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전기차 노면 소음과 모터 소음을 동시에 차단하는 초경량 차음 메타패널 개발
우리 대학 기계공학과 전원주 교수 연구팀이 전기차의 저주파 대역 노면 소음과 고주파 대역 모터 소음을 동시에 차단할 수 있는 신개념 음향 메타물질 기반 초경량 차음 메타패널을 개발했다고 18일 밝혔다.
음향 메타물질은 자연계에 존재하지 않는 음향학적 유효 물성(음의 질량, 음의 강성 등)을 갖도록 인공적으로 설계된 구조물로, 음향 은폐, 고투과-고집속, 완벽 차음/흡음 등 기존 재료로는 구현이 어려운 성능을 달성할 수 있는 특징이 있다.
내연기관을 대신해 전기모터를 동력원으로 사용하는 전기차는 기존의 내연기관 자동차에서 시끄럽다고 느끼던 엔진 소음이 더는 발생하지 않는다. 하지만, 엔진 소음에 의한 마스킹 효과가 사라지면서 오히려 저주파 대역의 노면 소음이 상대적으로 더 크게 들리거나 엔진을 대신하는 전기모터의 고주파 소음이 또렷하고 거슬리게 들리기도 한다.
미래 모빌리티의 한 축을 담당하고 있는 전기차가 단순히 하나의 운송 수단을 넘어 이동 중 휴식이나 레저 및 업무 활동 등 탑승자에게 필요한 맞춤형 서비스를 제공하는 개념으로 나아가고 있다는 점에서 전기차의 실내 정숙성을 확보하는 것이 매우 중요하다. 특히, 전기차 노면 소음과 모터 소음은 각각 저주파와 고주파로 나뉜 서로 다른 주파수 대역에서 나타날 뿐만 아니라 각각의 대역도 광대역이기 때문에, 이와 같은 소음을 동시에 효과적으로 차단할 수 있는 기술의 개발과 적용이 필요한 시점이다.
현재 상용화된 전기차에서는 소음 차단을 위해 폴리에스터, 열가소성 고무, EVA(에틸렌초산비닐 공중합체) 시트, 금속판 등의 전통적인 흡·차음재가 사용되고 있다. 하지만, 전통적인 흡·차음재의 성능은 재료 자체의 열/점성 소산 특성이나 질량 법칙(투과 손실 6dB(데시벨) 증가를 위해 질량 밀도가 2배 높아져야 함)에 의존하기 때문에 높은 차음 성능을 위해서는 재료의 무게 증가가 불가피하며, 이는 곧 전기차 배터리의 에너지 효율을 감소시키는 원인이 되고 있다.
따라서, 우수한 차음 성능을 발휘하면서도 경량화를 동시에 달성하는 것이 전기차 적용 측면에서 매우 중요한데, 기존의 음향학적 재료나 법칙의 한계를 넘어서야 한다는 점에서 학문적으로도 도전적인 문제였다.
전원주 교수 연구팀은 기존 기술의 한계를 극복함으로써 높은 차음 성능으로 전기차 노면 소음과 모터 소음을 동시에 차단할 수 있는 초경량 차음 메타패널을 개발했다.
연구팀이 개발한 메타패널은 저주파 대역(노면 소음)에서는 음의 유효 질량을 가지면서 고주파 대역(모터 소음)에서는 음의 유효 강성을 갖도록 설계됐으며, 면적밀도 1.51kg/m2의 매우 가벼운 무게로 100~1,750Hz의 넓은 주파수 대역에서 투과 손실 16.7dB(에너지 기준 98%) 이상 차단할 수 있음을 이론적으로 예측했고 제작과 실험을 통해 그 성능을 검증하는 데 성공했다. 이는 동일 차음 성능을 갖는 기존 기술과 비교해 20배 이상 가벼운 무게의 초경량화를 달성했다고 볼 수 있다. (그림 1 참고)
다중 스케일 격자 구조와 멤브레인(얇은 막)으로 구성된 차음 메타패널은 분리된 두 광대역에서 높은 투과 손실을 동시에 구현할 수 있다는 음향학적 특징이 있어, 전기차에 적용될 때 저주파 노면 소음과 고주파 모터 소음을 효과적으로 차단해낼 수 있을 것으로 기대된다. 특히, 메타패널의 기하학적 인자를 쉽게 조절함으로써 원하는 주파수 대역에서 높은 차음 성능을 달성할 수 있으므로, 전기차뿐 아니라 도심 항공 모빌리티(Urban Aerial Mobility, UAM) 등 다양한 미래 모빌리티에 적합하게 주파수 선택적 설계가 가능하다는 장점과 더불어 제작이 쉽다는 응용 측면의 장점도 갖고 있다.
우리 대학 기계공학과 김지완 박사과정(제1 저자), 최은지 박사과정(제2 저자)이 참여한 이번 연구 결과는 기계공학 분야 최상위권 국제 학술지인 `메카니컬 시스템 앤 시그널 프로세싱(Mechanical Systems and Signal Processing) (IF: 8.934, JCR 상위 4/137(2.55%)'에 지난 8월 30일 字 온라인 게재됐다. (논문명: Lightweight soundproofing meta-panel for separate wide frequency bands)
한편 이번 연구는 한국연구재단의 중견연구자지원사업과 글로벌프론티어사업-파동에너지극한제어연구단의 지원을 받아 수행됐다.
2022.10.18
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전자기기용 ‘그래핀’ 실용화에 한걸음 다가서다
- Nano Letters지 발표, 금속 위에 합성된 그래핀의 친환경, 저비용 분리기술 개발 -
금속 위에서 합성된 넓은 면적(대면적)의 그래핀*을 실용화하기 위한 최대의 걸림돌인 그래핀 분리기술을 저렴하면서도 친환경적으로 처리할 수 있는 획기적인 방법이 국내 연구진에 의해 개발되었다.
※ 그래핀(Graphene) : 흑연의 표면층을 한 겹만 떼어낸 탄소나노물질로, 높은 전도성과 전하 이동도를 갖고 있어 향후 응용 가능성이 높아 꿈의 신소재로 불림
우리 학교 김택수 교수와 조병진 교수 연구팀이 주도한 이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 이승종)이 추진하는 중견연구자지원사업(도약연구)과 글로벌프론티어사업의 지원으로 수행되었고, 연구결과는 나노과학 분야의 권위 있는 학술지인 ‘Nano Letters"지 온라인 속보(2월 29일자)로 게재되었다.
(논문명 : Direct Measurement of Adhesion Energy of Monolayer Graphene As-Grown on Copper and Its Application to Renewable Transfer Process)
특히 이번 연구성과는 그동안 어떠한 연구팀도 정확히 측정할 수 없었던 그래핀과 촉매금속간의 접합에너지를 처음으로 정밀히 측정하는데 성공하고, 이를 이용해 촉매금속을 기존처럼 일회용으로 사용하는 것이 아니라, 무한대로 재활용할 수 있게 하여 친환경적이면서도 저렴한 고품질 대면적 그래핀 생산의 원천기술을 개발하였다는 점에서 의미가 크다.
촉매금속 위에서 합성된 대면적 그래핀은 디스플레이, 태양전지 등에 다각적으로 활용될 수 있어 이에 대한 연구가 전 세계적으로 활발히 진행되고 있다. 그러나 이 대면적 그래핀을 실제 전자기기에 응용하기 위해서는 단원자 층인 그래핀을 촉매금속으로부터 손상 없이 떼 내는 것이 무엇보다도 중요하다.
지금까지는 화학약품을 이용해 금속을 녹여 제거함으로써 그래핀을 촉매금속으로부터 분리해왔다. 그러나 이 방법은 금속을 재활용할 수 없을 뿐만 아니라 생산단가도 높아 경쟁력이 없고, 특히 금속을 녹이는 과정에서 많은 양의 폐기물이 발생하여 환경문제를 일으킬 수 있으며, 공정단계 또한 매우 복잡해 그래핀의 양산화에 큰 장벽으로 작용하였다.
김택수, 조병진 교수팀은 금속위에서 합성된 그래핀의 접합에너지를 정밀측정한 후 이를 이용하면 그래핀을 금속으로부터 쉽게 분리할 수 있다는 사실을 밝혀냈다.
또한 이 방법을 사용해 기계적으로 분리된 그래핀을 다른 기판에 전사하지 않고 곧바로 그 위에 전자소자를 제작하는데 성공하여, 기존의 복잡한 그래핀 생산단계를 획기적으로 줄였다. 아울러 그래핀을 떼어낸 후 그 금속기판을 수차례 재활용하여 그래핀을 반복적으로 합성하여도 처음과 같은 양질의 그래핀을 합성할 수 있음을 확인하여 친환경, 저비용 그래핀 양산기술에 새로운 길을 열었다.
이번 연구결과를 통해 매우 간단한 단일 공정만으로 그래핀을 금속으로부터 손쉽게 떼 내어 그래핀 응용소자를 제작할 수 있음에 따라, 향후 그래핀 상용화를 크게 앞당길 수 있을 것으로 전망된다. 조병진 교수는 “이번 연구는 그래핀과 촉매금속간의 접합에너지를 정밀 측정하는데 성공하여 그 결합상태를 규명하였다는 점에서 학문적 의의가 있을 뿐만 아니라, 이를 실제 그래핀 생산기술에 활용하여 지금까지 대면적 그래핀 실용화의 가장 큰 기술적 문제를 해결하였다는 점에서도 의미가 크다”고 연구의의를 밝혔다.
2012.02.28
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서남표 총장, SDPS '평생업적상' 수상
서남표 총장이 세계적인 학회인 ‘국제디자인프로세스과학회(The Society for Design and Process Science, SDPS)’로부터 과학계의 변혁을 선도해온 공로를 인정받아 ‘평생업적상’을 수상한다.
1995년에 설립된 SDPS는 세계 공학자 간 정보 교환과 연구 교류를 도모하는 비영리 학회다. 이 학회는 다양한 학문 분야에서 창출된 지식의 효과적인 통합을 위해 다학제간 연구협력을 도모하고, 인류가 직면한 난제를 통합적인 관점에서 해결할 수 있는 기술개발을 촉진시키기 위해 만들어졌다.
설립회원으로는 허버트 사이먼(Herbert Simon) 카네기 멜론대 컴퓨터공학과 교수와 조지 코즈메츠키(George Kozmetsky) 텍사스 대학교(오스틴) 경영대학원학장이 있다.
허버트 사이먼 교수는 ‘의사결정이론’, ‘정보처리이론’ 및 ‘인공지능이론’의 창시자이자 1978년 노벨 경제학상을 수상했으며, 20세기 미국의 대표적인 지성인으로 꼽힌다.
조지 코즈메츠키 교수는 석유로 축적된 텍사스 주의 부를 기부금으로 끌어들여 텍사스 대학이 오늘날의 명성을 얻는데 결정적인 역할을 했다. 또한, ‘질 좋은 공교육의 필요성’을 강조하고 이를 위해 사회 자선가로도 활발하게 활동했다.
SDPS에서는 매년 ‘통합디자인 및 프로세스기술(Integrated Design and Process Technology)국제학회’를 개최하고 있으며, 2011년 학회는 6월12일부터 16일까지 제주도 하야트 레전시 호텔에서 열린다.
이 학회에서 서 총장은 자신의 연구 이론인 ‘공리디자인이론(Axiomatic Design Theory)’, ‘복잡성이론(Complexity Theory)’ 및 ‘혁신이론(Innovation Theory)’을 통해 최적의 공학 디자인을 찾아내고, 기존 디자인 문제 해결을 위해 타 학문간의 융합을 강조한 연구 방법론을 제시, 세계과학계에 공헌한 업적을 인정받아, ‘변혁을 선도한 과학자로서 평생업적상(Transformative Achievement Medal)"을 수상한다. 올해(2010년) 수상자는 스티븐 와인버그(Steven Weinberg) 교수(텍사스 대학)로 1979년 노벨물리학상을 받았다.
학회는 초정된 연사들의 기조연설 및 의제 발표로 진행되며, 발표된 논문은 책자로 발간된다. 내년 학회의 주제는 ‘변혁적인 통합을 통한 기술혁신’이며, 이와 관련해 서 총장은 기조연설을 할 계획이다.
2010.11.15
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국제 생물공정학술지, 장호남교수 정년퇴임 특집호 헌정
생물공정 및 배양기술의 세계적인 리더로 인정받아, 세계적인 학자에게만 드물게 주어지는 국제학술지 특집호 헌정 영예
KAIST(총장 서남표)는 세계적 생물공정 학술지인 독일 스프링거사 발간하는 생물공정 바이오시스템공학(Bioprocess and Biosystems Engineering; BPBSE)지가 오는 2월말 정년퇴임하는 생명화학공학과 장호남(66세) 교수의 업적을 높이 평가해 기념 특집호를 발간했다고 26일 밝혔다. BPBSE지는 1986년 3월 창간한 24년 전통의 생물공정분야 전문 SCI학술지이다.
세계적인 학술지의 전체 내용을 1인 학자를 위한 기념특집호로 발간한 경우는 매우 드문 사례로 장 교수의 지난 34년간의 생물공정, 생물배양 관련 연구가 세계적으로 인정받고 있으며, 그 탁월한 업적을 세계적으로 인정했다는데 의미가 있다.
2010년 신년호로 발간된 특집호는 ‘장호남: 위대한 생물화학공학자와 그의 고농도배양에 관한 평생의 기여(Ho Nam Chang: Life of a great biochemical engineer and his life-time contribution to high cell density culture)’라는 표지제목으로 발간됐다.
장 교수의 생물공학분야 기여에 감사하고 정년퇴임을 기념하고자 하는 미국, 일본의 동 분야 최고의 전문가들과 장 교수 제자들의 논문 20편이 실렸다.
이번 특집호의 초청편집자인 이상엽 특훈교수는 ”장 교수님은 생물공학, 생물공정 분야의 세계적인 거목이다. 세계적으로도 관련 분야에서 모르는 사람이 없다. 2년 전 독일에서 개최된 학술지 편집회의에서 편집장, 부편집인들, 편집위원들이 장호남 교수의 정년기념 특집호 발간을 만장일치로 찬성했다“고 밝혔다.
장 교수는 1944년 남해생으로 1976년 KAIST에 교수로 부임해 지난 34년간 국제학술지 논문 235편, 국내학술지 논문 153편, 3권의 저서, 51건의 특허를 낸 업적이 있으며, 논문의 총 피인용 횟수는 4190여회에 달하는 세계적인 석학이다.
현재도 9개의 국내외학술지 편집위원으로 활동 중이다. 우수연구센터인 생물공정연구센터의 소장, 기초기술연구회 이사, KAIST 교무처장 및 학장, 한국생물공학회 회장, 한국공학한림원 부회장 등을 역임했으며 국민훈장 목련장, 한국공학상, 아시아태평양 생물화학공학상 등 다수의 상을 수상했다.
2010.02.26
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전기및전자공학과 이수영 교수, APNNA 수상
전기및전자공학과 이수영 교수가 지난 12월 3일 방콕에서 열린 ICONIP2009 기간 중에 뇌정보처리 메카니즘의 이해 및 공학적 응용에 대한 연구업적으로 APNNA (Asia-Pacific Neural Network Assembly) Outstanding Achievement Award 를 수상했다.
APNNA는 1994년에 아시아와 태평양 지역의 신경정보처리 연구단체의 협의회로 구성되어, 매년 ICONIP2009 (International Conference on Neural Information Processing)을 개최하는 등 연구자들의 구심체 역할을 수행했다. 뇌정보처리 메카니즘의 이해 및 공학적 응용을 연구하는 신경회로망 분야에서 미국 주도의 INNS (International Neural network Society),유럽의 ENNS (European Neural Network Society)와 대응하는 아시아-태평양 지역의 대표기관으로 일본, 한국, 중국, 대만, 싱가폴, 호주, 뉴질랜드, 인도, 태국 등이 참여하고 있다.
2004년부터 APNNA Outstanding Achievement Award 와 APNNA Excellent Service Award를 수여하고 있다.특히, Outstanding Achievement Award 는 평생의 연구업적을 기반으로 매년 한 사람에게만 수여하는 최고의 상이다.
일본 RIKEN Brain Science Institute 의 소장이던 Shun-ichi Amari 박사,Neocognitron 신경회로망 모델의 창시자인 Kunihiko Fukushima 박사 등이 수상했다.
2009.12.21
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기계공학과 임용택 교수, AMPT학회‘윌리엄 존슨 금메달’수상
우리 학교 기계공학과 임용택(任龍澤, 51) 교수가 에이엠피티(AMPT)학회에서 윌리엄 존슨 금메달(William Johnson Gold medal)을 수상했다.
任 교수는 지난 9일(화), 대전에서 개최중인 공업재료 및 가공기술 국제학회(AMPT, Advances in Materials and Processing Technologies)에서 ‘공업재료 가공기술 분야의 탁월한 연구 및 교육 업적’을 인정받아 이 상을 수상했다. 任 교수는 그동안 우수국제논문 106편을 발표하고, 저명한 국제학회를 유치하는 등 활발한 학술연구 활동을 수행해 왔다.
이 상은 소성 가공학 분야의 세계적 석학인 캠브리지 대학 윌리엄 존슨(W. Johnson) 교수의 업적을 기리기 위해 제정된 상이다. AMPT 학회에서는 매년 1명을 선정하여 이 상을 수여한다.
역대 수상자는 캠브리지대학 존슨(W. Johnson) 교수, 동경대 산업기술연구소 나카가와(T. Nakagawa) 교수, 맨체스트공대 우드(V. Wood) 교수, 임페리얼대학 골드스타인(J. Goldstein) 교수 등 이다.
2007.10.12
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노벨물리학상 심사위원 초청특강 개최
우리학교는 노벨물리학상 심사위원장을 지낸 나노분야의 석학 맷 존슨 교수를 초청, 알프레드 노벨, 노벨상과 선정절차(On Alfred Nobel, his Prize and the Selection Process)를 주제로 특강을 개최한다.
29일(화) 오후 4시 30분부터 1시간동안, 교내 창의학습관 1층 터만홀에서 개최될 이번 강의에서 맷 존슨 교수는 노벨이 다이나마이트를 발명했던 1866년부터 현재에 이르기까지 노벨상의 전 과정을 소개한 후, 오늘날 노벨상 수상자 선정과정이 어떤 방식으로 이루어지는가를 노벨물리학상 기준으로 설명하게 된다.
1947년 스웨덴의 할름스타드(Halmstad)에서 태어난 맷 존슨(Mats Jonson) 교수는 고텐부르그(Gothenburg)의 찰머스 공대(Chalmers University of Technology)를 다녔으며, 1978년에 이론물리학 박사학위를 받았다. 1993년부터 2004년까지 모교 교수로 지내다 올해부터 고텐부르그 대학의 교수로 재직중이다.
1996년부터 현재까지 스웨덴 한림원 정회원이며 노벨물리학상 심사위원을 맡고있다. 2001년부터 2003년까지 3년간 노벨물리학상 심사위원장을 역임한 바 있다.
다음은 강연 요약본과 맷 존슨 교수 약력
The Nobel Prize in Physics - On Alfred Nobel, his Prize and the Selection Process
Mats Jonson /
Department of Physics, Gothenburg University, Sweden / Royal Swedish Academy of Sciences
Alfred Nobel invented dynamite in 1866 and later built up companies and laboratories in more than 20 countries all over the world. On November 27, 1895, he signed his last will and testament in Paris. Among its four closely-written pages, less than one referred to the donation which was destined to link his name with the supreme achievements of the modern world in science and literature, and the causes for peace. Nobels decision to donate most of his enormous fortune to prizes for outstanding achievements in these areas was at first not very popular, neither among parts of his family nor the Swedish establishment or the institutions who ? without having been consulted ? he had chosen to select the recipients of the Nobel Prizes. The story of how Nobels intentions as expressed in his will was forged into workable statutes for the Nobel Foundations and the Prize awarding institutions ? the Royal Swedish Academy of Sciences (physics, chemistry), The Karolinska Institute (medicin or physiology), The Swedish Academy (literature), and the Norwegian Parliament (peace) reads like a thriller. In this lecture I will try to relate parts of this story as well as - with an emphasis on the Prize for Physics - give an overview over how Nobel Laureates are chosen today.
Professor Mats Jonson
Ph.D. in Theoretical Physics at Chalmers University of Technology (Gothenburg, Sweden,78)
Postdoctoral work at Indiana University (Bloomington, IN, USA, 1978-80)
Professor at Chalmers University of Technology at Gothenburg, Sweden (1993-2004)
Professor at Gothenburg University, Sweden (2005-present)
Member of the Royal Swedish Academy of Sciences since 1996
Member of the Nobel Committee for Physics (1996-present)
Professor Mats Jonson was born in 1947 in Halmstad, Sweden. He graduated from Chalmers University of Technology in Gothenburg, Sweden, with a degree in Engineering Physics in 1971 and received his Ph. D. in theoretical physics from the same university in 1978 for research on correlation effects in inhomogeneous electron systems. After two years of postdoctoral research mainly on electronic transport properties of strongly random metal alloys at Indiana University he started his academic career in Gothenburg. He was appointed docent in theoretical physics at Gothenburg University in 1984 and professor of condensed matter physics, first at Chalmers University of Technology in 1993 and then at Gothenburg University in 2005. In the course of his research he has worked on quantum transport in low-dimensional semiconductor structures, Coulomb blockade phenomena in single-electron tunnelling structures, mesoscopic superconductivity and most recently on nanoelectromechanical systems. He was chairman of the joint Department of Applied Physics at Chalmers/Gothenburg University from 1992 to 1997 and Dean of the School of Physics and Engineering Physics from 2000 to 2003. In 1996 he became a member of the Royal Swedish Academy of Sciences and joined the Nobel Committee for Physics as an adjunct member the same year. He has been a full member of the Nobel Committee for Physics since 1996 and served as its chairman between 2001 and 2003.
2005.03.29
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이상엽 교수, 세계적 국제학술지 부편집인으로 선임
생명화학공학과 및 바이오시스템학과 이상엽(李相燁, 41, LG화학 석좌교수)교수는 최근 스프링거(Springer)사가 발행하는 생명공학 전문 국제학술지 "생물공정 및 바이오시스템공학 (Bioprocess and Biosystems Engineering)"지의 부편집인 (Associate Editor)으로 선임됐다.
앞으로 이 학술지에 투고되는 논문의 심사를 책임지며 학술지 기획에 참여하게 된 李 교수는 "우리나라 연구자들의 논문이 많이 게재될 수 있도록 노력하겠다"고 밝혔다.
KAIST는 스프링거사가 시스템생물학 분야에서의 이 교수 연구업적을 높이 평가해 편집위원으로 선임했다고 소개했다.
현재 과학기술부의 대사공학 국가지정연구실을 맡고 있기도 한 李 교수는 이 학술지 외에도 "바이오테크놀로지 바이오엔지니어링"지, "대사공학"지, "응용미생물 생물공학"지, "생물화학공학"지, "생물정보학 및 전산생물학" 지 등 10여개의 세계적인 생명공학 관련 학술지 편집인 및 부 편집인, 편집위원 등으로 활동하고 있다
2005.01.12
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