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최성민 교수팀의 탄소나노튜브에 대한 연구성과 미국 화학학회의 Research Highlight 로 선정
최성민 교수팀의 탄소나노튜브에 대한 연구성과
미국 화학학회의 Research Highlight 로 선정
KAIST 원자력 및 양자공학과 최성민 교수팀은 탄소나노튜브의 산업적 응용에 필수적인 수용액 및 유기용매에의 안정적인 분산기술을 개발하였으며, 중성자 산란기법을 이용하여 그 분산특성을 규명하였다. 이 연구결과는 재료과학 분야 최고권위지인 Advanced Materials (19, 929, 2007)에 게제되었으며, 미국 화학학회의 Research Highlight로 선정되어 ‘Heart Cut" 5월 7일자에 소개되었다.
탄소나노튜브의 산업기술적 응용을 위한 다양한 프로세싱을 위해서는 탄소나노튜브를 수용액 또는 유기용매에 분산할 필요가 있다. 이를 위하여 그간 계면활성분자, DNA 등을 이용한 탄소나노튜브 분산기술이 사용되어 왔으나, 건조 등 프로세싱 과정에서 분산이 쉽게 파괴되는 단점이 있었다. 최성민 교수팀은 이를 극복하기 위하여 계면활성분자를 이용한 탄소나노튜브 수용액 분산을 얻은 후 탄소나노튜브 표면에 흡착된 계면활성분자를 in-situ 상태에서 중합반응시킴으로써 친수성의 안정된 표면 분자막을 갖는 탄소나노튜브를 개발하였다. 이렇게 얻어진 기능성 탄소나노튜브는 냉동건조 등 프로세싱 이후에도 수용액 및 유기용매에 아주 쉽게 분산되는 특성을 갖고 있어 탄소나노튜브 응용기술 개발에 크게 기여할 것으로 기대된다. 과학기술부 원자력연구개발사업의 지원으로 수행된 이 연구에는 박사과정 김태환씨와 도창우씨가 중추적으로 참여하였으며, 관련기술을 특허출원 하였다.
탄소나노튜브의 수용액 분산 및 흡착된 계면활성분자의 in-situ 중합과정과 냉동건조 후의 수용액 재분산 특성 비교 (사진: 중합하지 않은 탄소나노튜브(좌), 계면활성분자를 중합한 탄소나노튜브(우))
2007.05.09
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유룡 교수, 2006 닮고싶고 되고싶은 과학기술인으로 선정
화학과 유룡(劉龍, 51) 교수가 "2006 닮고싶고 되고싶은 과학기술인"으로 선정됐다.
劉 교수는 지난 2000년 수나노미터 크기의 구멍들이 무수히 뚫려 있는 나노다공성 탄소물질을 세계 최초로 개발했다. 이 나노다공성 신물질 개발은 2000년과 2001년 세계적인 과학학술지인 네이처誌에 소개되었으며, 고효율 연료전지나 초경량 컴퓨터 개발 등을 통해 인류의 한 단계 진화에 기여할 수 있다는 평가를 받았다. 또한 최근 석유화학산업 주 촉매제인‘제올라이트’의 촉매 활성 및 안정성을 대폭 향상시킬수 있는 새로운 원천기술을 개발, 네이처 머티어리얼스誌에 소개되었다. 劉 교수는 이런 세계적인 연구성과를 계속 발표한 공로를 인정받아 학술부문에 수상자로 선정됐다.
"2006 닮고싶고 되고싶은 과학기술인"은 과학기술부와 한국과학문화재단이 과학기술계에서 활발한 활동을 펼치고 있는 과학기술인 가운데 최근의 업적 등을 바탕으로 지난 24일 어린이와 청소년들의 귀감이 될 만한 과학기술인 10명을 선정 발표했다
2006.09.05
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이흔교수, 온난화가스와 에너지가스 맞교환 원리 규명
“지구온난화 주범 이산화탄소를 천연 가스와 맞바꾼다”
- 천연가스 하이드레이트층에서 이산화탄소 저장과 천연가스 생산 동시에 일어나는 자연 현상적 메카니즘 이용
- 에너지 생산와 환경문제 해결 일거양득 효과 구현
- KAIST 이흔 교수팀, 미국 과학원 회보 최신호에 발표
해저에서 온난화 가스와 에너지 가스를 맞교환하여 에너지 생산과 환경 문제를 동시에 해결할 수 있는 획기적인 원리가 국내 연구진에 의해 실험적으로 입증됐다.
KAIST(총장 서남표) 생명화학공학과 이흔(李琿, 55) 교수팀과 한국지질자원연구원이 공동으로, 해저 천연가스 하이드레이트층에 이산화탄소나 배기가스를 직접 저장하고 동시에 천연가스를 생산할 수 있는 자연 현상적 맞교환 메커니즘을 규명, 그 연구결과가 저명 과학저널 미국 과학원 회보(PNAS) 8월 15일자 온라인판에 발표됐다.
지난 2003년 李교수는‘연료와 이산화탄소의 맞교환’이란 제목의 논문으로 이 기술을 처음 발표하였으며 또한 사이언스지 11월호에 리서치 하이라이트로 소개되어 세계적 주목을 받았다. 이후 3년여 연구 끝에 막연한 개념으로만 존재하던 지구 온난화가스의 대규모 해양 직접 저장 가능성을 실험적으로 입증했다. 즉, 모든 구조의 천연가스 하이드레이트층에 이 원리를 적용, 얼음 형태의 퇴적층으로부터 천연가스가 거의 대부분 회수될 수 있음을 이번 연구결과 밝혀낸 것이다.
이산화탄소 배출로 인한 지구온난화 문제는 최근 심각한 환경 문제를 야기하며 사회적 이슈로 대두되고 있다. 이러한 지구 온난화 문제를 해결하기 위해서는 발전소, 자동차 등 여러 배출원으로부터 나오는 이산화탄소를 줄이거나 없애는 방법 밖에 없다.
그동안 전 세계적으로 꾸준히 추진해온 산업구조 에너지 효율 향상이나 이산화탄소를 분리 처리하는 기술로는 지구온난화 문제를 적극적으로 대처하는데 극히 제한적일 수밖에 없었다. 따라서 대기권에 절대량으로 엄청나게 존재하는 이산화탄소를 지하나 바다 밑에 대규모로 저장하는 방법이 가장 현실성 있고 효과적인 대안으로 떠오르고 있다.
현재 바다 밑에는 천연가스 하이드레이트라고 하는 대규모 농축 메탄가스 퇴적층이 존재하는 것으로 확인되었다. 천연가스 하이드레이트의 매장량은 현 지구상 모든 화석 연료를 합친 것보다도 더 많은 것으로 알려져 있다. 이미 미국, 일본 캐나다, 러시아 등 세계 여러나라에서 이 미래 에너지원을 활용하기 위한 기술 개발 연구가 활발하게 진행되고 있다.
천연가스 하이드레이트는 불안정하기 때문에 깊은 바다 밑에 매장된 천연가스 하이드레이트를 채취할 때는 압력과 온도를 그대로 유지해야 한다. 李 교수팀은 이 천연가스 하이드레이트 상태를 유지하기 위해 이산화탄소가 포함된 혼합 배기가스를 주입, 천연가스와 배기가스를 맞교환시키는 방법을 개발했다. 이 맞교환 원리에 따라 해저 천연가스는 지상으로 끌어 올려져 에너지로 사용되고, 지상의 배기가스는 해저에 거의 반영구적으로 저장된다.
이번에 개발된 맞교환 원리 기술을 적용하면 ▲여러 종류의 성분들이 혼합된 배기가스를 바로 해저로 직접 투입 가능하기 때문에 지상에서 순수한 이산화탄소를 만들 필요가 없고 ▲광범위한 천연가스 하이드레이트층 개발은 심각한 해저 생태계 파괴를 가져올 수 있으나, 해저에서 맞교환을 일으키면 천연가스가 이산화탄소와 질소로 대체되기 때문에 본래 층의 골격은 파괴되지 않고 유지되어 환경 피해가 거의 없으며 ▲온난화 가스를 이용하여 해저의 천연가스를 90% 이상 대부분 회수할 수 있기 때문에 개발의 경제성을 높일 수 있다.
이는 2003년 당시의 순수 이산화탄소만 사용, 천연가스 회수율 64% 등의 제약 조건을 획기적으로 개선, 실용화로 직접 접근할 수 있는 연구결과로 평가받고 있다.
李 교수는 “이번 주요 연구 결과들을 우리나라, 미국, 일본 등에 이미 특허 출원했다”며 “확보된 원천 핵심 자료를 바탕으로 실제 공정이 구현될 경우, 지구온난화 문제와 새로운 에너지원 활용에 있어서 획기적인 성과를 거둘 것이다”라고 말했다.
<사진 1 : 맞교환 원리>
지상의 온난화 배기가스를 모아서 깊은 바다 밑에 있는 천연가스 하이드레이트층에 저장하고 동시에 맞교환을 일으켜 천연가스 하이드레이트층으로부터 천연가스를 회수한다.
<사진 2 : 천연가스 하이드레이트>
미국 오레곤 앞바다에서 끌어올린 천연가스 하이드레이트
<사진 3 : 해저 맞교환 현상>
깊은 바다 밑 천연가스 하이드레이트층에 존재하는 축구공과 같이 속이 빈 수많은 얼음 나노 공간 내에서 일어나는 천연가스와 배기가스가 맞교환되는 현상
2006.08.17
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신소재공학과 박종욱 교수팀, 신소재 이용 전기화학식 이산화탄소 계측기 개발
공기중 산화물 이용, 옥외의 열악한 환경에서도 사용 가능
기존 광학방식보다 가격 저렴, 정확한 이산화탄소 농도 측정
습도에 영향 적게 받아 농산물 재배 등에 광범위하게 활용
대덕밸리 창업경진대회 금상, 대한민국창업대전 국무총리상 수상
신소재공학과 박종욱(朴鍾郁, 50) 교수팀이 자체 개발한 신소재를 이용, 전기화학식 이산화탄소 계측기를 개발하는데 성공했다.
이 계측기는 대기 중에 있는 이산화탄소와 선택적으로 반응하는 신소재(전극 보조물질)를 이용, 전기 화학 반응으로 발생하는 전압 상태를 이산화탄소 농도(ppm)로 환산하는 독창적인 원리를 적용했다.
기존의 이산화탄소 계측기는 이산화탄소가 특정 파장(4.26㎛)의 적외선만을 흡수하는 성질을 이용하여 적외선의 흡수 정도를 측정하는 엔디아이알(NDIR / Non-Dispersive Infra red) 광학방식이 주로 사용되었다. 그러나 이 방식은 민감한 광학측정계가 오염에 취약해 옥외의 열악한 환경에서는 사용하기 어려웠으며, 고가로 인하여 대중적인 사용에도 제한이 있었다.
朴 교수팀이 개발한 이 계측기는 공기 중의 산화물을 이용하기 때문에 옥외의 열악한 환경(상대습도 90%)에서도 사용이 가능하며, 광학방식에 비해 가격이 저렴하고, 이산화탄소 농도를 정확히 측정할 수 있는 장점을 가지고 있다. 또한 간단한 부품의 교환만으로 측정 센서의 교정이 가능해 기존 계측기의 정기적이고 복잡한 측정 센서 교정과정을 대폭 개선했을 뿐만 아니라 초미세 화학공정, 나노 공정에 활용 가능성을 열었다.
이산화탄소 가스는 지구의 온실효과를 유발하는 주범이기 때문에 교토 의정서를 기초로 최근 세계 각국은 이산화탄소세를 신설하여 이산화탄소 총배출량을 규제하고 있다. 반면, 이산화탄소는 농식물 생식 작용과 밀접한 관계가 있어 이산화탄소의 양을 적절히 조절하면 농작물의 질이나 생산성을 혁신적으로 향상시킬 수 있는 장점도 가지고 있다. 예로서 버섯재배의 경우 800-1200 ppm의 이산화탄소를 유지시킬 경우 버섯의 질이나 생산성이 좋아지는 것으로 보고되고 있다.
또한 최근 실내 공기의 질에 대한 인식이 점차 높아지면서 올해부터 우리나라도 빌딩 관리법에 의한 빌딩 내 이산화탄소 양을 1000ppm 이하로 낮추도록 규제하고 있다. 그러나 과도한 환기는 에너지의 낭비를 가져오기 때문에 여러 사람들이 모이는 공공장소나 학교 교실에 이산화탄소 계측기를 설치하여 실내 환기시스템을 효율적으로 운영하는 것이 필요하다.
朴 교수는 “대기오염감시나 실내공기청정화, 농작물 관리 등을 위하여 이산화탄소 계측기 수요가 급속하게 늘고 있으나 수입에만 의존하고 있어 국산화가 시급하다.”며 “이번에 개발한 전기화학식 이산화탄소 계측기는 기존 광방식에 비해 습도에 영향을 거의 받지 않아 농산물 재배 등에 광범위하게 활용될 수 있을 것이다.”고 말했다.
이 이산화탄소 계측기는 대덕 밸리 창업경진대회에서 금상을, 2005 대한민국 창업대전에서 국무총리상을 수상한 바 있다. 현재 국내 특허를 출원한 이 제품의 양산을 위한 실험실 창업을 추진 중에 있다.
2006.01.06
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유룡교수 이재영교수, 대한민국 최고과학기술인 상 수상
`대한민국 최고과학기술인상" 수상자 3명 선정
우리학교의 유룡(50) 교수와 이재영(李在英ㆍ66) 명예교수를 비롯하여, KIST의 신희섭(申喜燮ㆍ55) 책임연구원 등 3명이 `대한민국 최고 과학기술인상" 수상자로 뽑혔다. 과학기술부와 한국과학기술단체총연합회는 20일 유 교수와 이 교수, 신 책임연구원을 대한민국 최고과학기술인상 수상자로 선정, 오는 21일 서울 삼성동 코엑스에서 열리는 과학의 날 기념식에서 시상한다고 발표했다. 수상자에게는 각각 대한민국 최고 과학기술인의 영예와 함께 상금 3억원이 수여된다.
우리학교 화학과의 유룡 교수는 나노다공성 탄소물질에 관한 새로운 연구분야를 개척, 국가위상을 높였으며 그의 논문이 최근 국내 `톱 10" 인용 논문 중에서 3편이나 포함됐고 연간 과학논문인용색인(SCI)에서 논문인용 횟수가 800여회에 이르는 등 국가 과학기술 향상에 크게 기여한 점을 인정받았다.
이재영 명예교수는 고체 내의 변칙적인 원자이동의 현상을 규명했으며 그가 개발한 수소 열 분석법은 미국과 독일의 대학 교재로 활용되는 등 세계적으로 인정받고 있다. 특히 미래 에너지원인 수소에너지에 대한 연구를 통해 프레온 가스를 사용하지 않은 환경친화적인 청정 냉방시스템과 고용량 수소저장 합금을 개발하는 데 성공했다.
신 책임연구원은 칼슘 이온통로 연구를 통해 뇌의 `의식-무의식 상태"를 조절하는 핵심기전을 규명해 수면조절, 간질, 통증치료의 기술개발 터전을 마련했으며 뇌의 작용 기전의 유전학적인 연구에서 큰 업적을 이뤄 이 분야에서 세계적인 선도자로 자리를 굳혔다고 과기부는 선정이유를 밝혔다.
대한민국 최고 과학기술인상은 1968년부터 시행되던 대한민국과학기술상이 확대, 개편된 것으로 매년 이학, 공학, 농수산, 의.약학 등 4개분야에서 1명씩 선정해 대통령상장과 상금 3억원이 각각 수여된다. 수상자에게 각각 주어지는 상금 3억원은 국내에서 제정된 모든 상중에서 최고의 액수로 정부의 과학기술 육성에 대한 의지가 담겨있다.
2005.04.21
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전기화학식 이산화탄소 센서 개발
신소재공학과 박종욱(朴鍾郁, 49) 교수팀은 일본이나 독일제품보다 월등히 우수한 특성을 지닌 전기화학식 이산화탄소 센서 개발에 성공했다.
2001년부터 농림부 기술개발과제의 일환으로 시작된 센서 연구는 자체 개발한 전극 보조물질을 채용한 새로운 구조로, 수 ppm에서 수십% 범위의 이산화탄소 농도를 정확히 측정할 수 있다. 초기 동작시간도 10분 이내로 빠르고 보정 없이 2년 이상 사용할 수 있어, 일본(Figaro사)과 독일(Zirox사) 제품의 초기 동작시간이 각각 7일과 30분인데 비하면 월등히 우수하다.
공기 중 이산화탄소 양을 측정하는 방법은 광학적 방법과 전기화학적 방법이 있다.
현재 가장 많이 사용 중인 광학적 방법은 이산화탄소가 특정 파장(4.26 um)의 적외선(NDIR) 만을 흡수하는 성질을 이용, 적외선의 흡수정도를 측정함으로서 이산화탄소의 양을 계산한다.
정교한 광학계를 사용해야 하기 때문에 가격이 비싸고 열악한 환경에서는 광학계가 쉽게 더러워져 사용이 어렵다는 단점이 있다.
산화물 전해질을 사용하는 전기화학식 센서는 값이 싸고 더러운 환경에서도 안정적으로 작동하지만, 광학식에 비해 초기 동작시간이 길고 자주 보정해 주어야 하는 단점 때문에 사용이 제한적이었다.
이번에 개발된 朴 교수팀의 전기화학식 센서는 이러한 단점들을 극복하여 이산화탄소 센서 기술의 새로운 표준을 제시, 제품의 흐름을 바꿀 수 있는 혁신적 연구 성과로 평가할 수 있다.
한편, 이산화탄소는 물 햇빛과 함께 식물 발육을 좌우하는 3대 요소 중 하나. 선진국에서는 이산화탄소 양을 조절하여 농식물의 생산성을 높이고 보관기간을 늘리는 기술이 다양하게 개발되고 있다. 특히 심야의 악조건에서도 신뢰성 있게 작동되는 저렴한 이산화탄소 측정기의 필요성이 점점 증대되고 있다. 우리나라에서는 최근 "빌딩 증후군(sick building syndrome)" 방지를 위해 건물 내 이산화탄소 양을 1000ppm 이하로 낮추도록 관련 법령을 개정했다. 도심의 빌딩에서도 이산화탄소 양을 정확히 측정하여 과도한 환기를 줄이고 에너지 효율을 높이는 기술이 절실해지게 된 것이다.
박종욱 교수는 화학 센서 분야의 세계적인 권위자로, 2000년에는 산화물 반도체식 센서를 이용한 음주 측정기를 개발, 실험실 벤처회사 (주)CAOS를 설립했고, 음주측정기는 현재 세계 최대의 시장점유율을 갖는 명품이 됐다. 또한 작년에는 2편의 해외 저명 학술지(J. Materials Science)에 화학센서 특별기획을 편집하기도 했다.
2004.09.22
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이대길 교수팀, IR52 장영실상 수상
[IR52 장영실상] 탄소섬유로 가벼운 공구 상용화하는 연구개발로
기계공학과 이대길 교수와 박사과정 황희윤 씨가 비젼이노텍(대표 윤영소)에서 개발한 보링용 공구 제품을 연구개발한 공로를 인정받아 지난 7월 17일 과학기술부장관이 수여하는 IR52 장영실상의 상장과 메달을 수여받았다.
비젼이노텍은 98~2002년까지 4억5000만원을 들여 이대길 KAIST 교수팀과 공동으로 이 제품을 개발하였다.
2004년도 제29주 "IR52 장영실상"에 선정된 보링용 공구(고강성 복합재료 라인보링바)가는 보링(구멍을 뚫는 일) 작업에 무거운 쇠를 사용해야 한다는 고정관념을 깨고 섬유의 일종인 "에폭시 탄소섬유"를 사용했다. 신소재를 이용한 이 제품이 국내 기술로 개발됨에 따라 보링용 공구 수입시장(연간 500억원 규모)을 대체하고 세계 공구시장에서 소재가 철에서 탄소섬유로 바뀔 전망이다.
라인보링바란 자동차 엔진헤드블록, 항공기부품, 선박부품 등의 내부를 고속으로 움직이며 정밀가공하는 특수공구를 말한다.
종전 보링용 공구는 "텅스텐 카바이드"나 "헤비메탈" 등 무거운 금속으로 만들었다 . 따라서 이들 제품은 매우 무겁기 때문에 생산라인에 설치하기는 어렵고 가격도 비싼 단점이 있다. 그러나 신제품 무게는 텅스텐 카바이드 합금의 8분의 1 수준에 불과하다.
제조원가는 30~40% 줄인 반면 공구의 수명은 2배 이상 증대시켰다. 기존 제품은 최 대 회전속도가 분당 6500rpm이지만 이 제품은 3만rpm에 달한다. 공구업계로는 가볍고 고속가공이 쉬운 신소재 제품이 나옴에 따라 생산성이 높아지 고 다품종 소량생산 체제가 가능할 것이라는 분석이다.
IR은 Industrial Research의 약자로 산업기술연구라는 의미를 담고 있으며, 52는 1년 52주동안 매주 1개 제품씩을 시상한다는 의미로, 한국산업기술진흥협회와 매일경제신문사가 공동주관하고 과학기술부가 후원하여 91년부터 시행되고 있는 국내최고의 산업기술상이다.
이 상은 우리기업과 기술연구소에서 개발한 우수신기술 제품을 선정ㆍ포상함으로써 기술개발자의 사기를 높이고, 수상제품과 기업에대한 언론홍보를 통해 초기시장진출 기반을 조성하는데 있다
2004.07.21
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