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신개념 나노발전기 원천기술 개발
- 나노복합체 이용해 복잡한 공정과 고비용 문제 해결 -- 어드밴스드 머터리얼스 6월호 표지논문 게재 - 우리 학교 연구진이 나노복합체를 이용해 나노발전기를 적은 비용으로도 대면적으로 만들 수 있는 원천기술 개발에 성공했다. 우리 대학 신소재공학과 이건재 교수 연구팀이 나노복합체를 이용한 신개념 나노발전기 원천기술을 개발해 재료분야 세계적 학술지인 ‘어드밴스드 머터리얼스(Advanced Materials)’ 6월호 표지논문에 게재됐다. 이번에 개발된 기술은 간단한 코팅 공정을 통해 만들어 비용을 획기적으로 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 넓은 면적도 쉽게 제작 가능해 공정이 복잡했던 기존의 한계를 극복해냈다는 평가를 받고 있다. 나노발전기는 나노 크기(10억분의 1m)의 물질을 사용해 전기를 생산하는 발전기로, 압전 물질에 압력이나 구부러짐 등과 같은 물리적 힘이 가해질 때 전기가 발생하는 특성인 ‘압전 효과’를 이용한다. 압전 효과를 이용하는 발전기술은 2009년 MIT가 선정한 10대 유망기술에 선정됐으며, 2010년 미국의 유명한 과학월간지 파퓰러사이언스(Popular Science)가 선정한 세계를 뒤흔들 45가지 혁신기술에 포함되기도 했다. 나노발전기 개발을 위한 압전 물질은 2005년 미국 조지아공대 왕중린 교수팀이 세계 처음으로 나노발전기 개념을 제시하면서 적용한 ‘산화아연(ZnO)’이 유일했다. 2010년 KAIST 신소재공학과 이건재 교수 연구팀은 산화아연보다 15~20배 높은 압전 특성을 갖고 있는 세라믹 박막물질인 ‘티탄산화바륨(BaTiO3)’을 이용해 나노발전기 효율을 한층 업그레이드 시킨데 이어, 이번에는 나노복합체를 이용해 간단한 공정으로 제작하는 데 성공해 적은 비용으로도 넓은 면적의 나노발전기를 구현해낼 수 있게 됐다. 연구팀은 수백 나노 크기의 고효율 압전 나노입자인 ‘티탄산화바륨’과 비표면적이 크고 전기 전도성이 높은 ‘탄소나노튜브’ 또는 ‘산화 그래핀(RGO)’을 폴리머(polydimethylsiloxane, PDMS)와 섞은 후 간단한 코팅공정을 통해 넓은 면적의 나노발전기 제작에 성공했다. 이건재 교수는 “압전효과를 바탕으로 한 ‘나노자가발전 기술’은 적은 기계적 힘만으로도 전기를 생산할 수 있어 차세대 에너지 기술로 각광을 받고 있지만, 기존 기술은 제작공정이 복잡하고 고가의 비용문제 및 소자크기의 한계성을 극복하지 못했다”고 말했다. 아울러 “이번에 개발된 기술에 패키징 및 충·방전 기술을 융합하면, 반영구적으로 자가발전 및 저장이 가능한 새로운 형태의 에너지 시스템 개발에 응용될 수 있다“고 덧붙였다. 한편, 이번 기술은 해외 1건, 국내 2건의 특허가 출원 및 등록됐다. <동영상>http://www.youtube.com/watch?v=90rk7G3t30k&feature=player_embedded 압전 나노복합체 제작공정과 소자를 다양한 방법으로 구부릴 때마다 전기가 발생하는 것을 보여주는 동영상 ※응용사례 - 에너지블럭(부산 서면역 적용) 지하철 선로에 압전소자를 적용해 전동차 운행으로 얻어지는 진동을 통해 발전하는 장치로 국내 최초의 압전에너지 상용화 제품http://blog.naver.com/ioyou64?Redirect=Log&logNo=130093513496 - 이스라엘은 고속도로에 압전발전기를 적용해 발생되는 전기로 가로등을 밝히고 있음 - 필립스는 사람이 리모컨 버튼을 누르는 힘만으로 전기를 생산해 배터리가 없어도 작동되는 리모컨 개발 - 수 많은 나노 발전기를 겹쳐 옷감 형태로 만든 재킷을 입으면 단순히 걷는 것과 같은 일상생활만으로도 휴대전화나 MP3 등을 충전할 수 있을 것으로 예상됨 - 아주 작은 전원만으로도 몸속에서 독자적인 임무를 수행하는 나노센서 개발가능 ※그림설명 그림1. 압전 나노입자를 포함하는 복합물질에서 구부림에 의해 전기가 생성되는 것을 보여주는 그림. 그림2. 구부러질 때마다 전기를 만드는 나노복합체 기반의 자가발전기(논문표지)
2012.06.12
조회수 15901
[노동의 종말] 저자 제레미 리프킨 초청 특강열어
- KAIST, 9일 오후 5시 대강당에서 - 서남표 KAIST 총장은 9일 오후 5시 대전 본원 대강당에서 세계적인 베스트셀러 작가이자 철학자인 제레미 리프킨(Jeremy Rifkin) 워싱톤시 경제동향연구재단 이사장을 초청해 ‘3차 산업혁명과 우리의 미래’라는 주제로 특강을 개최한다. 이번 강연은 일반인에게도 개방되며 강연 1시간 전부터 선착순으로 입장권을 배부한다. 제레미 리프킨은 자연과학과 인문과학을 넘나들며 자본주의 체제 및 인간의 생활방식, 현대 과학기술의 폐해 등을 날카롭게 비판해 온 행동주의 철학자인데 ‘엔트로피’, ‘육식의 종말, ’노동의 종말‘, ’소유의 종말‘, ’3차 산업혁명‘, ’바이오테크 시대‘, ’생명권 정치학‘ 등 세계적인 베스트셀러 저자로도 유명하다. KAIST 세계 명사초청 강연의 일환으로 이뤄지는 이날 특강에서 제레미 리프킨은 화석연료와 대량생산 경제를 바탕으로 전개됐던 2차 산업혁명 단계가 종식되고 인터넷 기술과 재생에너지가 합쳐져 강력한 ‘3차 산업혁명’이 발생하는 과정을 설명하고 이에 대한 정부와 기업, 시민사회, 대학 등의 현명한 대처방안에 대해 제안한다. 제레미 리프킨은 1945년생으로 펜실베니아대 와튼스쿨에서 경제학을, 터프츠대학의 플레처 법과대학원에서 국제관계학을 공부했고 1994년부터 펜실베니아대학 와튼스쿨 최고경영자 과정의 교수로 재직하면서 과학기술의 새로운 조류와 세계 경제 및 사회, 환경 등에 미치는 영향에 대해 강의하고 있다.
2012.05.08
조회수 11424
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
조회수 16498
에너지 빈곤층에 따뜻한 섬광을
KAIST 여예원(25·기술경영전문대학원 기술경영학과 1년차), 김지나(22·건설및환경공학과 및 경영과학과 4학년), 김주만(24·산업시스템공학과 및 경영과학과 4학년), 김재훈(24·에너지환경물지속가능대학원 2년차) 학생이 적정기술을 이용한 사회적 기업을 창업하기 위해 동분서주하고 있다는 내용의 기사가 한겨레신문 10월 12일(수) 자에 소개됐다. 이들이 만들려는 제품은 지붕이나 벽 등에 설치해 태양열을 모은 뒤 방 안으로 온풍을 넣어주는 장치로 카이스트랩(K-Lab)과 에스케이 행복나눔재단이 공동주최한 ‘제1회 적정기술 사회적 기업 페스티벌’의 사업계획서 공모전에서 대상을 받으면서 시작됐다. 의기투합한 네 사람은 ‘번쩍이는 빛’과 ‘섬기는 빛’이라는 두가지 의미를 지닌 ‘섬광’이라는 회사 이름을 만들고 해외의 사회적기업을 탐방하면서, 적은 예산으로 커다란 행복을 가져다 줄 수 있는 아이디어를 마련해 앞으로 에너지 빈곤층에게 희망을 줄 수 있는 사회적기업을 만드는 것을 목표로 하고 있다. 다음은 한겨레신문 기사 : "에너지 빈곤층에 따뜻한 섬광을" 카이스트생 뭉쳤다
2011.10.17
조회수 10207
박정영 교수, 핫전자 태양전지 원천기술 개발
- Nano Letters 발표, “에너지 손실을 최소화한 핫전자 태양전지 개발 가능성 열어”- 태양광을 흡수하여 생성되는 핫전자 태양전지 원천기술이 국내 연구진에 의해 개발되었다. 우리 학교 EEWS 대학원 박정영 교수(41세, 교신저자, 지속가능한 에너지공학기술사업단 해외학자)가 주도한 이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 오세정)이 추진하는 WCU(세계수준의 연구중심대학)육성사업과 중견연구자지원사업의 지원을 받아 수행되었고, 연구결과는 나노과학 분야의 권위 있는 학술지인 ‘Nano Letters’ 온라인 속보(9월 14일)에 게재되었다. (논문명 : Surface Plasmon-Driven Hot Electron Flow Probed with Metal-Semiconductor Nanodiodes) 박정영 교수팀은 태양광을 흡수하여 생성되는 핫전자와 표면플라즈몬의 상관관계를 규명하였다. 박 교수팀은 금속박막과 산화물 반도체로 이루어진 나노다이오드를 이용해 빛에 의해 표면에 여기된 핫전자를 검출하고, 나노다이오드 금속박막의 표면처리를 통해 수십 나노미터 크기의 나노섬 형태로 변형하였는데, 이러한 나노섬은 표면플라즈몬을 보여준다. 연구팀은 나노다이오드에 검출된 핫전자를 측정하여 표면플라즈몬에 의한 핫전자의 증폭을 관찰하였다. 이는 표면플라즈몬이 핫전자의 생성을 극대화시키고, 이 원리는 태양전지의 효율을 높이는데 활용될 수 있다. 이 연구에는 EEWS 대학원의 이영근 석사과정생 (제 1저자)와 정찬호 박사과정생 (제 2저자) 이 참여하였다. 박정영 교수는 “핫전자를 정확히 이해하고 측정하는 것은 에너지 손실과정을 근본적으로 이해할 수 있도록 도와준다는 점에서 표면과학 및 에너지공학에서 매우 중요하다. 이번 핫전자 원천기술의 개발은 핫전자를 이용한 고효율 에너지 전환소자 개발에 응용이 될 수 있다”고 연구의의를 밝혔다. <그림>표면플라즈몬에 의해서 증폭된 핫전자의 측정을 위한 나노다이오드의 구조
2011.10.06
조회수 17256
탄소나노튜브로 물이 스스로 빨려 들어가는 현상 원인 규명
- PNAS 발표, “효율성을 극대화한 차세대 해수 담수화막 활용 가능 기대”- 지금까지 현상만 알려졌을 뿐 그 원인이 정확히 설명되지 못했던, 물을 싫어하는 탄소나노튜브* 안으로 물이 스스로 빨려 들어가는 ‘반직관적 실험 현상’이 국내 연구진에 의해 규명되었다. *) 탄소나노튜브 : 각 탄소가 3개의 다른 탄소와 결합되어 있는 흑연의 탄소 원자 배열과 같은 모양(6각형의 벌집모양)을 가지면서, 원통형으로 말아서 튜브 형태로 만든 나노(10억분의 1미터) 구조체 우리 학교 EEWS 대학원 정유성 교수가 주도하고, 캘리포니아공대 윌리엄 고다드 교수가 참여한 이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 오세정)이 추진하는 WCU(세계수준의 연구중심대학)육성사업의 지원(지속가능한 에너지 공학기술사업단)을 받아 수행되었다. 이번 연구결과는 자연과학분야의 권위 있는 학술지인 ‘미국립과학원회보(PNAS)’ 7월 19일자에 게재되었고, 한 주간에 흥미로운 연구결과들을 별도로 소개하는 "This Week in PNAS", ’C&EN News" 및 "Nature Materials"의 "Research Highlights"에 선정되는 영예를 얻었다. (논문명 : Entropy and the driving force for the filling of carbon nanotubes with water) 정유성 교수팀은 물을 싫어하는 탄소나노튜브 안으로 물이 스스로 빨려 들어가는 반직관적인 실험현상의 원인이 물 분자 간의 수소결합 때문으로, 나노채널과 같은 제한된 나노공간에서는 물의 무질서도가 증가하기 때문에 발생한다는 사실을 분자동력학 계산을 통해 밝혀냈다. 일반적으로 분자가 자유로운 액체 상태에서 제한된 나노 크기에 갇힐 경우, 무질서도와 화학결합이 감소되면서 불안정한 상태가 될 것으로 예상했지만, 연구팀은 탄소나노튜브에 갇힌 물의 경우 제한된 공간에서 물 분자 간의 수소결합이 약해지면서 밀도가 낮아지고, 오히려 무질서도가 증가하여 더욱 안정되는 특이한 현상을 나타낸다는 사실을 확인하였다. 특히 연구팀은 1.1과 1.2 나노미터의 지름을 갖는 나노튜브에서는 실온(섭씨 25도)임에도 불구하고 물이 얼음과 같은 구조를 띄는 현상도 관찰하였다. 정유성 교수는 “이번 연구는 계산과학이 실험측정만으로 설명하기 어려운 나노크기의 제한된 공간에서 나타나는 다양한 현상을 규명한 좋은 예”라고 정의하고, ‘’기존의 역삼투압 막에 비해 탄소나노튜브 내에서는 물의 수송속도가 현저히 빨라 에너지 효율적인 차세대 해수 담수화막을 효율적으로 설계하는데 기여할 것”이라고 연구의의를 밝혔다.
2011.07.27
조회수 13888
서남표 총장, ‘2011 세계경제포럼 유럽중앙아시아회의’ 참석
우리 학교 서남표 총장이 2011년 세계경제포럼 유럽중앙아시아회의에 초청받아 7일 ‘에너지산업제휴전략회의(Energy Industry Partnership Strategy Meeting)’에서 주최하는 주제별 워크숍에서 KAIST의 대표적인 연구개발사업인 ‘무선충전 전기자동차(Online Electric Vehicle, OLEV)’를 소개한다. 2011년 세계경제포럼 유럽중앙아시아회의(World Economic Forum on Europe and Central Asia)는 ‘혁신을 위한 도전(Expanding the Frontiers of Innovation)’이라는 주제로 6월 8일부터 9일까지 오스트리아(Austria) 빈(Vienna)에서 개최된다. ‘에너지산업제휴전략회의’는 본 회의 개막 전에 열리는 비공개 특별회의로 6월7일 하루 동안 진행된다. 이 전략 회의에는 ABB 유럽, 셰브런(Chevron Corporation), 쿠웨이트석유회사(Kuwait Petroleum Corporation), 미쯔비시(Mitsubishi Corporation), 토시바(Toshiba Corporation), 유럽위원회(European Commission), 네델란드 외교부(Ministry of Foreign Affairs of the Netherlands), 국제관계유럽위원회(European Council on Foreign Relations), 국제지속개발연구소(International Institute for Sustainable Development), 유럽기후재단(European Climate Foundation) 등 전 세계 에너지기업, 정부기관, 연구소, 비영리단체를 포함해 60여개의 단체가 참석한다. 서 총장은 ‘에너지 분야에서의 혁신기술 워크숍(Workshop: Disruptions and Innovations in the Energy Sector)’에서 교통, 전기, 전력망(grid management) 등 에너지산업 분야의 발전을 가져올 수 있는 ‘파괴적인 기술(disruptive technologies)’ 개발의 필요성과 KAIST의 OLEV 프로젝트를 사례로 들어 한국에서 진행되고 있는 혁신기술 연구개발(R&D) 노력에 대해 언급한다. 특히, 이번 워크숍에는 에너지, 화학, 모빌리티(mobility), 정보통신 분야 등 대다수 에너지 관련 산업체가 참여해 눈길을 끈다. 워크숍 참석자들은 수소연료개발을 위한 나노기술, 전력망 보완을 위한 보조 배터리개발, 전기차 무선충전기술(induction charging), 배터리 보존 방안 등 미래 에너지산업에 변화와 발전을 가져올 ‘혁신기술 연구개발(R&D) 동향과 전망’에 대한 주제별 발표 후 심도 있는 토론을 벌일 예정이다. 세계최초로 KAIST가 개발한 OLEV는 도로 밑바닥(15cm)에 매설된 전선에서 발생하는 자기장을, 차량 하부에 장착된 집전장치를 통해 비접촉(공극간격 20cm 이상)으로 ‘전기에너지’를 전달받아 운행하는 새로운 개념의 친환경 전기 자동차이다. OLEV를 대표하는 핵심기술은 공진상태에서 자기장을 형상화하는 SMFIR이다. SMFIR은 Shaped Magnetic Field in Resonance의 이니셜을 따서 만든 신조어다. KAIST OLEV는 정차 중 무선충전뿐 아니라 주행 중에도 실시간으로 대용량의 에너지를 전달받기 때문에 사용자 편의성을 극대화하였고, 별도의 충전소가 필요 없으며, 기존 배터리 충전형 전기자동차 대비 배터리의 용량을 1/5수준으로 줄여 경제성은 물론 전기자동차 상용화를 앞당길 기술로 평가받고 있다. 융복합연구개발로 기존 전기자동차의 기술적 한계를 극복한 OLEV 시스템은 친환경적이고 경제적이며, 국내 자동차, 건설, IT 융합산업을 활성화시킬 것이다. 또한, 혁신적인 원천기술 개발로 세계 전기자동차 시장을 선점하고 신규 고용창출을 가져올 것으로 기대돼 녹색성장의 신 동력원으로서 국가 경제발전에도 크게 기여할 것이다.
2011.06.06
조회수 13136
인공 광합성 핵심기술 구현
- 메탄, 메탄올 등 친환경적인 석유 연료 및 꿈의 자원인 수소 생산 길 열어 - 에너지 환경 분야 저명 학술지 ‘ Energy & Environmental Science’ 1월호 온라인 판 게재 우리학교 강정구 교수 연구팀은 이중금속으로 구성된 다전자 광촉매 물질을 합성해 인공광합성 기술을 구현하는 데 성공했다. 이 연구결과는 에너지 환경분야의 저명한 학술지인 ‘에너지 앤 인바이런먼털 사이언스(Energy and Environmental Science)’지 온라인 판(Advance Article)에 지난 8일 게재됐다. 인공광합성 구현의 핵심기술은 물로 태양에너지의 대부분을 차지하고 있는 가시광 영역에서 효율적으로 양성자를 발생시키는 기술을 확보하는 것이다. 이 양성자는 지구 온난화의 주범인 이산화탄소와 반응해 메탄, 메탄올 등 친환경적인 석유연료를 만들 수 있다. 또한, 이 양성자 자체를 결합해 인류의 꿈의 자원인 수소 등을 효율적으로 생산할 수 있다. 기존의 다양한 광촉매 소재들은 태양에너지의 일부영역인 자외선 영역과 고가의 백금 조촉매를 사용할 경우에만 물로부터 양성자를 생성시키는 것이 가능했다. 그러나 태양광 중에서 가장 풍부한 가시광 영역에서는 거의 양성자를 생성할 수 없는 한계를 갖고 있었다. 강 교수팀은 타이테니늄 원자를 저가 산화물인 니켈 옥사이드 층상 구조에 니켈을 일부 치환시켜 이중금속으로 구성된 다전자 광촉매 물질을 합성하는 데 성공했다. 또한, 이중금속 다전자 층상 구조는 가시광 영역의 빛을 흡수할 수 있는 이종 금속의 한쪽 금속 전자가 기저상태에서 인접한 산소와 결합하고 있는 다른 쪽의 금속에 터널링을 통해서 전자 이동이 비가역적으로 이뤄져 가시광 태양빛을 효율적으로 흡수할 수 있다는 것을 확인했다. 이중금속 물산화 광촉매 물질은 태양광의 대부분을 차지하는 가시광 영역에서 효율적으로 물을 산화해 산소가 발생하는 것을 확인했다. 이를 통해 물로부터 산소 발생 후 물에는 양성자가 생성되게 된다. 이번 연구결과는 광반응에서 생성된 양성자와 지구온난화 등의 문제가 되는 이산화탄소와의 추가적인 광반응을 통해 메탄, 메탄올 등의 청정연료로 변환하는 기술로도 응용이 가능하다. 강 교수는 “이중금속 조합에 따른 전자구조의 디자인을 통해, 태양광 하에서 수소와 같은 청정에너지를 생산하는 기술로도 활용이 기대 된다”며“녹색성장의 기반 기술로 응용이 가능할 것으로 전망되어 궁극적으로는 지구온난화의 주범인 이산화탄소를 저감 시킬 뿐만 아니라 자원화 해 석유 자원을 대체할 수 있는 길을 열어 놓았다는 데 큰 의의가 있다”고 밝혔다.
2011.01.19
조회수 12077
왕세원 학생, 반도체설계대전 국무총리상 수상
-AM OLED 패널을 위한 고효율 Single Inductor Boost/Buck Inverting Flyback Converter 개발 우리학교 전기및전자공학과 회로설계 및 시스템응용랩(지도교수: 조규형) 박사과정에 재학 중인 왕세원 학생이 최근 특허청이 주관한 ‘제11회 대한민국 반도체 설계대전’ 아날로그 부문에서 1위를 차지해 지난달 16일 서울 한국발명진흥회 국제회의실에서 열린 시상식에서 국무총리상을 수상했다. 왕세원 학생은 이번 설계대전에서 DC/DC 컨버터의 일종인 ‘하이브리드 에너지 전달 매개체와 Multi-Level Gate Driver를 이용한 AM-OLED 패널 전원용 고효율 Single Inductor Boost/Buck inverting Flyback(SIBBIF) 컨버터’를 출품해 상용화된 Single-Inductor Bipolar-Output(SIBO) 컨버터에 비해 최대 출력을 증가시키고 효율을 개선했다. AM-OLED 패널의 전원은 일반적으로 양전압과 음전압을 사용하는 데 기존의 상용화된 DC/DC 컨버터의 경우에는 인덕터를 두 개를 사용해 Boost 컨버터와 Inverting Flyback 컨버터로 양전압과 음전압을 각각 만들게 된다. 이러한 경우에는 수동소자 중에서 가격이 가장 비싼 인덕터를 두 개 사용함으로써 비싸고, 또 PCB의 실장면적을 증가시키는 단점이 있다. 그래서 Texas Instrument사에서는 인덕터 하나를 사용해 양전압과 음전압을 모두 생성하는 SIBO 컨버터를 개발했는 데 구조상 효율이 낮을 수 밖에 없는 한계가 있었다. 이번 연구성과에서는 인덕터 하나를 사용해 양전압과 음전압을 모두 생성함으로써 IC의 비용을 절감시키는 효과가 있을 뿐만 아니라 에너지 전달 매개체로써 인덕터와 캐패시터를 동시에 사용해 인덕터의 첨두 전류를 줄이고, Multi-Level Gate Driver를 사용하여 TI사 컨버터의 낮은 효율(최대 효율 75%)보다 10%이상 개선 된 87.1%의 최대 효율을 얻는 성과를 이뤘다. 한편, 왕세원 학생은 지난 10월 삼성전기가 주최한 제6회 삼성전기 1nside edge 논문대상에서 AM-OLED 패널 전원용 DC/DC 컨버터의 주제로 은상을 수상한 바 있다. [그림.1] AM-OLED 패널 전원용 고효율 SIBBIF 컨버터
2011.01.07
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나노튜브를 이용한 유기태양전지 효율 향상 기술 개발
우리학교 신소재공학과 김상욱 교수팀과 전기및전자공학과 유승협 교수팀이 탄소나노튜브를 유기태양전지에 적용해 에너지 변환효율을 크게 향상시키는데 성공했다. 이 연구결과는 재료공학의 세계적 학술지인 어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)지 최신호(11월 30일, 화) 온라인 판에 게재됐다. 반도체고분자의 광반응을 통해 전기에너지를 생산하는 유기태양전지는 고가의 실리콘을 사용하지 않아 가격이 저렴하다. 또한, 잘 휘고 투명해 여러 분야에 적용 가능한 미래 친환경 에너지원이다. 이 전지는 휴대 전자기기나 스마트 의류, BIPV(Building Integration Photovoltaic : 건물 외피에 전지판을 이용하는 건물 외장형 태양광 발전) 등 다양한 분야에 응용이 기대된다. 유기태양전지가 다른 태양전지에 비해 효율이 낮은 중요한 이유 중 하나는 태양빛을 받아 전자와 정공을 형성시키는 반도체고분자의 수송특성이 낮아 생성된 전자나 정공이 효율적으로 외부로 전달되지 못한다는 점이다. 이러한 문제를 해결하기 위해 반도체고분자의 수송특성을 향상하려는 다양한 연구들이 전 세계적으로 진행되어 왔다. 특히, 탄소나노튜브나 나노와이어 등을 이용해 전자나 정공의 빠른 수송 경로를 제공해주는 방법이 꾸준히 연구되어 왔다. 그러나 이들 연구에서는 전자와 정공이 동시에 탄소나노튜브나 나노와이어에 주입되어 자기들끼리 재결합 함으로써, 결국 외부에서 채집되는 전류가 증대되지 못하거나 오히려 감소하는 고질적인 문제가 발생했다. 이러한 문제를 포함해 유기태양전지들은 상용화하기에는 아직 낮은 광변환 효율을 보여 이에 대한 성능향상이 시급히 요구되어 왔다. KAIST 연구팀은 유기 태양전지의 반도체고분자에 붕소 또는 질소 원소로 도핑된 탄소나노튜브를 적용해 전자나 정공 중 한쪽만을 선택적으로 수송하도록 함으로써 이들의 재결합을 막아 유기태양전지의 효율을 33%까지 크게 향상시키는데 성공했다. 또한 도핑된 탄소나노튜브는 유기용매 및 반도체고분자내에서 매우 쉽고 고르게 분산되는 특성을 보여 기존의 값싼 용액공정을 그대로 사용해 효율이 향상된 태양전지를 만들 수 있음을 확인했다. 이 연구결과로 반도체고분자가 이용되는 유기트랜지스터나 유기디스플레이 등 다양한 전자기기의 성능향상도 가능할 것으로 기대된다. 김상욱 교수는 “이번 연구결과를 통해 나노소재 기술이 유기태양전지의 성능향상에도 크게 기여할 수 있음을 알아냈다”며 “앞으로 나노소재 기술을 이용한 차세 대 에너지개발을 위한 연구에 노력하겠다”고 말했다. 이번 연구는 KAIST EEWS(Energy, Environment, Water, and Sustainability)연구사업의 지원을 받아 김상욱, 유승협 교수의 지도하에 박사과정 이주민 학생이 진행했다.
2010.12.07
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EEWS 국제 학술대회 개최
- 21세기 글로벌 이슈(EEWS)에 대비한 신기술 교류의 장 - - 녹색성장을 위한 세계각국의 정책 및 연구 진행 상황 점검과 미래조망 - - 7일과 8일, KAIST KI빌딩 퓨전 홀에서 열려 - 우리학교는 7일과 8일 양일간에 걸쳐 KI빌딩 퓨전 홀(Fusion Hall)에서 ‘EEWS 신산업 창출’이라는 주제로 ‘2010 EEWS(Energy, Environment, Water, Sustainability) 국제 학술대회’를 개최한다. 올해로 세 번째를 맞는 이번 학술대회에서는 마크 섀넌(Mark Shannon) 미국과학재단(NSF)연구소장 겸 일리노이대 교수, 도멘 도쿄대 교수, 김동섭 SK에너지기술원장, 승도영 GS칼텍스 연구소장 등을 비롯한 40여명의 국내·외 산업계 및 학계 전문가들이 참석한다. 이번 학술대회에서는 12개 세션에서 인공광합성, 차세대 LED, 무선 전력송신, 안전한 원자력기술, 유연한 배터리와 유기태양광, 녹색항공, 담수기술, 연료전지에 대한 발표와 토론을 진행한다. 이재규 EEWS 기획단장은 “이번 학술대회는 녹색성장을 위한 세계 각국의 EEWS에 관한 정책 및 연구 진행 상황 등 관련 기술의 미래를 내다볼 것”이라며, “선도적인 연구자들과 협력관계를 형성하는 기회가 됐으면 좋겠다”고 말했다. EEWS란 에너지 고갈, 환경오염, 물부족 및 지속성장 가능성 등 21세기 인류가 직면하고 있는 글로벌 이슈의 해결을 위해 KAIST가 추진하고 있는 연구프로젝트다.
2010.10.07
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온라인전기자동차 미국시장 진출 본격착수
우리학교가 개발한 온라인전기자동차(Online Electric Vehicle, OLEV)의 미국시장 진출이 본격적으로 착수됐다. 서남표 총장은 지난 24일 유타(Utah)주 파크시티(Park City)를 방문해 지난 8월 KAIST 온라인전기자동차사업단과 의향서(Letter of Intent)를 체결한 미국 유타주립대학교 부설 연구기관인 에너지 다이내믹스 연구소(Energy Dynamics Lab, EDL)와 온라인전기자동차 기술 적용에 대한 구체적 방안을 협의했다. 또한, 이번 방문에서 유타주 파크시티에 온라인전기차 기술을 활용하는 시범사업에 대해 논의했다. 온라인전기자동차 기술은 KAIST가 제공하고 시스템 구축은 KAIST와 EDL이 공동으로 수행하는 것으로 양측은 합의했으며, 유타 주 내 표준 및 인증절차, 외부 환경(날씨, 온도 등)에 따른 대처, 급전 설비 설치구간, 부품공급, 전력 수급 방안, 사업계획 등을 논의했다. 시범사업이 추진될 파크시티는 2002년 솔트레이크 시티 동계올림픽의 주요경기가 열린 Olympic Park가 있는 도시로, EDL은 KAIST의 비접촉 충전기술을 시범사업에 적용하는 ‘전기차 무선첨단충전(Wireless Advanced Vehicle Electrification, WAVE)프로젝트’를 파크시티 의회에 제출했으며, 시의회에서는 만장일치로 이를 승인한 바 있다. 이번 프로젝트의 전체 예산은 30~50억 원이 소요될 것으로 보인다. 예산 확보를 위해 파크시티의 초기 지원금에 추가해 미국 에너지성(DOE) 등 연방 연구자금을 지원받을 계획이며, 개인․기관 등의 투자자들과도 접촉해 상당한 공감대를 형성했다. 이를 위해 KAIST와 EDL은 유타주 농구 팀인 재즈(JAZZ) 소유주 겸 밀러 모터 스포츠 파크(Miller Motor Sports Park) 소유주인 브라이언 밀러(Bryan Miller)를 만나 KAIST 온라인전기자동차에 대해 소개했다. 브라이언은 상용화가 가능한 기술 수준을 이룬 KAIST에 찬사를 보내면서 투자 의향을 적극적으로 내비쳤다. 서 총장은 파크시티 시장 다나 윌리엄스(Dana Williams)와 함께 파크시티에 설치된 디젤엔진 열차인 트롤리를 시승했고, 윌리엄스 시장은 온라인전기자동차 도입의사를 재표명했다. 윌리엄스 시장은 “파크시티는 미래 지속 가능한 기술(Sustainable technology) 도입에 아주 적극적이며, KAIST의 온라인전기자동차 기술을 미국에서 최초로 도입하기를 원해 시의회에서 만장일치로 도입을 결정했다”며, “파크시티는 이러한 녹색기술 도입의 선두에 있으면서, 전체 도시를 전기자동차로 운영하는 것을 계획하고 있으며, 온라인전기자동차는 그 시작이 될 것이다” 라고 말했다. 이에 앞서, KAIST 온라인전기자동차사업단은 비접촉 전력전달기술을 운송시스템에 적용하기 위한 공동연구 및 협력을 위해 국제 연구개발 컨소시엄인 도로충전 및 자동화를 위한 파트너쉽(Partnership for Roadway Electrification and Automation, PREA)에 공동으로 참여하기로 했다. PREA는 두 개의 미국 국립연구소와 미국 및 뉴질랜드의 유수 대학들로 주도적으로 구성된 비접촉 충전기술의 연구, 개발활동을 심화하기 위해 만들어진 컨소시엄이다. 이번 컨소시엄을 통해 KAIST의 온라인전기자동차 기술은 국제적으로 인정받아, 세계 속의 원천기술로 도약하면서 글로벌 기술경쟁력을 확보하는데 크게 기여할 것으로 보인다. 컨소시엄에 참여한 각각의 기관은 기관별로 진행하고 있는 연구개발, 시범사업, 교통시스템 적용 등에 대해 상호간 이익이 될 수 있는 효과적인 협력 체계 구축을 위해 노력하고 비접촉 전력 전달 기술에 대한 각 기관의 전문성을 활용하여 자동차, 고속도로, 에너지 인프라를 결합, 자동화된 전기 수송 시스템 네트워크를 구축하는데 공동의 목표를 함께한다. 온라인전기자동차사업단 서인수 교수는 “국제 공동 컨소시엄을 통해 향후 우리 기술이 국제표준으로 인정받아 기술 부가가치 창출에도 기여할 수 있도록 컨소시엄 안에서 우리의 역할을 분명히 하겠다” 고 밝혔다.
2010.10.04
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