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김봉수 교수팀, 초탄성 무결점 금속나노선 개발
화학과 김봉수 교수팀은 차세대 3차원 메모리 소자의 대량생산이 가능한 새로운 초탄성․무결점 금속 나노선(nanowire)을 개발했다. 이는 촉매없이 금속 나노선을 기판위에 손쉽게, 원하는 형태로 성장(epitaxial growth)시킬 수 있는 원천기술이다.
교육과학기술부(장관 안병만)는「21세기 프론티어연구개발사업」나노소재기술개발사업단(단장 서상희 박사)의 지원을 받은 KAIST 김봉수 교수 연구팀이 초탄성․무결점의 단결정 금속 나노선을 개발 하는데 성공했다고 18일 밝혔다.
지난 2004년 MIT 선정 10대 유망기술에 선정된 바 있는 나노선(nanowire)은 단면 지름이 수십에서 수 나노미터(1nm = 10억분의 1m) 정도인 극미세선으로, 트랜지스터, 메모리, 센서 등 첨단 전기전자 소자를 개발하는데 핵심적인 미래기술이다.
기존의 반도체 나노선은 정렬된 성장(epitaxial growth)이 가능했으나 금, 팔라듐 등 금속 나노선의 경우에는 적절한 촉매가 없어서 이러한 정렬된 성장을 실현하기 어려웠다.
KAIST 김봉수 교수 연구팀은 증기의 양, 온도, 압력 등을 최적으로 조절함으로써, 촉매 없이 금, 팔라듐, 및 금팔라듐 합금 나노선을 원하는 대로 방향성 있게 성장시키는 데 세계 최초로 성공하였다. 또한, 어떠한 물질이라도 기판 위에 씨앗 결정을 형성하기만 하면 잘 정렬된 나노선으로 성장시킬 수 있다는 사실을 밝혔다.
※ 질병을 일으키는 병원균의 DNA 농도에 따라 금나노선에 부착되는 금입자의 갯수가 달라짐(이 금입자의 갯수로 부터 병원균의 갯수를 검출) (스케일바 : 20 nm)
KAIST 화학과 김봉수 교수는 “이 기술을 한 단계 더 발전시켜 기판 위에 씨앗을 원하는 위치에 놓을 수 있다면, 나노선의 위치 및 방향을 마음대로 제어할 수 있게 되기 때문에, 차세대 3차원 메모리 소자의 대량생산이 가능해져 세계 메모리 산업에서 선도적 위치를 차지할 수 있을 것으로 기대된다.”고 밝혔다.
한편 이번 연구결과는 나노 분야의 세계적 권위지인 나노레터스(Nano Letters)지 1월 6일자 온라인 속보판에 소개되었으며, 현재 미국 및 독일 등에 특허 출원중이다.
[그림 1] 사파이어 기판 위에 수직으로 성장한 완전 단결정 금 나노선
이번에 개발된 기술을 통해 성장된 나노선은 초탄성(超彈性)․무결점 뿐만 아니라 완벽히 깨끗한 표면을 가지고 있다는 특징이 있어, 나노크기의 탄성에너지 저장장치, 나노안테나, 질병진단용 메디컬 센서 등 새로운 기술분야에 다양하게 응용가능하다.
[그림 2] 금 나노선을 이용한 질병진단 센서 (예)
2010.01.18
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최흥석칼럼 KAIST 교육수출과 대학경쟁력
KAIST의 UAE 칼리파 과학기술연구대학(일명 KUSTAR)과의 교육협력과 관련하여
고려대학교 행정학과 최흥석 교수는 문화일보 2010년 1월 18일(월) 자에
[KAIST "교육수출"과 대학경쟁력]이란 제목으로 칼럼을 기고했다.
제목: [포럼] KAIST "교육수출"과 대학경쟁력
매체: 문화일보(석간)
저자: 최흥석 고려대학교 행정학과 교수일시: 2010/1/18(월)
칼럼보기 http://www.munhwa.com/news/view.html?no=2010011801033137191004
2010.01.18
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UAE, 쿠스타(KUSTAR)大와 고급연구개발 인력 양성을 위한 협력 방안 협의
우리대학은 지난 14일 아랍에미리트(UAE) 아부다비(Abu Dhabi) 인터콘티넨탈 호텔에서 칼리파 과학기술연구대학(Khalifa University of Science, Technology and Research, 이하 KUSTAR) 아리프 술탄 알 하마디(Arif Sultan Al Hammadi)총장, 에미레이트 원자력 전력공사(Emriate Nuclear Energy Coporation, 이하 ENEC) 모하마드 알 하마디(Mohamed Al Hammadi) 사장, 고등기술연구원(the Institute of Applied Technology, 이하 IAT) 압둘라티프 모하메드 알 샴시(Abdullatif Mohamed Al Shamsi) 사무총장과 함께 UAE의 고급 연구개발 인력양성을 위한 대한민국 정부의 협력사항에 관해 기자회견을 했다.
서 총장은 이번 방문을 통해 지난 12월 말 한국전력 컨소시엄의 원전수출계약 당시 지식경제부 최경환 장관이 합의한 KUSTAR, ENEC, IAT 등과의 연구협력 프로그램, 대학 학위 프로그램과 원자력기술관련 고급 국가 인재개발 등에 대한 세부 협력방안에 대해 구체적으로 논의했다.
연구협력 부분에서는 KAIST의 교육 및 연구경험을 공유하여, KUSTAR가 향후 선도 과학기술 연구대학이 될 수 있도록 공동 교육 및 연구 프로그램개발, 우수 학생과 연구원 유치 및 상호 교환, 연구시설 확충, 중요 연구정책 개발을 통한 실질적 상호 협력을 하기로 합의하였다. 더불어, KAIST는 UAE의 원자력에너지 프로그램을 지원하기 위해 원자력공학분야에서의 공동연구프로그램 개발과 협력 연구를 위한 교원 및 학생을 교환하기로 했다.
학위 프로그램 협력을 위해서는 기계공학, 전기및전자공학, 원자력공학, 나노기술, 로보틱스, 에너지공학, 정보통신기술과 같은 분야의 전문화를 위해 KUSTAR에 학사, 석사, 박사 학위 프로그램을 설치하는 데 상호 협력하기로 하였으며, 이러한 협력을 위해 교원파견, 커리큘럼 개발, 강의교재 개발, 협력연구를 위한 학생교환 등이 이루어질 예정이다.
KUSTAR의 아리프 총장은 UAE 원자력산업을 이끌 관련분야 고급 국가인재를 육성하기 위해 한국개발연구원(KDI), 한국원자력안전기술원(KINS) 등과 같은 유관기관과 협력할 것이라고 밝혔다.
또한 KUSTAR의 아리프 총장은 “본 프로그램이 KUSTAR의 대학원생들이 다방면에 걸쳐 UAE의 미래기술발전에 크게 기여할 수 있도록 교육기회를 제공할 것이며, 한국과의 파트너십이 UAE 학생들에게 매우 다양한 프로그램을 제공함은 물론 첨단의 새로운 교과과정을 강화함으로써 공학분야의 탁월성을 제고시킬 것”이라고 밝혔다. 아리프 총장은 “양국 정부 간에 맺어진 협정의 한계를 넘어 양 기관의 과학기술발전을 위해 KUSTAR와 KAIST간 상호 협력관계가 돈독해지기를 희망한다”고 덧붙였다.
서 총장은 “KUSTAR와 KAIST의 상호협력은 양교와 양국 간의 매우 역사적인 일로서, 양교는 21세기 인류가 당면한 가장 중요한 문제를 해결하는 데 동참함으로써 삶의 질을 향상하는 데 크게 기여할 것”이라고 밝혔다. “KAIST 전 구성원은 KUSTAR와 협력을 통해 양교의 교육의 질 향상과 혁신적인 연구를 수행할 수 있도록 최선을 다할 것”이라고 덧붙였다.
KUSTAR(Khalifa University of Science, Technology and Research)는 현 대통령인 셰이크 칼리파 빈 자예드 알 라하얀(Sheik Khalifa bin Zayed Al Nahyan)이 선진 고등교육기관을 육성하기 위해 2007년 2월13일 설립한 국립대학이다.
KUSTAR는 UAE의 수도인 아부다비(Abu Dhabi)에 캠퍼스를 건설 중이며, 샤르자에 있는 18년된 에티살랏대학교(Etisalat University College)와 2008년에 합병했다. 또한 KUSTAR는 공학(Engineering), 물류경영(Logistics management), 보건학(Health sciences), 국가안보(Homeland security), 자연과학(Sciences)의 5개 분야의 교육 및 연구 프로그램을 제공하고 있다.
UAE에는 미국계인 뉴욕대 아부다비 캠퍼스, 영국계인 미들섹스대 두바이 캠퍼스를 비롯하여 미국계, 영국계, 유럽계, 호주계, 프랑스계, 아일란드계, 캐나다계, UAE계 등 30여 개의 대학이 있다.
이중 외국계 학교는 주로 하바드 의과대학(두바이센터 포함), 약학대학, 컴퓨터대학, 항공대학, 경영정보대학, 의상디자인대학, 경영대학, 의학대학 등과 같은 분야에 집중하고 있어 현 UAE 정부는 과학기술계통의 연구중심대학 육성을 기대하고 있다.
2010.01.15
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게임하이(주), KAIST에 발전기금 1억 기탁
정운상 게임하이(주)대표가 7일 오전 우리대학 총장실을 방문해 1억원을 학교 발전기금으로 기탁했다.
정 대표는 “2013년까지 세계 5대 콘텐츠 강국으로 진입을 위해서는 산학협력이 중요하다”고 강조한 뒤 “글로벌 시장을 겨냥해 게임과 교육을 융합(G-Learning)한 다양한 교육용 게임콘텐츠 개발을 위해서는 KAIST의 적극적인 지원이 필요한 만큼 학교발전에 보탬이 되고자 기탁하게 됐다”고 전했다.
게임하이(주)는 지난 2000년 설립된 후 데카론, 서든어택, 메탈레이지 등의 게임을 개발 해 국내를 비롯 미국, 유럽, 일본 등 해외에서 서비스를 제공하고 있는 게임 개발 및 서비스 전문 기업이다.
한편, 문화기술대학원(원장 원광연)과 중견 게임개발 및 서비스 전문기업인 게임하이(주)(www.gamehi.net, 대표 정운상)는 교육용 게임 콘텐츠 개발을 위해 이날 오전 양해각서(MOU)를 체결했다.
문화기술대학원이 국내 게임업체와 손잡고 교육용 게임개발에 뛰어든 것은 이번이 처음이다. KAIST 문화기술대학원과 게임하이(주)는 이를 위해 최근 KAIST내에 공동연구실을 마련했다.
두 기관은 또 게임하이(주)에서 개발한 온라인 게임 ‘스프링’을 활용해 기존 제품과는 달리 게임성을 강화하되 교육효과도 동시에 지닌 새로운 유형의 영어교육용 기능성 게임 콘텐츠에 대한 본격적인 개발에 나선 뒤, 최종 테스트를 거쳐 올 하반기 시장에 첫 선을 보일 계획이다.
2010.01.07
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김상수,오준호,홍순형교수 공학한림원 정회원
국내 공학기술분야 최고권위단체인 한국공학한림원(회장 윤종용 삼성전자 상임고문)은 지난 5일 신입 정회원 명단 19명을 발표했다. 공학한림원 정회원은 학문적 업적과 세계최초 기술개발 업적, 특허, 인력양성, 산업발전 기여도 등 다양한 분야에 걸쳐 여러단계의 업적심사를 거친 후 전체 회원의 서면 투표를 통해 선출된다.
산업계 12명 학계 7명 등 총 19명이 선정된 가운데, 우리학교에서는 오준호(기계공학과), 김상수(기계공학), 홍순형(신소재공학) 교수 등 3명이 정회원으로 선정됐다. 또한 신입 후보회원로 선임된 39명 중에는 박승오(항공우주공학과) 교수가 포함됐다.
2010.01.06
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홍원희교수팀, 다양한 나노구조유도 기술개발
생명화학공학과 홍원희교수팀, 이온성액체를 이용한 다양한 나노구조 유도 기술 개발
-무기산화물, 탄소나노튜브, 그래펜, 유무기 하이브리드 등 다양한 재료의 나노구조를 유도--상용 산화철보다 10배 이상의 흡착 및 광촉매 효율 높여-
공과대학 생명화학공학과 홍원희 교수팀(62)은 이온성액체를 이용한 자기조립기술을 이용해 탄소나노튜브, 그래펜, 무기산화물, 유무기 복합체에 이르기까지 다양한 재료의 나노구조를 유도할 수 있는 기술을 최근 개발했다.
이 연구결과는 ‘광촉매 응용을 위한 이온성액체를 이용한 무기산화물 하이브리드의 에너지 전달(Energy Transfer in Ionic-Liquid-Functionalized Inorganic Nanorods for Highly Efficient Photocatalytic Applications)’이라는 제목으로 나노분야의 저명 학술지인 스몰(Small)지에 지난 11월 게재됐다.
이 기술은 이온성 액체의 구조 유도와 용매 기능을 이용한 무기산화물 하이브리드 나노재료를 제조할 수 있는 ‘청정 한 반응기 이온열 합성법(Green One-Pot Ionothermal Synthesis)’이다. 대기압하의 열린반응기내에서 제조된 무기산화물 나노재료는 쉽게 물이나 다양한 유기 용매에서 분산된다.
홍교수팀은 이 합성법을 산화철 계열의 무기산화물 나노재료에까지 적용해 0차원에서 1차원에 이르기까지 구조를 제어했고, 계면에서의 에너지 전이현상을 통해 상용 산화철보다 10배 이상의 흡착 및 광촉매 효율을 높였다.
이 기술을 바탕으로 제조된 나노재료는 유기물 산화 및 분해기능이 뛰어나 태양광만으로 폐수처리가 가능하다. 이로써 페수처리 과정에서 에너지 소비와 이산화탄소의 배출량을 줄일 수 있고, 광촉매가 가지는 우수한 항균 및 탈취기능은 건축재료 분야에 응용될 것으로 기대된다. 또한, 태양광을 이용한 물의 광분해로 수소 에너지원 생산도 가능하다.
홍교수는 “이번 연구는 이온성 액체의 청정용매로써의 기능을 이용해 나노기술이 가지는 인간과 환경에 대한 악영향을 감소시키고, 동시에 디자인된 나노재료에 새로운 기능을 부여해 기존 기술의 한계를 극복할 수 있는 새로운 대안을 마련했다”는데 의미가 있다고 말했다.
현재 홍교수팀은 친환경 합성법으로 제조된 무기산화물, 탄소나노튜브, 그래펜, 유.무기 하이브리등의 나노재료를 환경 및 에너지 분야에 적용하는 연구를 진행하고 있다.
※ 보충자료나노 스케일에서의 재료나 현상을 연구하고 구조나 구성 요소를 제어해서 새로운 소재‧소자‧시스템을 개발하는 나노 기술 역시, 환경 유해성이나 인체 독성에 대한 연구 결과가 발표되면서 친환경 기술에 대한 관심이 급증하고 있다.
이온성 액체는 소금과 같이 양이온과 음이온의 이온결합으로 이루어진 이온성 염 화합물로써 상온에서부터 넓은 온도에 걸쳐 액체로 존재할 수 있는 ‘청정용매(Green Solvent)’라고 불리면서 각광을 받고 있다. 특히, 이론적으로 1018가지 정도의 조합에 의해서 비휘발성, 비가연성, 열적 안정성, 높은 이온전도도, 전기화학적 안정성, 높은 끓는점 등의 물리화학적 특성을 쉽게 변화시킬 수 있어서 다기능성(multifunctional) ‘디자이너용매(Designer Solvent)’로 사용가능하다.
세계적으로 아직 초기단계이긴 하지만, 미국 국방관련 연구소 (US Air Force, US Naval Research Laboratory) 및 국가 연구소 (Argonne 연구소, Oak Ridge 연구소, Brookhaven 연구소), 독일의 Max Planck 연구소, 스위스 EPFL의 Gratzel 그룹, 일본의 도쿄대, G24i & BASF 등이 최근 이온성 액체를 이용한 나노기술 응용 분야에 주목하면서 집중 투자와 연구를 진행하고 있는 반면, 국내에서는 아직 시작 단계에 불과할 정도로 뒤쳐져 있다.
홍 교수 팀의 연구결과는 기존 산업뿐만 아니라, 전 세계적으로 주목 받고 있는 ‘녹색 성장기술’과 21세기를 선도할 ‘첨단 나노기술’을 융합한 ‘청정 나노기술(Green Nanotechnolgy)’의 원천기술로써 활용될 수 있으며 이 분야의 국제경쟁에서 우위를 확보할 수 있을 것으로 전망된다.
현재까지 이온성액체는 유기합성, 전기화학, 화학공학, 생물공학 및 분리공정 등을 포함하는 여러 분야에서 유기 용매를 대체하기 위한 ‘지속가능기술(sustainable technology)’로써 향후 산업 전 분야에 걸쳐서 엄청난 파급효과가 있을 것으로 기대되고 있다.
※ 용어설명 ○ 열린반응기 : 고압,저압의 용기가 아닌 대기압하의 일반용기 즉, 비이커 등.
<그림1> 대표적인 이미다졸륨계 이온성액체의 분자 구조
<그림2> Green One-Pot Ionothermal Synthesis에 의한 물에 분산되는 산화철 나노 막대기의 합성 과정 모식도.
2009.12.14
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황규영교수, 국내최초로 ACM석학회원에 선임
우리학교 전산학과 황규영 특훈교수가 국내 최초로 세계 최고 권위의 미국 컴퓨터 학회(ACM) 석학회원(Fellow)에 최근 선임됐다.황교수는 물리적 DB설계, DB 질의처리, DB관리시스템(DBMS) 아키텍쳐 분야에의 공헌과 국제 학술계에서의 리더십을 인정받았다.ACM 석학회원(Fellow)은 전체회원 중 탁월한 업적과 리더십을 갖춘 1%미만의 석학급 회원들에게만 주어지는 영예로운 호칭이다.국내에서 최초로 ACM 석학회원(Fellow)에 선임된 황교수는 2007년도에도 전산학 분야에서 국내 최초로 미국 전기전자학회 석학회원(IEEE Fellow)에 선임되기도 했다.
※ 미국 컴퓨터 학회(Association for Computing Machinery, ACM) 1947년에 설립된 세계 최초의 컴퓨터 분야 학술과 교육을 목적으로 하는 컴퓨터, 정보기술 분야 대표학회다. 전 세계 약 83,000여명의 회원이 있으며, 미국 뉴욕시에 본부를 두고 있다.
2009.12.10
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생명화공 장호남 교수, 폐자원을 활용한 바이오 에탄올 생산 성공
- 페자원을 활용한 국내 녹색 에너지 자립화에 기여 -
생명화학공학과 장호남교수팀이 포도당 기반 공법과 휘발성 유기산 공법을 이용해 유기성 폐자원 및 해조류에서 연료용 알코올을 생산하는데 최근 성공했다.
포도당 기반 공법의 연구결과는 ‘바이오에탄올 생산을 위한 비식용 바이오메스 동시 당화 발효(Simultaneous saccharification and fermentation of lignocellulosic residues pretreated with phosphoric acid–acetone for bioethanol production)’ 라는 제목으로 생물자원공학 분야의 국제학술지인 생물자원기술(Bioresource Technology)에 지난 7월 게재됐다.
이 연구결과로 장교수팀은 포도당 기반 공법을 이용해 갈대로부터 56g/L, 잔디에서 50g/L, 유채줄기에서 20g/L의 에탄올을 얻었다. 특히 갈대를 이용한 유가배양연구에서는 69g/L을 얻었다.
이 연구를 응용하여 지금까지 에탄올 생산이 거의 불가능하다고 생각했던 다시마(갈조류)에서 29g/L의 에탄올을 생산했다. 이 기술은 지난 9월 특허로 등록됐다.
또한, 포도당 기반 공법을 개선한 저비용 고효율의 휘발성 유기산공법 (Volatile Fatty Acid, VFA공법)을 통해 국내 유기성 폐자원(음식물쓰레기, 해조류 쓰레기)을 건조 폐기물 톤당 약 500L의 에탄올을 얻을 수 있는 연구 성과를 내놨다.
VFA공법은 포도당 기반 공법의 효소처리 비용을 자연발효를 통해 없앴고 바이오메스 일부가 아닌 전체를 발효시켜 효율을 높인 기술이다.
장교수는 “음식물 쓰레기와 유기성 폐기물은 값이 싸서 제품의 원가에 크게 부담을 주지 않아 경제성이 있으며 폐기물을 활용할 경우 상당한 양의 친환경 에너지 자립이 가능하다”라고 말했다. 또한 “국내에서 해양투기, 매립 등 버려지는 음식물 쓰레기 400만톤(건조 중량 80만톤)의 50%를 VFA공법으로 처리하면 연산 10만톤 공장2기에서 연간 20만톤 규모의 에탄올을 생산할 수 있어 국내의 녹색에너지 자립화에 많은 기여를 할 수 있을 것”이라고 밝혔다.
이러한 연구 성과를 기반으로 장교수는 최근 국내특허(국제특허 출원중)를 취득한 MSC-HCDC (다단계 고농도 세포배양)공법을 활용하여 VFA 생산 및 정제, 수소첨가 반응연구를 수행하여 최근 실험실 규모의 연료용 알코올 생산에 성공했다.
현재 2010년 약 1톤 정도의 연료용 알코올 파이로트 공장 건설을 위한 준비를 하고 있으며 수건의 관련 특허도 출원 중에 있다.
※ 용어설명 :
○포도당 기반 공법: 셀루로즈를 당화효소로 분해하여 포도당을 만든 후 이를 효모로 알콜 발효하는 공법이다. 바이오매스 톤당 최고 300-L의 에탄올을 생산하는 것으로 알려져 있다.
○VFA 공법: 지구상의 모든 바이오매스는 혐기성 자연상태에서 초산, 프로피온산, 부칠산의 휘발산 유기산으로 분해되어 최종적으로 메탄가스와 탄산가스로 대기 중으로 방출된다. VFA-공법은 메탄가스로 가는 공정을 막고 이를 연료용 알코올 및 각종 화합물로 보내는 공법으로 에탄올 생산량은 유기물 톤당 500-L에 달한다.
2009.12.09
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누설전류의 원천적 차단 가능한 ‘20nm갭 기계식 나노집적소자’ 세계 최초 개발
- CPU, 메모리 적용 시 에너지 절감 年 7,480억원․329만톤의 CO2배출저감 효과 기대 -
고가의 반도체 기판 대신 저렴한 유리기판이나 플렉서블(flexible) 플라스틱 기판에도 적용이 가능하고, 3低(초저가․초저전력․초 저탄소) CPU를 실현할 수 있는 나노집적소자 원천 기술이 국내연구진에 의해 세계 최초로 개발되었다.
우리대학 전기 및 전자 공학과 윤준보 교수팀과 부설 나노종합팹센터(소장 이희철)는 공동연구를 통하여 세계 에서 가장 작은 이격거리를 가지는 “20nm갭 기계식 나노집적소자(3단자 나노전자 기계스위칭소자)”를 세계 최초로 개발하는데 성공했다고 밝혔다.
반도체로 만들어진 기존의 CPU는 반도체 특성을 활용하여 전기신호의 차폐를 제어함으로써 PC내에서 평균적으로 3.2W의 대기전력을 소모하고 있다. 업무용 PC 보급대수와 대기시간을 각각 1000만 대와 14시간으로 가정하면 대기전력은 년 163,520 MWh로 계산된다. 고리원자력발전소 1호기의 발전량(2007년 총 발전량 2,254,988 MWh) 7%에 해당하는 전력량이다.
이에 윤준보 교수팀은 나노종합팹의 첨단 장비․시설 등 인프라와 나노 전자기계 기술(Nano Electro Mechanical System, NEMS)을 적용하여, 트렌지스터와 동일한 역할을 수행하면서도 누설전류를 원천적으로 차단한 新개념 전자소자인 ‘기계식 나노집적 소자’를 개발했다.
본 소자의 핵심원리는 질화티타늄(TiN)으로 만든 3차원 나노구조물의 기계적인 움직임을 통해 기계적인 이격정도의 차이로 전기신호를 제어한다는 것이다. 대기 상태에서 누설전류를 원천적으로 차단하는 원리를 가지기 때문에, 이를 CPU에 적용하면 1W 미만의 대기전력을 가지는 CPU개발이 앞당겨 질 것으로 기대를 하고 있다.
사진설명: 20nm갭 기계식 나노집적 소자의 단면 사진
좌측- TEM (투사 전자 현미경) , 우측 - SEM (주사 전자 현미경)
또한, 저온 공정이 가능하기 때문에 기존의 반도체 회로 상부에 3차원으로 적층형 집적이 가능하고, 기존의 반도체를 만들던 단결정 실리콘보다 훨씬 저렴한 유리 기판이나 휘어지는 플라스틱 기판에서도 전자 스위치 소자를 형성할 수 있어, 초저가․초고성능․초저전력의 전자 회로를 만들 수 있다는 데 특징이 있다.
그리고, 무엇보다도 세계 최고 수준의 나노종합팹센터의 첨단 반도체 설비와 공정을 그대로 활용하여 본 소자의 핵심인 초미세 나노패턴 형성과 희생박막 형성 기술을 연구․실증했기 때문에, 상용화 실현 가능성이 매우 높다는 데 의의가 크다.
개발된 기계식 나노집적소자를 활용하여 대기전력 1W이하의 저전력 PC가 실현함으로써 기대되는 에너지 절감효과는 2010년 1,100GWh/年(1,210억원), 2020년 6,800GWh/年(7,480억원)에 이르고 각각 53만톤, 329만톤의 이산화탄소 배출량 억제효과를 가져올 수 있을 것으로 보인다.
또한, 기계식 나노집적소자의 시장 점유율을 전체 반도체 시장의 0.1%로만 잡더라도 시장규모가 2015년 3천 6백억원에 이를 것으로 전망하고 있다. 우주항공 장비와 통신용 소자 및 바이오소자 응용 등 관련 산업에 미치는 파급효과까지 고려하는 경우 그 경제적 부가가치는 매우 클 것으로 기대된다.
이번 연구결과는 12월 7일 미국 볼티모어에서 개막되는 국제 학술 회의인 “국제전자소자회의(International Electron Device Meeting, IEDM)”에서 발표될 예정으로 지난 50년간 반도체 소자를 이용하여 만들어 오던 초고집적회로(VLSI)에서 CMOS 반도체 소자가 극복 할 수 없었던 재료와 성능의 한계들을 극복할 수 있는 새로운 가능성을 제시했다는 것에 의미가 있다.
한편, 해당 기술과 관련하여 미국에 1건이 특허 등록되었으며 미국, 중국, 유럽, 일본 등에 4건의 후속 특허가 출원되어 있다. 국내에는 8건의 관련 특허 등록과 2건의 특허가 출원되어 있다.
나노종합팹센터 이희철 소장은 “나노전자 기계소자를 이용한 집적회로 기술은 2008년에서야 ITRS(세계반도체협회) 로드맵에 등재될 정도로 차세대 기술이며, 우리 기술진의 개발수준이 미국의 스탠포드대, UC버클리대학의 연구수준을 뛰어넘는 결과로 이번 기술 개발이 포스트-반도체 기술력을 선점할 수 있는 중요한 디딤돌이 될 것”이라고 내다보고 있다.
또, 연구개발에 주도적으로 참여한 이정언 박사과정은 “공동연구 개발을 통하여 얻은 기술은 실용화와 상용화를 목적으로 하고 있으며, 기술정보, 연구인력, 노하우 등 연구결과를 산업체에 제공하여 향후에 우리나라가 세계 차세대 반도체 시장에서 유리한 입지를 확보하는데 기여하고 싶다”고 앞으로의 계획을 밝혔다.
용어설명
○ 스위칭소자 : 전류를 on/off 시키는 장치, 스위치 장치를 조합하여 논리회로, 마이크로프로세서등 을 만들 수 있음.
○ 기계식 나노집적 소자 : 반도체 공정을 이용하여 만든 나노 크기의 기계장치로 전기신호에 의하여 제어되는 소자.
○ 3단자 스위칭 소자 : 3개의 단자로 구성된 전자 부품으로 1개의 단자에 인가된 전기신호로 나머지 2개의 단자의 단락 여부를 제어하는 전자 장치
○ 패키징 : 전자소자의 제품화를 위하여 기판상태에서 제작된 소자를 외부의 환경에 안정적인 상태가 되도록 최종적으로 마무리 하는 단계
○ 트랜지스터 : 규소나 저마늄으로 만들어진 반도체를 세 겹으로 접합하여 만든 전자회로로 전류나 전압흐름을 조절하여 증폭, 스위치 역할을 한다.
사진설명: 개발된 기계식 집적 소자를 활용한 미래형 전자 기판의 개념도
2009.12.07
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김성엽 박사, 울산과학기술대 조교수 임용
우리학교 출신의 김성엽 박사(지도교수: 기계공학과 임세영 교수)가 2009년 11월부로 울산과학기술대학교(UNIST) 기계신소재공학부 조교수에 임용됐다. 김성엽 박사는 과학고를 졸업한 뒤 KAIST에 입학했으며, 기계공학과 학사, 석사, 박사과정을 이수하고 2006년 8월 박사학위를 받았다. 그 후 박사후 연구원으로 2007년 12월까지 근무했으며, 2008년 1월부터 2009년 9월까지는 콜로라도 대학교(Univ. of Colorado)에서 박사후 연구원(Post Doctoral Researcher)으로 재직했다.
김성엽 교수 약력
Educations
o B.S. in Mechanical Engineering at KAIST, 1998. 8.
o M.S. in Mechanical Engineering at KAIST, 2000. 8.
(Thesis: Analysis of Wrinkling Membranes by Meshfree Method)
o Ph.D. in Mechanical Engineering at KAIST, 2006. 8.
(Thesis: Rare Event Calculations for Nanosystems: Diffusions, Dislocations and Configurational Changes of CNTs)
Work Experiences
o Post Doctoral Researcher at KAIST (2006.9 ~ 2007.12)
o Post Doctoral Researcher at University of Colorado (2008. 1 ~ 2009. 9)
o Assistant Professor at the School of Mechanical and Advanced Materials Engineering (MAME),
Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) (2009. 11 ~ )
Research Interests
o Nanoscale Materials and Mechanics
o Nanoscale Computational Schemes
o Multiscale Simulation Schemes
o Multiphysics Phenomena at Nanoscale
Ongoing Research Topics
o Vibrational Character of Metal Nanowires and Graphene
o Intrinsic Stability of Metal Nanowires
o Acoustic Wave Dispersion on Graphene
o Application of Graphene to Mass(or Pressure) Sensor
o Adhesion between Graphene and Substrate on the Bulge Test
Lectures: (Spring, 2010)
o Solid Mechanics (undergraduate)
o Continuum Mechanics (graduate)
2009.12.01
조회수 13445
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대사공학적으로 개량된 박테리아로 범용 플라스틱 생산기술 개발
- 이상엽 교수팀과 LG 화학 연구팀 공동개발
- 바이오테크놀로지 바이오엔지니어링(Biotechnology and Bioengineering)지 게재예정
생명화학공학과 이상엽(李相燁, 45세, LG화학 석좌교수, 생명과학기술대학 학장) 특훈교수팀과 LG화학 기술연구원(원장 유진녕) 박시재, 양택호박사팀이 4년여 간의 공동연구를 통해 박테리아를 이용하여 재생 가능한 바이오매스로부터 플라스틱을 생산하는 기술을 최근 개발했다.
교육과학기술부 시스템생물학 연구개발 사업과 LG화학 석좌교수 연구비로 지원된 이번 연구에서는 시스템 대사공학과 효소공학 기법을 접목, 자연적으로는 생성되지 않는 플라스틱(unnatural polymer)의 일종으로 최근 각광을 받고 있는 폴리유산(Polylactic acid, PLA)을 효율적으로 생산할 수 있는 대장균을 개발한 것이다.
이번 연구 결과는 바이오공학 분야 최고 전통의 바이오테크놀로지 바이오엔지니어링(Biotechnology and Bioengineering)지에 게재 승인됐으며 스포트라이트 논문(Spotlight paper)으로 선정돼 2010년 1월호에 두 편의 연속 논문으로 게재될 예정이다.
두 논문의 제목은 ‘개량된 프로피오네이트 코엔자임 에이 트랜스퍼레이즈와 폴리하이드록시알카노에이트 중합효소를 이용한 폴리유산과 그의 공중합체의 생합성(Biosynthesis of Polylactic acid and its Copolymers Using Evolved Propionate CoA Transferase and PHA Synthase)’과 ‘폴리유산과 그의 공중합체의 생산을 위한 대장균의 대사공학(Metabolic Engineering of Escherichia coli for the Production of Polylactic Acid and its Copolymers)’이다. 19건의 특허가 전 세계 출원 중이다.
기존의 복잡한 2단계 공정을 통해 생산되던 폴리유산을 재생가능한 원료로부터 미생물의 직접 발효에 의해 생산이 가능하도록 한 혁신적인 본 연구 전략은 앞으로 석유 유래 플라스틱을 대체할 수 있는 다양한 비자연 고분자(unnatural polymer)들의 생산에 활용될 획기적인 기술로 평가되고 있다.
폴리유산 (Polylactic acid, PLA)은 많은 바이오매스 유래 고분자들 중에서도 생분해성, 생체적합성, 구조적 안정성, 그리고 낮은 독성과 같은 뛰어난 물성으로 인해 석유 유래 플라스틱의 대체물로서 대두되고 있다.
그러나, 폴리유산은 현재 두 단계 공정으로 합성된다. 우선, 미생물 발효를 통해 유산(락트산, Lactic acid)을 생산, 정제한 후 여러 가지 시약, 용매 및 촉매가 첨가되는 복잡한 공정의 화학적 중합반응에 의해 폴리유산이 합성된다.
또한, 폴리유산의 물성을 다양하게 개선하기 위해 폴리하이드록시알카노에이트 (Polyhydroxyalkanoate, PHA)와 같은 다른 고분자들과의 공중합이나 혼합반응 등의 연구가 이루어지고 있다.
이러한 노력에도 불구하고, 공중합 반응에 사용되는 락톤계 모노머들의 가용성과 비용을 고려했을 때, 기존의 화학적 합성 방법은 효과적이지 않다. 이에, 미생물 유래 고분자인 폴리하이드록시알카노에이트의 생합성 시스템을 기반으로, 폴리유산과 그의 공중합체들의 생합성이 가능할 수 있는 대사경로를 효소공학을 통해 구축했다.
그러나, 외래 대사경로의 도입 및 조작만으로는 폴리유산 단일 중합체와 유산의 함량이 높은 공중합체의 생산이 효율적이지 않아, 시스템 수준으로 세포 내 대사흐름을 증가시킬 필요성을 인지했다. 이에, 대장균 균주의 인실리코 게놈 수준의 시뮬레이션을 이용한 대사흐름분석 기법을 활용하여 고분자 생산을 위한 주요 전구체의 대사 흐름을 논리적으로 강화시킴으로써, 세포성장과 함께 목적 고분자의 효율적 생산이 가능하도록 했다.
따라서, 효소공학을 통한 고분자 합성 경로의 직접적 조작 및 강화 뿐 아니라, 시스템 대사공학을 통한 논리적 접근으로 조작된 대사흐름을 바탕으로 다양한 폴리유산 플라스틱을 보다 효율적으로 생산할 수 있었다.
이는 시스템 대사공학과 효소공학을 접목시킨 고기술 전략으로 비자연 고분자를 효율적으로 생산한 최초의 성공적인 예로서, 재생가능한 자원으로부터 폴리유산뿐 아니라 석유유래 플라스틱을 대체할 수 있는 다른 비자연 고분자들의 일단계 생산을 위한 기반 기술을 마련해줌으로써, 플라스틱 생산 공정에 있어 새로운 전략을 제시했다.
李 교수는 “자연계에 없는 고분자를 미생물로 생산하는 것이 과연 될까? 라는 의문을 갖고 시작했다. 우리 KAIST 연구실의 정유경박사와 LG화학 기술연구원 연구팀원 10여명이 4년간의 끈질긴 노력 끝에 성공했다”며, “이번 연구는 대장균의 가상세포 시뮬레이션을 통해 세포 내 대사흐름을 목적한 고분자 생산에 유리하도록 논리적으로 조작하고, 고분자 생합성 경로를 구성하는 외래 효소들을 새롭게 만들어 도입함으로써, 강화된 대사흐름을 이용해 보다 효율적으로 목적 고분자를 생산할 수 있는 균주를 개발하는데 성공한 세계 첫 번째 케이스다. 특히, 유산이 단량체로 함유된 공중합체의 경우에는 세계최초로 만든 것이 되어 물질특허들로 출원중이다”라고 밝혔다.
한편, 이 혁신적인 연구 성과는 22일 미국 CNN 홈페이지의 Top기사 등 해외언론의 주요기사로 소개됐다. 주요내용은 한국의 KAIST 이상엽 교수팀과 LG화학 연구팀이 전 세계적으로 석유고갈, 지구온난화 및 환경오염 문제로 재생가능한 자원을 이용한 바이오매스 기반 기술의 개발이 시급한 현 시대의 흐름에 부응하면서, 재생가능한 자원으로부터 효율적으로 바이오공학을 통한 플라스틱 (Bioengineered plastics) 폴리유산의 생산이 가능한 대장균 균주를 개발했다는 내용이다.
2009.11.24
조회수 19168
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세계평화 기원 국제 텔레매틱 음악공연 ‘ResoNations’개최
- 뉴욕 UN본부와 서울 등 전 세계 5개 도시서 동시공연 및 초고속 통신망 통해 실시간 중계
- 연주음향을 실시간 시각화하는 기술도 첫 선봬 - KAIST, 동국대, 캘리포니아주립대 등 국내외 대학 및 UN산하기관 공동 주관
우리나라 서울을 비롯, 미국 뉴욕(New York)과 샌디에고(San Diego), 캐나다의 밴프(Banff), 북아일랜드의 벨파스트(Belfast) 등 전 세계 5개 도시의 음악인들이 초고속 통신망을 통해 실시간으로 서로 소통하면서 세계평화를 기원하는 초대형 ‘텔레매틱 음악공연(Telematic Concert)’이 21일 열린다.
이 공연은 특히 세계평화를 위해 활동하는 국제연합(UN)산하의 대표적인 비정부기구(NGO)인 와푸니프(WAFUNIF: The World Association of Former United Nations Interns and Fellows)가 주관하는 ‘Innovations Talks Symposium"과 함께 뉴욕 UN본부에서도 동시에 열려 그 의미가 한층 더 할 것으로 기대된다.
KAIST(총장 서남표)는 KAIST 문화기술대학원(원장 원광연)과 동국대학교 영상대학원(원장 엄기현)이 UN 산하기관 및 해외 유명대학들과 함께 세계평화를 기원하는 음악을 연주하는 텔레매틱 음악공연인 ‘레조네이션스(ResoNations)’를 오는 21일 오전 9시 30분부터 동국대 이해랑 예술극장에서 개최한다고 16일 밝혔다.
두 대학 외에도 유엔(UN) 산하 국제 비정부기구(NGO)인 와푸니프(WAFUNIF)와 미국 캘리포니아주립대 샌디에고 캠퍼스(University of California at San Diego), 캐나다의 대표적 예술기관인 밴프 센터(Banff Centre), 북아일랜드 벨파스트(Belfast)의 퀸즈대(Queen’s University Belfast)가 주관기관으로 공동 참여한다.
‘텔레매틱 음악공연(Telematic Concert)’이란 지리적으로 서로 멀리 떨어져 있는 음악인들이 공간적인 제한을 딛고 초고속 통신망을 통해 전송되는 서로의 공연영상과 음향을 실시간으로 보고 들으면서 함께 연주하는 것을 의미한다.
따라서 5개 도시의 연주자들은 이 같은 교감과 소통을 통해 마치 한 장소에 모여 음악을 연주하는 것과 같은 효과를 경험할 수 있을 뿐만 아니라 공연을 감상하는 청중들 또한 해당지역의 연주는 물론 다른 지역의 공연까지도 실시간으로 감상할 수 있다는 게 텔레매틱 공연의 특징이자 장점이다.
공연 제목을 ‘레조네이션스’로 정한 것은 서로 다른 여러 나라의 관객과 연주자들이 음악을 통해 함께 공명(共鳴)하며 한 마음으로 세계 평화를 기원하자는 의미에서다.
국내와 해외를 초고속 통신망으로 연결해 생중계하는 텔레매틱 음악공연 중 역대 최대규모로 꼽히는 이번 공연에서는 미 스탠포드대 컴퓨터음악연구소장인 크리스 체이프(Chris Chafe) 교수와 마크 드레서(Mark Dresser) 캘리포니아 주립대 교수, 미국의 신예 실험음악 작곡가이자 지휘자인 사라 위버(Sarah Weaver), 페드로 레벨로(Pedro Rebelo)퀸즈대 음향예술연구소장, 그리고 김준 동국대 교수가 만든 4곡이 연주된다.
특히 각 지역별로 6~8명씩, 모두 31명의 연주자가 출연하는 이번 공연에는 로버트 딕(Robert Dick, 플룻), 조안 라 바바라(Joan La Barbara, 성악), 제인 아이라 블룸(Jane Ira Bloom, 색소폰), 마티 얼리히(Marty Ehrlich, 목관악기) 등 세계적으로 유명한 현대음악과 재즈 연주자들이 대거 포함됐다.
서울에서는 정통 클래식과 대중음악을 넘나들며 현악 사중주의 개념을 새롭게 개척해 온 콰르텟 엑스(Quartet X, http://quartet-x.com/)와 최근 주목을 끄는 신예 색소폰 연주자 홍의식, 그리고 서울대와 한국예술종합학교를 졸업하고 전통 및 현대음악 분야에서 활발한 활동을 펼쳐 오고 있는 해금연주자 이승희가 출연한다.
서울공연에서는 특히 청중들에게 음악연주에 따라 실시간으로 영상이 바뀌는 이색적인 음악적 경험도 동시 제공하는데 연주음향을 실시간 영상으로 변환하는 작업은 여운승 KAIST 교수가 맡는다.
이밖에 악기로는 인도 전통악기인 타블라(뉴욕)와 함께 전자 바이올린 및 첼로(밴프), 컴퓨터를 이용한 전자악기(벨파스트), 한국의 전통악기인 해금 등이 선보인다.
공연은 서울 등 5개 도시에서 동시에 열리게 되나, 시차로 인해 샌디에고는 11월 20일 오후 4시 30분, 캐나다 밴프와 뉴욕은 각각 같은 날 오후 5시 30분과 오후 7시 30분에 열리는 반면 벨파스트와 서울은 21일 새벽 0시 30분과 오전 9시 30분에 시작된다.
샌디에고와 벨파스트에서는 연주자만 참여하는 반면, 뉴욕 UN본부, 밴프 센터, 그리고 서울에서 열리는 공연에는 일반인들의 참관이 가능하다.
한국과학창의재단 및 한국과학기술정보연구원의 후원으로 열리는 이번공연은 입장료가 10,000원이며 수익금 전액은 유네스코(UNESCO) 한국 위원회에 기부된다.
이 공연의 기술 및 진행을 맡은 여운승 KAIST 문화기술대학원 교수는 “세계 5개 도시를 초고속 통신망으로 연결, 영상과 음향을 동시에 전송한다는 점에서 기술적으로도 의미가 있지만 공연음악을 시각적으로 변환하는 작업을 통해 더욱 흥미로운 결과가 나올 것”이라고 말했다.
동국대 영상대학원 김준 교수도 “공간적 한계를 넘어선 실시간 예술표현이란, 예술가에게 있어 꿈이라 할 수 있다”며 “이번 공연은 첨단 네트워크 기술을 사용해 공간의 제약을 넘어서는 예술적 교감을 이룬다는 점에서 기념비적인 연주회가 될 것”이라고 강조했다. 공연 홈페이지 (http://resonations.kaist.ac.kr) 참조.(끝).
2009.11.17
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