과깊이 확장 현상과 그에 따른 구리나노입자의 무산화 동시 소결 반응 원리 개략도 (사진. 한국연구재단)

전자제품에서 볼 수 있는 복잡한 전자 회로. 이 전자 회로를 연결하는 배선은 대부분 구리로 만든다. 현재 구리배선을 친환경적이면서 간단하고, 전자제품 소형에 따라 미세하게 개발해야 하는 난제를 안고 있다. 최근 이를 해결할 수 있는 원천기술이 개발되었다.

한국연구재단은 미래창조과학부 기초연구사업(개인연구) 지원을 받은 강봉철 교수(금오공대), 양민양 교수(한국과학기술원) 공동연구팀이 “구리 나노입자에 흡수율이 낮은 광원을 사용하여 누구나 쉽게 다양하고 자유롭게 설계가 가능하고, 치밀하고 전류흐름이 매우 높은 구리 배선을 제작하는 단일 공정 기술을 개발했다.”고 밝혔다.

연구팀은 금속 나노입자에 흡수율이 낮은 레이저 광원을 사용하는 것이 깊고 균일한 소결반응을 일으킬 수 있고 광원도 저렴하기 때문에 보다 효과적일 것이라는 가설을 세우고 연구에 들어갔다.

연구결과, 고순도 구리 나노입자에 저렴한 광통신용 레이저를 사용하여 원하는 부분만 순간적으로 빠르게 녹이고, 응집시켜 누구나 쉽고 자유롭게 설계가 가능하며, 습기가 많은 공기 중에서도 산화 없이 연속적인 미세 구리막을 형성할 수 있음을 실험적으로 밝혔다. 

연구팀이 개발한 구리 배선은 유독한 화학공정과 높은 에너지를 요구하는 공정이 필요 없다는 면에서 친환경적이다. 현재 상용되는 구리 배선은 유독한 화합물질이 포함되어 있거나, 전류소비가 많아 에너지 소비가 높기 때문이다.

연구팀은 이 공정 원리의 실제 산업적인 유용성과 가능성을 살펴보기 위해 스마트 기기용 투명 터치패널 제작에 적용한 결과, 단일층 구리 기반의 눈에 보이지 않을 정도로 매우 미세한 구리선을 만들어 플렉서블 터치 패널 구조를 개발하는데 성공했다. 이는 기존에 희토류를 이용하여 5~6겹의 복잡한 구조로 되어 있는 모바일 기기용 터치패널을 대체할 수 있을 것이라고 연구팀은 설명했다.

강봉철 교수는 “이 연구성과는 단일공정으로 고전도, 고밀도, 고집적의 구리배선을 제작하는 원천기술을 개발한 것이다. 향후 모바일/웨어러블 기기 등의 적용 가능성을 한 단계 높였다.”라고 연구의 의의를 설명했다.

이 연구성과는 재료분야의 국제적 학술지인 케미스트리 오브 머터리얼즈 6월 28일자에 실렸다.

차원 제어 페로브스카이트의 단위 격자구조와 형광 성질 분석 (a)페로브스카이트 차원 제어의 모식도 (b)각각 다른 차원 제어 페로브스카이트를 활용한 엘이디 소자 구조의 모식도 (c)차원 제어 페로브스카이트의 형광 효율 경향 그라프에서 이 3 혹은 5에 가까울 때 형광 효율이 가장 높음 (d)조사광의 세기에 따른 차원 제어 페로브스카이트 형광 효율 변화도 그라프에서 조사광의 세기가 커짐에 따라 형광 효율도 현저히 커짐 (사진. 한국연구재단)

한국연구재단은 미래창조과학부 기초연구사업(개인연구)의 지원을 받은 김동하 교수(이화여대)·에드워드 사전트 교수(캐나다 토론토대) 공동연구팀이 페로브스카이트(천연광물인 칼슘티타늄옥사이드(CaTiO3)와 같은 결정 구조를 갖고 있는 유기-무기-할로겐(AMX3) 유형의 화합물) 신소재로 밝은 빛을 내는 LED 기술을 개발했다고 밝혔다.

기존의 3차원 구조 하이브리드 페로브스카이트는 빛을 잘 흡수하고 전하 운반능력이 뛰어나 전기적 성질이 우수한 반면 형광효율이 낮다. 이러한 특징으로 인하여 최근 페로브스카이트 태양전지에 관련된 연구가 활발히 진행되고 있는 반면 LED 응용에 관련된 연구결과 들은 많이 보고가 되지 않았다. 하지만 페로브스카이트 LED는 일반 LED와 OLED에 사용되는 소재보다 저렴하고, 높은 색순도를 가지고 있어 많은 연구가 진행 중이다.

연구팀은 형광 효율이 낮은 페로브스카이트 단점을 차원 제어 공정 개발을 통해 엑시톤(절연체나 반도체에 있어서 전도대에 여기(勵起)된 전자와 가전자대에 남아 있는 정공이 쿨롱 인력으로 결합하여 1쌍이 되어 있는 중성의 준입자(準粒子)를 형성한 것) 결합에너지 제어, 박막 내 페로브스카이트 결정 사이에서의 에너지 전달을 효과적으로 제어함으로써 형광효율을 높였다. 

연구결과, 빛의 밝음을 나타내는 척도인 광휘(특정한 면적을 복사하고 있는 광원의 강도를 측정할 때 광원의 미소 면에서 관측방향의 미소 입체각 내에 복사되는 강도의 그 면과 그 방향에 대한 정사영 면적당의 양)는 80Wsr(스테라디안)-1m-2에 달하고, 전기에너지를 빛에너지로 바꾸는 소자의 발광 효율은 8.8%로 나타났다. 연구팀은 이 밝기는 현재까지 전 세계적으로 보고된 페로브스카이트 기반 LED 중에서 가장 우수하며, 자외선에서 가시광선 영역 대에서의 파랑, 초록 등 다양한 색상의 빛을 내는 LED도 개발할 수 있는 가능성을 열었다고 설명했다.

김동하 교수는 “이 연구성과는 페로브스카이트를 제어하여 LED에 적용한 최초의 연구를 보고한 것으로 향후 전자, 의료, 통신기기 등 다양한 분야에 적용할 수 있을 것으로 기대된다”고 연구의 의의를 설명했다.

이 연구성과는 국제적 학술지 네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology) 6월 27일자에 게재되었다.

미래창조과학부 국립전파연구원은 국제전기통신연합 전기통신표준화 부문의 국제회의에서 한국 주도로 추진된 2건의 국제표준 제·개정(안)이 최종 승인되었다고 밝혔다.
‘무선국 설치 시 전자파 인체노출량 평가 방법’은 무선국을 새로 설치할 때, 이로 인한 주변의 전자파 환경 변화와 인체에 미치는 전자파의 세기를 측정하는 세부 절차로써, 전자파 환경 관리를 위한 제도 및 정책 수립 시 널리 활용될 수 있을 것으로 예상되며, 전자파 인체노출량 평가기술 분야에서 우리나라가 주도한 첫 번째 국제 표준이라는 데에 의의가 있다.
‘ICT 제품/네트워크/서비스의 환경영향 평가 방법’은 정보통신기술(ICT) 제품과 네트워크, 서비스에 대한 온실가스 배출량을 평가하는 상세 지침으로써, 2012년 3월부터 우리나라가 공동에디터로서 참여했고, 이번 회의에서 유럽연합의 표준 적용 시범사업 결과와 유럽전기통신표준협회(ETSI)의 환경영향 평가 방법이 반영돼 개정됐다.
아울러 이번 회의에서 우리나라가 주도한 ‘네트워크 단말의 에너지 효율 향상을 위한 네트워크 프록시 참조 모델’ 등 2건의 표준안이 승인준비과정으로 채택돼, 회원국들의 회람 후 표준으로 승인될 예정이다.
이번 성과는 국제 표준화기구의 전자파 환경 분야에서 우리나라의 입지를 다시 한 번 확인할 수 있는 기회가 되었으며, 앞으로도 해당 분야에서 우리나라가 주도적인 역할을 해나갈 수 있을 것으로 기대된다.

고효율 유기 태양전지 모듈 제작기술 개발

국내 연구진이 차세대 에너지원으로 주목받는 유기 태양전지의 모듈 효율을 크게 향상시키고 제작공정을 단순화하는 기술을 개발해냈다. 빛을 받아 전기에너지를 생성할 수 있는 면적을 극대화하는 기술로 향후 인쇄형 유기 태양전지 상용화 연구에 실마리가 될 것으로 기대한다.
광주과학기술원(GIST) 신소재공학부 이광희 교수(교신저자)가 주도하고 강홍규 박사과정 연구원(제1저자) 등이 수행한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업의 지원으로 수행되었고 연구결과는 재료과학분야 국제학술지 어드밴스드 머티리얼스지(Advanced Materials) 3월 15일 자 표지논문으로 게재되었다.
유기 태양전지는 실리콘 또는 화합물 반도체를 주원료로 하는 무기 태양전지와 달리 용액공정이 가능하고 휘어질 수 있어 다양한 곡면에 부착하는 태양광 발전 등으로의 응용 가능성 때문에 주목받고 있다.
다만, 실용화를 위해 신문을 찍어내듯 연속적으로 유기 태양전지를 생산해야 하는 데 이를 위해서는 대면적 기판 위에 작은 태양전지들을 직렬로 연결하는 기술이 필수적이었다.
연구팀은 은(銀) 나노입자를 첨가해 만든 소면적 유기 태양전지 간 연결부위에 전기장을 가해 이들 사이에 금속 필라멘트 나노전극을 형성시켜 소면적 유기 태양전지를 직렬로 배열시키는 데 성공했다.
소면적 유기 태양전지를 패턴 없이 직접 전극으로 연결하는 새로운 방식을 제시함으로써 향후 대면적 인쇄형 유기 태양전지 상용화에 기여할 것으로 기대된다.
특히 직렬연결을 위한 면적 손실을 줄임으로써 유효면적이 증가해 소면적 단위소자 효율과 대등한 대면적 모듈 효율을 달성할 수 있었다.
실제 이 같은 태양전지 모듈 제작기술을 이용한 결과 종전 소면적 단위소자 대비 60~70%의 모듈 효율을 90% 수준까지 향상시킬 수 있었다.
기존에는 소면적 유기 태양전지들을 마이크로미터 간격으로 형성하고 이를 다시 직렬로 연결하는 번거로운 공정이 필요한 데다 직렬연결을 위한 면적의 확보가 필요하기 때문에 유효면적을 늘리는 데 한계가 있었다.
이광희 교수는 “본 연구결과는 기존 유기 태양전지 모듈제작 방식에서 탈피한 새로운 모듈 제작방식을 제시함으로써 유효면적이 극대화된 신규 모듈 구조를 가능하게 하여 인쇄형 유기 태양전지의 상용화를 더욱 앞당길 것”이라고 밝혔다. <출처: 미래창조과학부>

KERI, 전력선통신 응용 방송회로 상용화 개발

한국전기연구원(원장 김호용, www.keri.re.kr)은 최근 ㈜에이투유정보통신과 공동으로 전력선통신(PLC) 기술을 응용한 전관방송용 회로를 개발하고 국내 최초로 제품화에 성공했다.
이번 사업은 미래창조과학부와 산업기술연구회의 ‘현장 맞춤형 기술 개발사업’을 통해 이뤄졌다. 한국전기연구원(KERI) 최성수 박사팀은 이동 및 무선 통신 모뎀 관련 중견 IT 기업인 (주)에이투유정보통신과의 긴밀한 연구협력을 바탕으로 ‘직류형 전력선통신 시스템(DC-PLC)’의 설계, 방송회로 기기 개발 지원 등을 통해 DC-PLC 방송회로를 성공리에 개발하고 시제품을 생산하는 데 성공했다.
이번 과제는 기존의 복잡한 배선(100회선 이상)과 노이즈로 인한 고속 통신에 어려움을 겪던 전관방송(용어풀이 참조)을 직류 전원선 하나로 통신과 전력을 동시에 해결할 수 있는 고난도의 기술지원 과제였다.
최성수 박사팀은 DC-PLC의 고음질 데이터전송을 위한 알고리즘, 설계사양 검토, 시험검증 등을 주요 연구내용으로 하여 기존 전관방송 분야에 없는 DC-PLC 기술을 최초로 시장에 도입하는 데 성공했다.
산연간 협력 모델을 제시한 이번 개발성과로 학교 등 방송용 DC-PLC 통신 성능 확보하게 됨으로써 전력선통신을 이용한 방송 시스템의 고음질 신호전송 및 설치 개선 효과를 거둘 수 있게 됐다. 연구팀은 이미 시작품 제작을 통한 성능평가 및 5개 연속 통신 연결시험 1:5 환경을 통해 전송률 80kbps의 통신성능과 전송거리 130m의 확장성을 확보했음을 검증했다. 방송시스템 제품의 경쟁력 확보로 향후 근거리 다중무선통신을 기반으로 IT융합 분야의 매출 증대가 예상된다.
최성수 박사는 생산현장 기술 애로사항에 대한 기술지원을 통해 우수성과를 창출한 연구자로 성과를 인정받아 오는 6일 산업기술연구회가 주최하는 ‘중소·중견기업지원 성과발표회’에서 산업통상자원부 장관상 포상을 받을 예정이다. <출처: 한국전기연구원>

Special Report 2 l 미래부 10대 기술

미래부, 10대 핵심기술 및 15대 미래서비스 선정 개발

‘ICT WAVE 전략’… 중소기업 R&D 비중 확대 및 지원키로

미래창조과학부(장관 최문기)는 제23차 경제관계장관회의를 통해 정보통신기술(ICT) 분야에서 이번 정부 향후 5년간의 연구개발(R&D) 정책 및 방향을 담은 ‘ICT R&D 중장기 전략’(일명, ICT WAVE 전략)을 확정하였다고 밝혔다.

미래부는 ‘ICT WAVE 전략’으로 창조경제 성장잠재력을 확충할 수 있도록 (W)세계 최고의 ICT 경쟁력 확보(World best ICT), (A)연구 환경의 획기적 개선(Activating R&D ecology), (V)산업적 성과창출(Vitalizing industry), (E)국민 삶의 질 개선(Enhancing life)이라는 4대 비전을 제시하고 향후 5년 내 기술 상용화율 35%(현재 18%), ICT R&D 투자생산성 7%(현재 3.42%), 국제 표준특허 보유 세계 4위(현재 6위) 달성을 목표로 설정했다.

이를 위해 미래부는 콘텐츠(C), 플랫폼(P), 네트워크(N), 디바이스(D), 정보보호(S)의 5개 분야에서 10대 핵심기술을 개발하여 신성장동력으로 육성하고 글로벌 시장을 선점해 나갈 방침이다.

또한, 10대 핵심기술을 근간으로 더 풍요롭고 살기 좋은 사회를 만들기 위해서 15대 대표 미래서비스를 선정하여 중점 구현할 계획이다.

미래부는 연구개발 사업을 효과적으로 추진하기 위해서 全산업 고부가가치화, 신산업 창출, 소통·협업 등에 기여하는 창조경제 실현도구(Enabler)로서 SW를 집중 육성할 계획이며, 이를 위해 △SW R&D투자를 확대하고 △공개SW연구 강화, 기초·원천 SW분야 연구 확대 등 SW 특성에 부합되는 R&D전략을 추진할 방침이다.

또한, R&D 성과 확산을 위해 ICT R&D 기획→평가·관리→사업화에 이르는 全주기에서 기술사업화를 촉진하기 위하여 다양한 방안을 강구했다. 기획 단계에서는 시장의 요구에 부합하는 R&D 과제 선정을 위해 △ICT 분야별로 민간기업 협의체를 구성하여 의견을 수렴하며 △국민 오디션형 R&D 기획을 통하여 국민의 아이디어를 R&D로 반영하는 과정을 추진한다.

중소기업 연구개발 비중 높여 중점 지원 계획

특히, 중소기업 주관 R&D 비중을 2017년에 32%(2013년 22.7%)까지 높여, 중소기업이 필요로 하는 R&D를 중점 지원할 계획이다.

평가·관리 단계에서도 △평가위원의 전문성을 높이기 위한 방안을 강구하며 △사업화 목적의 R&D에서는 연구기간의 1/6 이상의 기간을 사업화 지원기간으로 설정하도록 하였다.

사업화 단계에서는 △R&D 결과물에 대한 사업화를 위한 추가R&D(R&BD) 지원 △기술 가치평가 및 거래 기반 구축 △다부처 협력 네트워크 강화 등을 통해 성과를 확산할 방침이다.

한편, 국민 누구나 ICT 제품·서비스를 스스로 개발, 활용할 수 있도록 ICT D.I.Y 플랫폼 보급을 촉진하고 표준 정책에 있어서도 국민 불편 해소 차원에서 ICT 공공 표준화를 강화할 계획이다.

미래부는 ICT R&D 중장기 전략을 보다 실효성 있게 추진하기 위해 범부처, 민간 등과의 협력을 강화하기로 하고, ICT 특별법에 근거하여 총리실에 설치(2014.2월)되는 정보통신전략위원회 산하에 ‘정보통신융합 전문위원회’를 구성하여 범부처 과제 발굴 및 의견 조율을 추진한다.

한편, ICT R&D 정책→기획·평가·관리→사업화의 R&D 全주기 지원체계를 확립하기 위해 정보통신기술진흥원(전담기관)을 재구성하는 방안 등을 기재부 등과 협의하여 추진하기로 하였다.

미래부는 향후 5년간 ICT R&D 분야에만 총 8.5조원을 투입할 계획이며 이를 통해 생산유발 12.9조원, 부가가치 창출 7.7조원, 일자리 18만개 창출 등의 효과를 기대한다고 밝혔다.

미래부 최문기 장관은 “ICT는 경제성장을 주도하고 타 산업과의 융합을 통해 새로운 일자리를 창출하는 창조경제 실현의 핵심수단이며 이번 중장기전략을 통해 우리 ICT가 국가 경제의 지속성장과 국민행복 실현에 기여하는 해법을 제시할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

미래부, 주요 R&D분야 투자방향 모색

미래창조과학부는 에너지·소재·기초·바이오 등 R&D분야를 대상으로 분야별 투자방향 마련에 착수했다.

미래부는 정부R&D Planning Tower로서 국가 차원의 객관적, 중립적 시각에서 분야별 투자 가이드라인을 사전에 제시하여 최적 예산배분·조정을 위한 역할을 강화에 나섰다.

이에 국정과제 추진 및 창조경제 뒷받침 등으로 인한 투자확대 가능성이 크거나, 사회적 합의를 통한 정부투자 포트폴리오 조정 필요성 또는 지속적인 투자에도 성과가 미흡해 새로운 투자전략 마련이 시급히 요구되는 4대 분야를 우선으로 선정하여 투자방향 마련에 나섰다.

분야별 투자방향에는 △한정된 정부R&D 재원의 효율적 배분을 위한 분야별 ‘적정 투자규모’ △R&D 투자의 실효성 있는 성과창출을 위한 분야별 ‘투자우선순위 및 포트폴리오’ △사업간 유사·중복성 최소화 및 연구수행 주체 간 연계강화 등을 마련하기 위한 ‘사업구조개편 및 역할분담 방안’ 등이 포함될 계획이다.

또한, 한정된 기간 내 실효성 있는 분야별 투자방향을 도출하기 위해 국가과학기술심의회 산하 예산관련 4개 전문위원회 민간위원과 외부 전문가로 구성된 ‘투자전략 작업반’과 연구수혜자·과학부기자·사회과학자·부처관계자 등이 참여하는 ‘분석자문단’을 운영하고 계층분석법(AHP, Analytic Hierarchy Process) 등 과학적인 산출방법을 적용하여 정부R&D 투자방향을 마련 후 관계부처 협의, 공청회 등 의견수렴을 거쳐 4대 분야 정부R&D 투자방향을 마련키로 했다.

미래부 마창환 심의관은 “기존 예산심의를 통한 사후적 투자효율화방식에서 나아가 분야별 투자전략을 부처에 선도적으로 제시함으로써 사업의 기획단계부터 정부의 투자방향이 반영됨에 따라 과도한 예산증액, 불요불급한 과제요구 등이 억제되어 균형 잡힌 정부 R&D투자의 토대가 마련될 것”이라며 이번 주요 R&D 분야 투자방향 마련의 의의를 밝혔다.

미래부는 2013년 11월 초까지 ‘투자전략 작업반’을 구성하고 올해 12월까지 4대 분야 정부R&D 투자방향을 확정할 계획으로 작성한 분야별 정부R&D 투자방향은 관계부처와 공유하고 2015년도 정부연구개발사업 투자방향 반영 및 정부R&D 예산 배분·조정의 주요 기준으로 활용할 예정이다.