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신종화,김도경,이용희 교수, 수학적 공간채움 원리 적용한 신소재 개발
우리 대학 신소재공학과 신종화, 김도경 교수와 물리학과 이용희 교수 공동 연구팀이 수학의 공간채움 원리를 이용해 기존 기술보다 2천 배 이상 높은 유전상수를 갖는 전자기파 신소재를 개발했다.
이번 연구 결과는 네이처 자매지인 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 8월 30일자 온라인 판에 게재됐다.
유전상수는 소재의 전기적 성질 중 가장 기본이 되는 성질로, 물질 내부의 전하 사이에 전기장이 작용할 때 전하 사이의 매질이 전기장에 미치는 영향을 나타내는 단위이다.
진공 상태의 유전상수는 1이고, 자연에 존재하는 물질과 개발된 메타물질을 포함해 가장 큰 광대역 유전상수는 최대 1천600 수준이다.
유전상수가 수천 이하에 머물렀던 이유는 유전상수 향상에 사용됐던 근본 원리에 한계가 있었기 때문이다. 유전상수를 키우기 위해서는 같은 전기장이 가해졌을 때 더 큰 유전분극이 나타나게 만들어야 한다.
이를 위해 기존에는 피뢰침 끝에 강한 전기장이 모이는 개념의 ‘전기장 국소화 원리’가 사용됐다. 피뢰침이 뾰족할수록 끝에 더 강한 전기장이 모여 유전분극이 강해지지만 그 대신 유전분극이 강해지는 공간적 범위가 좁아지게 된다.
결국 이 원리는 강한 유전분극일수록 미치는 영향의 범위는 좁아지는 근원적 한계를 갖는다. 실제로 기존 유전상수를 증대시킨 메타물질에서는 전기장이 강하게 모이는 부분이 매우 좁은 영역에 국한된다.
연구팀은 문제 해결을 위해 수학적 공간채움 구조를 전자기 소재에 대입했다. 공간채움 구조란 선으로 한 차원 높은 면을 채우는 구조를 뜻한다. 유한한 크기를 갖는 면의 모든 점을 통과하는 연결된 선을 그릴 수 있으며 이 때 선의 길이는 무한대이다.
이를 응용해 기존의 피뢰침처럼 좁은 영역에서만 발생하는 강한 유전분극이 메타물질 공간 내부 전체에 밀집돼 나타나게 만들었다. 또한 공간채움 선의 방향을 조절해 밀집된 유전분극이 서로 상쇄되지 않고 합쳐지도록 조절했다.
연구팀은 이는 마치 여러 개의 시냇물이 만나 큰 강물이 되는 효과와 같다고 설명했다. 즉, 좁은 공간에 증대된 유전분극들이 공간채움 구조를 통해 거대하게 발현되는 효과를 고안했고 실제로 구현함으로써 삼백만 이상의 큰 유전상수를 얻을 수 있었다.
유전상수가 320만이면 이 물질을 활용한 축전기의 전기용량은 진공에 대비해 320만 배 커지고, 전자기파를 흡수하는 비율이나 방출하는 속도 또한 320만 배 커진다.
또한 굴절률이 약 1천 800배(유전상수의 제곱근)가 되기 때문에 이 소재 안에서 빛의 속도는 1천 800배 느리게, 파장은 1천 800배 짧아진다. 이를 통해 렌즈 등의 소자는 1천 800배 가량 작게 만들 수 있고 기존의 이미징 장치보다 1천 800배 세밀하게 물체를 관찰할 수 있다.
특히 아주 얇은 막으로도 원하는 방향으로 전자기파를 반사시키거나 대부분 흡수시킬 수 있기 때문에, 전투기나 함정에 씌워서 레이더에 탐지되지 않도록 하는 스텔스 표면 등 국방 응용이 기대되며, 5G 휴대전화용 안테나 등 무선통신 분야 적용도 가능할 것으로 예상된다.
또한, 가시광선에서도 만약 그 원리가 적용된다면 바이러스를 직접 볼 수 있는 수준의 매우 높은 분해능을 가진 현미경 등 더욱 다양한 응용이 기대된다.
신 교수는 “간단한 수학적, 물리적 원리가 혁신적 성능을 갖는 신소재 개발로 이어질 수 있음을 밝혔다”며 “이는 기초 원리의 중요성을 확인한 값진 경험이었고, 앞으로도 이러한 원리를 기반으로 신소재 개발을 지속하겠다”고 말했다.
신소재공학과 장태용 박사과정 학생이 1저자로 참여한 이번 연구는 삼성미래기술육성재단의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 본 연구에서 개발된 메타물질의 모식도와 실제 사진
그림2. 수학분야의 공간채움구조
2016.09.06 조회수 17825 -
ACS Nano 편집장 등 국제학술지 에디터 9명 KAIST에 온다
미국화학회 나노학술지 (ACS Nano) 편집장 등 국제 학술지 에디터 9명이 KAIST에 온다.
우리대학은 다음달 2일(화) 본교 KI빌딩 퓨전홀에서 신소재 분야 전문가 500여 명이 참석한 가운데 ‘KAIST 국제 신소재 공학 워크숍’을 연다.
‘유망 신소재 분야의 빅 아이디어들’을 주제로 열리는 이번 워크숍에는 재료공학·화학·응용물리·화학공학 분야의 국제 학술지 에디터와 국가과학자인 KAIST 유룡 교수가 강연자로 참여해 발표와 토론을 진행한다.
[주요연사]
해외 전문가로는 국제 학술지의 편집장 3명과 부편집장(급) 5명이 참여한다.
미국화학회가 발행하는 나노학술지(ACS Nano)에서는 편집장 폴 웨이즈(Paul S. Weiss) UCLA 교수, 부편집장 알리 자베이(Ali Javey) UC Berkeley 교수, 부편집장 레지날드 페너(Reginald M. Penner) UC Irvine 교수 등 3명의 에디터가 참여한다.
나노분야 대표적 학술지인 나노 레터스(Nano Letters)에서는 부편집장 줄리아 그리어(Julia R. Greer) 칼텍(Caltech) 교수와 부편집장 유난 시아(Younan Xia) 조지아 공대 교수 등 2명이 참여한다.
이밖에 재료화학 학회지(Chemistry of Materials) 편집장 질리안 뷰리악((Jillian M. Buriak) 알버타대학교 교수, 신생저널인 미국 화학회 광학회지(ACS Photonics)의 편집장 해리 애트워터(Harry A. Atwater) 칼텍(Caltech) 교수, 동 킨(Dong Qin) 조지아 공대 교수도 함께 한다.
국내 전문가로는 미국 화학회지(Journal of the American Chemical Society)의 부편집장이자 기초과학연구원 ‘나노입자연구단’단장을 맡고 있는 서울대학교 현택환 교수와 대한민국 국가과학자이며 기초과학연구원‘나노물질 및 화학반응 연구단’단장을 맡고 있는 KAIST 유룡 교수가 참여한다.
워크숍은 △ 차세대 광전자 디바이스 및 3차원 나노구조 소재 △ 의학 및 산업용 나노 소재 △ 센서 및 촉매 소재 분야 등 3개 세션으로 나눠 진행된다.
주요 주제는 △ 태양광 에너지 소재 △ 미래 전자기기 및 센서를 위한 소재 △ 실리콘 표면의 나노패턴 형성 △ 3차원 나노구조의 메타 소재 디자인 △의료기술 및 에너지 저장을 위한 나노 소재 △ 금속 콜로이드 나노결정 △ 3차원 다공성 탄소 소재 △ 나노와이어를 이용한 고감도 수소가스 감지 소재 △ 나노결정 합금 소재 연구 등이다.
KAIST는 이번 워크숍을 계기로 국내외 저명한 석학들과 정보교류를 강화하고 공동 연구를 실시해 세계 최고의 소재기술을 개발하는 기회로 활용할 계획이다.
이번 워크숍을 총괄하는 김일두 신소재공학과 교수는 “이번 워크숍은 재료공학 분야 저명한 석학들이 한자리에 모이는 국제학술 교류의 장”이라며 “전 세계 나노 신소재 분야의 미래 기술을 알 수 있는 소중한 기회가 될 것”이라고 말했다.
한편, KAIST 신소재공학과는 ‘2016 QS 세계대학평가 학과별 순위’에서 전 세계 대학 중 18위(국내 1위)를 차지한 바 있다. 끝.
2016.07.28 조회수 16701 -
KAIST-MIT-TECHNION, 나노 신소재 주제로 공동 심포지엄
KAIST가 재료공학 분야 세계 1위인 MIT와 신소재 관련 공동 심포지엄을 연다.
우리 대학은 11일(화) 본교 KI 빌딩에서 재료공학 관련자 300여 명이 참석한 가운데 ‘KAIST-MIT-TECHNION 나노 신소재 2015’ 국제 심포지엄을 연다.
심포지엄은 △ 지속가능한 에너지 발전 및 저장 소재 △ 기능성 나노 소재 △ 자성 및 다강성 소재 등 3개 세션 나눠 진행되는데, 국내‧외 재료공학 전문가 10명이 참여해 발표와 토론을 진행한다.
해외에서 온 전문가로는 해리 털러(Harry L. Tuller) MIT 재료공학과 교수 겸 고체 상태 이온(Solid State Ionics)학회장, 제프리 비치(Geoffrey S. Beach) MIT 재료공학과 교수, 그레고리 럿리지(Gregory Rutledge) MIT 화학공학과 교수, 아브너 로스칠드(Avner Rothschild) 이스라엘 테크니온 공대 재료공학과 교수, 예어 아인 엘리(Yair Ein-Eli) 테크니온 공대 화학공학과 교수가 참여한다.
KAIST에서는 김일두 신소재공학과 교수, 박병국 신소재공학과 교수, 정연식 신소재공학과 교수, 양찬호 물리학과 교수, 이도창 생명화학공학과 교수가 참여한다.
발표주제는 △ 차세대 리튬-공기 전지의 발전(發電) △ 고성능 에너지 저장 시스템을 위한 연료전지용 기능성 나노 소재 △ 태양 에너지 변환과 저장을 위한 철 산화물 기반의 광전극 소재 △ 자기조립과 전사 인쇄기술을 이용한 초미세 나노패턴 구현 △ 전기화학 디바이스용 유기 나노 섬유 소재 △ 스핀 궤도 회전력을 이용한 자기화 방향의 전기적 제어 등이다.
KAIST는 이번 심포지엄을 계기로 오는 가을학기에 MIT 재료공학과 및 화학공학과에 5명, 테크니온 재료공학과에 1명 등 총 6명의 대학원생을 파견해 공동연구를 진행할 계획이다.
행사를 총괄하는 김일두 신소재공학과 교수는 “이번 심포지엄은 재료공학 분야 최상위권 대학이 모이는 국제 학술교류의 장”이라며 “나노 신소재 분야의 미래 기술 흐름을 알 수 있는 소중한 기회가 될 것”이라고 말했다.
한편, KAIST 신소재공학과는 ‘2015 QS 세계대학평가 학과별 순위’에서 전 세계 대학 중 19위(국내 1위)를 차지한 바 있다. 끝.
2015.08.09 조회수 17365 -
2015 QS 세계대학평가 학과별 순위…화학공학 17위, 재료과학 19위
우리 대학 생명화학공학과와 신소재공학과가 ‘QS 세계대학평가 학과별 순위’에서 20위 이내로 진입했다.
영국의 세계대학평가 기관인 QS가 29일 발표한 ‘2015 세계대학평가 학과별 순위’에 따르면 생명화학공학과와 신소재공학과가 각각 17위와 19위를 차지했다. 지난해에는 신소재공학과와 화학과가 각각 16위와 17위를 차지한 바 있다.
올해 학과별 순위에서 KAIST는 화학공학(17위), 신소재공학(19위), 건설및환경공학(22위), 전기및전자공학(22위), 기계•항공공학(26위), 전산학(39위) 등 6개 분야에서 국내 1위를 차지해 다시 한 번 국내 최고의 공과대학임을 입증했다.
QS는 올해 학문분야별 평가에서 36개 전공분야를 대상으로 순위를 매겼다. ① 학계 평가 ② 졸업생 평판도 ③ 교수당 논문 피 인용수, ④ H-인데스 등의 지표가 활용됐다. 끝.
2015.04.29 조회수 18274 -
김상욱 교수 2015 포스코 학술상 수상
김 상 욱 교수
우리 대학 신소재공학과 김상욱 교수가 23일 대한금속 재료학회 임시총회에서 열린 2015년도 포스코 학술상 수상자로 선정됐다.
포스코 학술상은 학회 금속 및 재료관련 학문 연구자에게 주어지는 학술상으로, 다년간 우수 논문 발표나 저서의 집필로 금속 및 재료공학 발전에 기여한 회원에게 수여된다.
김상욱 교수는 이종원소도핑을 통해 탄소소재의 물성(일함수, 전기전도도, 표면에너지, 화학반응성)을 다양하게 조절할 수 있는 원천기술을 개발했다.
태양전지, 플렉서블 소자, 복합소재개발, 에너지 소자 등 폭 넓은 분야에서 탄소소재가 유용하게 쓰일 수 있음을 증명했고, 이를 통한 탄소신소재의 실용성 있는 기술 개발에 기여했다.
이러한 연구업적을 인정받아 작년에는 신소재분야 학술지인 어드밴스 메터리얼스(Advanced Materials)지에서 창간 25주년 기념 특집 초청리뷰논문을 발표했다.
이 특집논문에는 노벨상 수상자인 앨런 히거 교수 등을 비롯한 신소재분야의 세계적 석학들이 초청됐다.
김상욱 교수는 네이처, 사이언스, 네이처 매터리얼스, 네이처 커뮤니케이션즈, 나노 레터스 등 우수 저널에 143편의 SCI 논문을 발표했다.
2015.04.23 조회수 13726 -
입는 기기용 플렉시블 패키징 기술 개발
우리 학교 신소재공학과 백경욱 교수 연구팀은 이방성 전도성 필름(ACF, Anisotropic Conductive Film) 특수 신소재를 이용해 전기가 잘 통하면서도 자유롭게 구부리거나 휠 수 있는 저가형 플렉시블 *패키징 기술을 개발했다.
* 전자 패키징 기술 : 스마트폰, 컴퓨터, 가전기기 등 모든 전자제품의 하드웨어구조를 제작하는 기술이다. 다양한 반도체 및 전자부품 등을 매우 작고, 빠른 전기적 성능을 갖도록 해 전자기기의 크기, 성능, 가격을 결정한다. 따라서 미래의 입는 기기 전자제품을 구현하는데 있어서도 중요하다.
이 기술은 입는 기기의 중앙처리장치 및 메모리반도체, 다양한 센서반도체, 자유롭게 휘어지는 스마트폰, 플렉시블 디스플레이 등 다양한 전자제품 조립분야에 널리 활용될 것으로 기대된다.
입는 기기(웨어러블 컴퓨터)는 악세서리 형, 의류 일체형, 신체 부착형 등 다양한 형태의 제품으로 생활전반에 걸쳐 적용될 수 있다. 입는 기기를 사람의 몸에 탈 부착하려면 신체의 편안한 착용감을 갖도록 유연한 형태와 자유자재로 구부리거나 장치가 변형되는 특성이 요구된다.
이를 구현하기 위해서는 4가지 하드웨어 핵심기술인 △플렉시블 반도체 △디스플레이 △배터리 △패키징 기술이 모두 개발돼야 한다. 이미 플랙시블 반도체, 디스플레이, 배터리 기술이 성공적으로 개발되고 있으나, 모든 전자부품을 통합하기 위해서는 플렉시블 패키징 기술 개발이 중요하다.
패키징 기술은 커넥터 또는 솔더(납땜)를 사용하는 반도체 및 전자 부품의 전기접속 방법을 사용하고 있다. 이 기술은 구부리거나 변형 시 접속 부위에 손상을 유발해 휘어지는 전자기기에는 적용에 한계가 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위해 연구팀은 전도성폴리머 소재를 사용해 반도체를 자유롭게 휠 수 있는 저가형 플렉시블 반도체 패키징 기술을 개발했다.
연구팀이 개발한 특수 이방성 전도성 필름(ACF) 신소재는 플랙시블 상태에서 전극과 전기적 접속을 잘 형성할 수 있는 ‘미세 전도성 입자’와 열에 의해 경화되며 전극을 감싸 구부릴시 유연하게 소자를 기계적으로 보호할 수 있는 최적화된 물성을 갖는 ‘열경화성 폴리머 필름’ 등으로 구성됐다.
연구팀은 기존의 두껍고 딱딱한 반도체 소자를 30~50㎛(마이크로미터, 100만분의 1미터) 두께로 얇게 갈아낸 후 플렉시블 기기용 이방성 전도성 필름(ACF) 신소재를 사용해 연성 기판에 패키징했다.
이 방법은 기존의 플렉시블 반도체 기술에 비해 매우 공정이 간단하고, 가격이 저렴한 장점이 있다. 개발된 플렉시블 패키징된 반도체는 직경 6mm(밀리미터) 수준까지 구부리더라도 전기적으로 우수하고 유연한 기계적 특성을 보였다.
이와 함께 크기가 작은 소자에 많은 입출력 패드를 넣어도 초미세입자에 의한 접속부의 연결로 협소한 전극 간격에서도 우수한 전기적 연결이 가능하다. 공정측면에서도 오염을 유발시킬 수 있는 재료나 공정 등을 사용하지 않아 환경 친화적이고 저렴한 생산라인을 구축할 수 있게 됐다.
백경욱 교수는 “웨어러블 기기를 통해 간단한 손짓으로 컴퓨터를 조작하고 전화, 문자, 메신저 등 다양한 정보를 편리하게 받아보는 시대가 올 것”이라며 “이번 패키징 기술 개발로 웨어러블 컴퓨터 시대가 한 발 더 앞당겨 질 것”이라고 연구 의의를 밝혔다.
2014.03.05 조회수 16041 -
천연물 원천기술 개발 본격화 … "유전자 동의보감 사업단’ 개소식
- 전통 천연물을 활용한 의약 • 식품 원천기술 개발 본격화
- 사업기간 10년 총사업비 1,500억 이상 투입해 원천기술 개발
- 26일 오후 3시 정문술 빌딩 1층 드림홀에서 개소식 열어
전통 천연물을 활용해 의약 ‧ 식품 원천기술을 개발하는 연구가 본격화 된다.
우리 대학 바이오및뇌공학과 이도헌 교수가 단장으로 있는 유전자동의보감사업단이 11월 26일 오후 3시 대전 본원 정문술 빌딩 1층 드림홀에서 개소식을 개최했다.
이날 개소식에는 미래창조과학부 임요업 미래기술과장을 비롯해 한국연구재단, KAIST, 한국과학기술연구원, 서울대, 연세대 등 산학연 과학기술 전문가 200여명이 참석했다.
동 사업단은 경험적으로 효능이 입증된 전통천연물을 첨단 바이오기술로 재해석하고 그 활용방법을 연구해 삶의 질을 높이는 한편, 전통천연물을 이용한 융․복합 원천기술을 개발하기 위해 설립됐다.
사업단은 향후 10년 동안 1500억원 이상의 연구비를 투입해 효능 해석기술․ 분석기술 ․검증기술 ․바이오 마커 기술 ․인체효능 검증기술 등 5대 기술을 단계별로 개발해 천연물 원천기술을 확보 할 예정이다.
특히, 가상인체 컴퓨터모델과 오믹스를 활용해 전통 천연물의 복합성분이 인체에 어떻게 작용하는 가를 분석하는 원천기술과 헬스케어 신소재 발굴에 집중할 계획이다.
이번 연구사업은 전통천연물 소재의 효능을 첨단과학으로 규명하는 원천기술을 개발해 바이오산업의 기술경쟁력 확보는 물론 세계 천연물 소재 시장을 선도할 새로운 아이템을 만들어 낼 것으로 기대된다.
이도헌 KAIST 바이오및뇌공학과 교수 겸 유전자동의보감사업단장은 “컴퓨터 가상인체를 이용한 IT-BT기술융합으로 원천기술을 개발해 천연물 의약품․기능성 식품 관련 산업체와 협력 체제를 적극 추진할 예정”이라며 “이를 통해 신산업 창출은 물론 맞춤형 의료 실시가 가능해질 것으로 전망 된다”라고 말했다.
동 사업에는 KAIST, 한국과학기술연구원, 서울대, 연세대 등 총 12개 기관 최고 전문가 200여명이 연구개발에 참여하고 있으며, 향후 해외연구기관, 관련 기업 등으로 연구 참여범위를 넓혀 나갈 계획이다.
※ 용어설명
주) 오믹스(Omics)란 특정 세포 속에 들어 있는 생리현상과 관련된 대사에 대한 대량의 정보(전사체, 단백질체, 형질체 등)를 통합적으로 분석하여 생명현상을 밝히는 학문임.
2013.11.26 조회수 19110 -
화학적 도핑을 통한 탄소신소재 개발
- 재료분야 저명 학술지 ‘어드밴스드 머티리얼스’ 25주년 특집호 발표 -
우리 학교 신소재공학과 김상욱 교수가 ‘화학적 도핑을 통한 탄소 신소재 개발’을 주제로 재료분야 저명학술지 ‘어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)’ 25주년 기념 초청 리뷰논문(10월 14일자)을 게재했다.
이번 논문에서 김 교수는 그래핀과 탄소나노튜브에 다양한 이종원소 도핑을 통해 새로운 탄소 소재를 개발하고, 적용 가능한 수준까지 재료의 특성을 끌어올려 배터리, 광촉매 등은 물론 미래 기술로 각광받고 있는 태양전지, 휘어지는 디스플레이 등에도 응용될 것이라고 전망했다.
‘도핑’은 운동경기에서 좋은 성과를 내기 위해 선수들이 약물이나 주사 등을 사용하는 것으로 널리 알려져 있다. 그러나 과학계에서는 순수한 물질에 필요한 불순물을 첨가시키는 것을 ‘도핑’이라고 부른다.
두 가지 도핑 모두 성능을 향상시키는 데 도움이 된다는 공통점을 가지고 있지만 과학계의 도핑은 부작용이 없으며 요구되는 성능을 획득하는데 반드시 필요한 존재라는 특징을 갖고 있다. 실리콘 반도체의 경우에도 다양한 원소가 도핑된 반도체를 사용해 요구 성능을 확보하고 있다.
최근 주목받는 그래핀이나 탄소나노튜브와 같은 신소재는 재료 특성이 매우 우수한 것으로 알려져 있지만 산업적으로 활용하기 위해서는 다양한 원소를 도핑이란 첨가 방법을 통해 재료 특성을 우수하게 끌어올리는 방법이 필요했다.
도핑을 할 경우 탄소원자로만 구성된 그래핀과 탄소나노튜브에 다른 원소의 주입이 가능하게 되고 이들 원소의 특징에 따라서 전자를 주거나 받게 되어 전기를 보다 잘 통하게 할 수 있다. 또 반응성을 향상시켜 산업적 응용을 방해하던 낮은 용매 분산성을 향상시킬 수 있게 된다.
이와 함께 향상된 용매 분산성과 전기 전도도는 그동안 탄소 계열 신소재에서는 불가능하게 여겨졌던 용액 공정을 가능하게 할 수 있다. 이를 통해 휘어지는 반도체, 오래가는 배터리, 효율 높은 광촉매 등의 개발을 가능하게 한다.
김상욱 교수는 “이번 기술 개발로 현재 사용되는 배터리보다 더 오래가는 배터리, 더 빛을 잘 차단해주는 자외선 차단제, 태양열로 가는 자동차 및 휘어지는 휴대폰 등에 활용할 수 있는 신소재의 개발이 한층 더 앞당겨진 것으로 기대된다”고 말했다.
어드밴스드 머티리얼스는 재료분야 최고 수준의 학술지로 이번 25주년 기념 특집에서는 세계적으로 저명한 재료 과학자들로 구성된 학술지 편집진이 엄격한 심사과정을 거쳐 선정한 가장 선도적인 업구업적을 내고 있는 연구자들을 초청해 연구 성과를 소개했다.
그림1. 도핑을 통해 만들어진 탄소 신소재와 이들의 다양한 적용사례
- 1. 태양전지, 2. 휘어지는 기판, 3. 액정, 4. 선택적 흡착제, 5. 에너지 저장 및 변환소자, 6. 복합재료(왼쪽 위부터 시계방향)
2013.11.05 조회수 17029 -
KAIST 교수들 , ‘공학이란 무엇인가’ 책 공동 발간
KAIST 교수들이 ‘공학’에 관한 대중의 관심을 일깨우기 위해 책을 발간했다.
우리 대학 공학전공 교수들 19명이 공학이 무엇을 연구하는 학문인지를 궁금해 하는 독자들과 미래 공학전공을 원하는 학생들을 위해‘공학이란 무엇인가’를 공동으로 발간했다.
최근 사회적으로 이공계 기피 현상이 논란이 되고 있는 가운데 KAIST 교수들이 모여 책을 집필한 데는 공학이 재미있고 인간생활에 큰 도움을 주는 중요한 학문임을 우수한 인재들에게 알려주고 싶어서라고 설명했다.
이 책은 총 14장으로 구성됐다. 비교적 역사가 긴 기계 ․ 토목 ․ 전기전자 ․ 화학 ․ 신소재 분야부터 최근 각광 받는 항공우주 ․ 해양시스템 ․ 원자력 ․ 산업디자인 ․ 지식서비스 ․ 산업및시스템 ․ 바이오및뇌 ․ 컴퓨터 ․ 녹색교통 ․ 환경 ․ 생명화학까지 공학에 관한 전반적인 지식이 담겨있다.
공동저자이며 이번 책을 기획한 성풍현 원자력및양자공학과 교수는“이 책은 공학의 역사 ․ 역할 ․ 미래 전망 등 공학의 다양한 지식을 담고 있다”며“공학을 이해하고자 하는 일반인과 이공계 진학을 꿈꾸는 학생들 모두에게 공학이 왜 중요한지를 알려주는 소중한 지침서가 될 것”이라고 말했다.
한편, KAIST는 10일 본원 교수회관에서 KAIST 보직자와 집필교수 등 40여명이 참석한 가운데‘공학이란 무엇인가?’의 출판기념회를 열 예정이다.끝.
2013.09.10 조회수 14466 -
호흡 분석해 질병 진단한다!
- 나노섬유 형상 120ppb급 당뇨병 진단센서 개발 -- 음주 측정하듯 후~ 불면 질병 진단할 수 있어 -
우리 학교 신소재공학과 김일두 교수 연구팀이 인간이 호흡하면서 배출하는 아세톤 가스를 분석해 당뇨병 여부를 파악할 수 있는 날숨진단센서를 개발했다.
연구 결과는 신소재 응용분야 세계적 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials)’ 5월 20일자 표지논문으로 게재됐다.
인간이 숨을 쉬면서 내뿜는 아세톤, 톨루엔, 일산화질소 및 암모니아와 같은 휘발성 유기화합물 가스는 각각 당뇨병, 폐암, 천식 및 신장병의 생체표식인자(바이오마커)로 알려져 있다.
당뇨병의 경우 일반적으로 정상인은 900ppb(parts per billion), 당뇨환자는 1800ppb의 아세톤 가스를 날숨으로 내뿜는다. 따라서 날숨 속 아세톤 가스의 농도 차이를 정밀하게 분석하면 당뇨병을 조기에 진단할 수 있고 발병 후 관리를 쉽게 할 수 있다.
연구팀은 얇은 껍질이 겹겹이 둘러싸인 다공성 산화주석(SnO2) 센서소재에 백금 나노입자 촉매가 균일하게 도포된 1차원 나노섬유를 대량 제조하는 기술을 개발했다. 이 소재의 표면에 아세톤 가스가 흡착될 때 전기저항 값이 변화하는 120ppb급 아세톤 농도 검출용 센서에 적용해 날숨진단센서를 개발했다. 개발한 나노섬유 센서는 1000ppb급 아세톤 농도에서 소재의 저항 값이 최대 6배 증가해 당뇨병을 진단할 수 있음이 입증됐다.
이와 함께 7.6초의 매우 빠른 아세톤 센서 반응속도를 나타내 실시간 모니터링이 가능해져 상용화에 대한 기대를 높였으며, 전기방사 기술로 제조해 나노섬유형상을 쉽게 빠르게 대량생산할 수 있는 게 큰 장점이다.
연구팀이 개발한 날숨진단센서는 사람의 호흡가스 속에 포함된 다양한 휘발성 유기화합물의 농도를 정밀하게 분석할 수 있다. 따라서 당뇨병은 물론 향후 폐암, 신장병 등의 질병을 조기에 진단하는데 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
김일두 교수는 이번 연구에 대해 “ppb급 농도의 날숨 휘발성 유기화합물 가스를 실시간으로 정밀하게 진단하는 나노섬유 센서를 당뇨병 또는 폐암 진단용 감지소재로 이용하면 다양한 질병을 조기에 검출하고 관리하는 일이 가능해질 것”이라고 말했다.
김 교수는 향후 다양한 촉매와 금속산화물 나노섬유의 조합을 통해 많은 종류의 날숨가스를 동시에 정확하게 진단하는 센서 어레이(array)를 개발해 상용화를 앞당길 계획이다.
미래창조과학부 글로벌프린티어사업 스마트 IT 융합시스템 연구단의 지원을 받은 이번 연구는 KAIST 신소재공학과 신정우 학부생(2월 졸업), 최선진 박사과정 학생, 박종욱 교수, 고려대학교 신소재공학과 이종흔 교수가 참여했다.
그림1. 날숨진단센서 어레이(우측)와 날숨진단센서 크기 비교(좌측 상단)
그림2. 나노섬유 센서들이 어레이로 구성된 당뇨진단 센서 이미지
그림3. 날숨 가스들을 분석하는 질병진단 분석기의 소형화 및 실시간 분석
그림4. 주석산화물 나노섬유를 이용한 당뇨진단 센서 이미지
2013.05.30 조회수 23415 -
이정용 교수, 이달의 과학기술자상 수상
이정용 교수
액체 내의 수많은 반응 메카니즘을 규명할 수 있는 기술을 개발한 우리 학교 신소재공학과 이정용 교수가 "이달의 과학기술자상" 2월 수상자로 선정됐다.
이 교수는 세계 최초로 액체 시료를 그래핀(graphene)에 밀봉하는 기술을 개발해 액체 내에서 나노입자가 성장하는 과정을 원자 단위에서 실시간으로 관찰하는 데 성공한 공로를 인정받았다.
그래핀이란 탄소 원자가 벌집 모양의 육각형 형태로 연결된 2차원 평면 구조를 이루는 물질로 구리보다 100배 이상 전기 전도성이 우수해 "꿈의 신소재"로 불린다.
일반적으로 전자현미경은 광학현미경보다 수천배의 배율을 가지고 있어 원자 단위까지 관찰이 가능하지만 고체상태의 시료만 관찰이 가능했다.
전자와 공기가 만나 산란하는 현상을 방지하기 위해 전자현미경 내의 전자빔이 지나가는 길이 모두 진공으로 유지되는데, 액체 시료는 진공 속에서 모두 증발해 관찰이 불가능하기 때문이다.
하지만 나노재료 제조, 전기화학·촉매 반응, 인체·동식물 세포 속의 반응과 같은 수많은 반응들은 액체 내에서 일어나거나 액체를 포함한 반응들이다.
따라서 이번 이 교수가 개발한 기술은 액체 내에서 일어나는 과정을 원자 규모로 관찰할 수 있는 길을 열어준 셈이다.
이 교수의 연구 성과는 지난해 4월 학술지 사이언스(Science)에 게재됐으며, 사이언스지의 "디스 위크(This week)", "전망(Perspectives)", 네이처지의 "주목받는 연구(Research Highlights)"에도 소개되었고, BBC 등 유명 해외 언론매체에도 보도된 바 있다.
이와 함께 그는 지난 20여 년간 미세구조에서 나타나는 현상들을 원자단위에서 규명하는 연구를 통해 과학인용색인(SCI) 등재 국제학술지에 450여편의 논문을 게재해왔으며 7편의 저서를 편찬하는 등 활발한 연구 업적을 보이고 있다.
현재까지 발표한 다수 논문들은 사이언스, 나노 레터스(Nano Letters), 첨단기능재료들(Advanced Functional Materials)와 같은 권위 있는 학술지에 실려 지금까지 총 피인용 횟수 3600회 이상, 31회 이상 피인용된 논문이 31편에 달하는 등 업적을 쌓았다.
이 밖에도 그는 이같은 공로를 인정받아 ▲2012년 한국세라믹학회의 학술상 ▲2012년 올해의 KAIST인상을 받는 영예를 얻었다.
이 교수는 "그동안 베일에 싸여있던 액체 내에서 일어나는 많은 과학 현상들을 원자단위로 규명해 우리의 생활을 더 편리하거나 이롭게 하는 데 최선을 다하겠다"고 수상소감을 말했다.
2013.02.06 조회수 16528 -
그래핀의 기계적 특성 세계 최초로 규명
- KAIST 박정영·김용현 교수 연구팀, 그래핀의 마찰력 제어기술 개발과 나노수준 마찰력이론 정립 -
- 나노분야 권위지 나노 레터스 6월 21일자 온라인판 게재 -
우리 대학 연구진이 차세대 ‘꿈의 신소재’로 불리는 그래핀의 기계적 특성을 밝히고 제어하는 데 성공했다.
우리 학교 EEWS대학원 박정영 교수가 나노과학기술대학원 김용현 교수와 공동으로 하나의 원자층으로 이루어진 그래핀을 불소화해 마찰력과 접착력을 제어하는 데 성공했다고 2일 밝혔다.
원자단위에서 그래핀에 대한 마찰력의 원리를 규명하고 제어하는 데 성공한 것은 이번 연구가 세계에서 처음인데 앞으로 나노 크기의 로봇 구동부 등 아주 미세한 부분의 윤활에 응용될 수 있을 것으로 기대된다.
그래핀은 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하면서도 구부려도 전기전도성이 유지돼 실리콘 반도체를 대체할 차세대 전자소자는 물론 휘어지는 디스플레이, 입는 컴퓨터 등 다양한 분야에 활용될 수 있어 ‘꿈의 신소재’로 불린다.
또 강철보다 200배 이상 강한 물성을 갖고 있어 기계 분야에도 응용가능성이 매우 높은 반면 마찰력과 접착력 등과 같은 기계적 성질에 대해서는 몇 가지 미해결 과제로 남아있었는데 이번 연구를 통해 상당부분 해소될 수 있을 것으로 전망된다.
박 교수 연구팀은 그래핀을 플루오르화크세논(XeF₂) 가스에 넣고 열을 가해 하나의 원자층에 불소 결함을 갖고 있는 불소화된 개질 그래핀을 얻어냈다.
개질된 그래핀은 초고진공 원자력현미경에 넣고 마이크로 탐침을 사용, 시료의 표면을 스캔해 마찰력과 접착력 등의 역학적 특성을 측정했다.
연구팀은 실험 결과를 바탕으로 불소화된 그래핀은 기존보다 6배의 마찰력과 0.7배의 접착력을 나타내는 것을 밝혀냈다.
이와 함께 전기적인 측정을 통해 불소화를 확인하고 마찰력과 접착력의 원리를 분석해내 그래핀의 마찰력 변화에 대한 이론을 정립했다.
박정영 교수는 “꿈의 소재로 알려진 그래핀은 나노 스케일 기기의 구동부 윤활에 쓰일 수가 있어 이번 연구는 그래핀 기반의 작은 역학구동소자의 코팅 등의 응용을 가질 수 있다”고 말했다.
한편, 이번 연구 성과는 나노과학분야 권위 있는 학술지 ‘나노레터스(Nano Letters)" 6월 21일자 온라인판에 게재됐으며 교육과학기술부와 한국연구재단이 추진하는 WCU(세계수준의 연구중심대학)육성사업과 중견 연구자지원사업의 지원을 받았다.
2012.07.02 조회수 18789