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무선전력전송 세계 최장거리 신기록 세워
무선으로 전력을 전송하는 기술에서 세계 최장거리 신기록이 나왔다. 향후 충전할 필요 없이 무선으로 전력을 공급받는 전자기기 시대가 열릴 것으로 보인다.
우리 학교 원자력및양자공학과 임춘택 교수는 다이폴 코일 공진방식(DCRS, Dipole Coil Resonance System)을 사용해 5m 떨어진 곳에 209W(와트)를 무선으로 전송하는데 성공했다.
5m 거리에서 스마트폰 40대를 동시에 충전하거나 선풍기 5대를 켤 수 있으며 초대형 LED TV까지도 켤 수 있다.
장거리 무선전력 전송기술은 지난 2007년 미국 MIT에서 자기결합 공진방식(CMRS, Coupled Magnetic Resonance System)을 사용해 2.1m거리에서 60W 전력 전송에 성공한 이후 세계적으로 커다란 관심을 받았다.
그러나 이 기술은 △복잡한 코일구조(입력코일, 송신코일, 수신코일, 부하코일) △송수신코일의 큰 부피 △10MHz(메가헤르츠, 100만 헤르츠) 이상의 높은 동작주파수로 인한 낮은 효율 △온도변화 등 주변 환경 변화에 지나치게 민감한 특성 등의 문제로 개발된 지 6년이 지나도록 제대로 상용화되지 못했다.
임 교수팀은 기존 기술의 단점을 극복하기 위해 다이폴 코일 공진방식(DCRS)을 개발했다.
연구팀은 △코일 수를 2개(송신코일, 수신코일)로 줄이고 △최적화된 다이폴 구조의 고주파 자성체(페라이트 코어)를 사용해 부피(가로 3m × 세로 10cm × 높이 20cm)를 크게 줄였으며 △주파수 변동이 적어 주변 환경변화에는 기존기술보다 20배 이상 강인하면서도 △100kHz(킬로헤르츠, 1,000헤르츠)대의 낮은 주파수에서 동작해 효율이 상승, 실용화에 성큼 다가선 것으로 평가받고 있다.
연구팀은 ㈜한수원과 공동으로 원전 중대사고시 격납건물 필수계측기용 소형 비상전원을 개발하고 있는데 여기에도 이 기술을 적용해 지난 3월 7m 거리에 10W의 전력을 전송하는 실험에 성공하기도 했다.
일본 후쿠시마 원전 사고 시 계측기에 공급되는 전원이 상실되어 내부 상황을 정확히 알 수 없었기 때문에 피해가 더 커진 면이 있는데 이 기술을 원전에 도입하면 사고 시 대책마련에 크게 도움을 줄 수 있다고 연구팀은 전했다.
임춘택 교수는 이번 연구에 대해 “기존 기술에 비해 전송거리는 2배 이상, 전송전력은 3배 이상으로 높여 장거리 무선전력전송기술의 상용화를 앞당길 수 있게 됐다”고 연구 의의를 밝혔다.
이와 함께 “전기선으로 직접 연결해서 쓰는 것과 비교할 때 상대적으로 효율이 떨어지고 비싼 것은 사실”이라며 “하지만 와이파이 존(Wi-Fi Zone)처럼 특정 장소에 접근하면 별도의 충전기가 필요 없이 무선으로 전자기기를 사용할 수 있는 편리한 기술개발을 추진하고 있다”고 말했다.
산업통상자원부 지원을 받은 이번 연구 성과는 올해 3월 국제전기전자공학회 전력전자 저널(IEEE Trans. on Power Electronics)에 게재됐다.
▣ 용어설명
o 자기결합 공진방식 (CMRS: Coupled Magnetic Resonance System) MIT가 2007년, 2.1m 거리에 60W의 전력을 무선으로 전송하는 데 사용된 기술로, 고주파 전원과 연결된 입력코일, 입력코일과 강하게 자기결합 되어 자기장의 세기를 증폭시키는 송신코일, 송신코일에서 발생하는 자기장을 받아들이는 수신코일, 수신코일과 강하게 자기결합된 부하코일로 이뤄져 있다. 2,000이상의 높은 공진도(Q factor)의 공심코일(air coil)을 사용하여, 0.1%만 공진주파수가 변해도 전력이 잘 전달되지 않는 단점이 있다.
o 다이폴 코일 공진방식 (DCRS: Dipole Coil Resonance System) 페라이트코어를 사용한 쌍극자(dipole) 구조의 송신, 수신 코일 두 개로 이루어져 있다. 송수신단에 공진회로를 써서 큰 전력을 전송할 수 있으면서도, 공진도 Q가 통상 100 이하로서 1% 정도의 공진주파수 변동 시에도 전력이 전달되는 강인한 특성이 있다. 코어의 사용량을 절반 정도로 줄여주는 최적의 계단형 코어를 채택했으며, 인체나 금속파편이 주변에 산재하여도 무선전력 전송에는 아무런 지장이 없어 재난재해에 아주 강한 특성을 갖고 있다.
그림1. KAIST 유레카관 실험실에 설치된 200W급 DCRS. 5m 거리에서 LED TV를 켤 수 있다.
그림2. 2개의 다이폴 코일 공진 시 자장 분포도
그림3. 무선전력 전송 시 루프 코일(MIT방식)에 비해 다이폴 코일(KAIST 방식)이 더 우수하다는 것을 보여주는 그림(맨 위부터 루프코일, 다이폴코일, 거리별 전력전송능력 비교결과)
2014.04.17 조회수 26477 -
이재규 교수, 한국인 첫 ‘세계정보시스템학회 펠로우’ 선임
우리 대학 이재규 경영대학 정보미디어경영대학원 교수가 12월 5일 중국 상하이에서 개최된 세계정보시스템 국제학회에서 세계정보시스템학회(Association of Information Systems)펠로우(Fellow)로 선임됐다.
이 교수는 지능정보시스템과 전자상거래 분야의 석학으로 국제학술지 ‘전자상거래 연구와 응용(Electronic Commerce Research and Applications)’편집위원장, 아시아태평양 정보시스템 학술대회 의장, 한국경영정보학회장과 한국지능정보시스템학회장을 지냈다.
이 교수가 공동 집필한 ‘전자상거래(Electronic Commerce)는 세계 유수대학에서 MBA 교재로 채택되고 있다.
2011.12.05 조회수 18455 -
꿈의 신소재 ‘그래핀’ 활용한 차세대 메모리 소자 개발
[그림] 기존 실리콘 기반 전하포획방식 플래쉬 메모리 소자에 그래핀 전극이 도입된 모식도
- Nano Letters지 발표,“기존 생산라인을 그대로 이용하여 바로 양산할 수 있는 차세대 플래시 메모리 소자”-
금속 전극을 그래핀*으로 대체하면 기존의 플래시 메모리** 소자의 성능과 신뢰도가 획기적으로 개선된다는 사실이 국내 연구진에 의해 규명되었다.
조병진 교수(한국과학기술원)가 주도한 이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 오세정)이 추진하는 중견연구자지원사업(도약연구)과 미래기반기술개발사업의 지원으로 수행되었고, 연구결과는 나노과학 분야의 권위 있는 학술지인 ‘Nano Letters"지에 온라인 속보(11월 22일)로 게재되었다.
(논문명 : Graphene Gate Electrode for MOS Structure-based Electronic Devices)
특히, 이번 연구성과는 그래핀이 먼 미래의 반도체 소자가 아닌 현재 양산 중인 반도체 소자에도 바로 활용할 수 있는 소재인 점을 증명한 첫 사례라는 점에서 그 의미가 크다.
* 그래핀(Graphene) : 흑연의 표면층을 한 겹만 떼어낸 탄소나노물질로, 높은 전도성과 전하 이동도를 갖고 있어 향후 응용 가능성이 높아 꿈의 신소재로 불림
** 플래시 메모리(Flash Memory) : 전원이 공급되지 않아도 저장된 정보를 계속 유지하는 컴퓨터 기억장치의 일종으로, 스마트폰, 노트북, 디지털 카메라 등 전자장치에 폭넓게 사용됨
조병진 교수 연구팀은 기존의 실리콘 기반의 반도체 소자(전계효과 트랜지스터*)에서 금속 게이트 전극을 그래핀 전극으로 대체하면, 미래의 반도체 시장에서 요구하는 성능과 신뢰도를 확보할 수 있다는 사실을 밝혀냈다. 이 기술은 기존의 반도체 제조 공정에서 크게 바뀌는 부분이 없어서 머지않아 양산에 적용할 수 있다.
* 전계효과 트랜지스터(field effect transistor) : 전압(게이트 전압)으로 전류(드레인 전류)를 제어하는 형식의 가장 일반적이고 광범위하게 쓰이고 있는 반도체 소자
최근 그래핀의 우수한 전기적 특성을 활용하여 초고속 반도체, 신개념 로직 반도체* 등을 구현하기 위해 전 세계적으로 활발히 연구되고 있지만, 10~20년 후에나 상용화될 수 있는 기초․원천연구가 대부분이다.
※ 로직(Logic) 반도체 : 기억 기능을 하는 메모리 반도체와는 달리 데이터를 연산․처리하는 반도체
또한 지금까지 그래핀을 현재 세계 반도체 시장의 핵심 주류인 실리콘 기반 전자소자의 한 부분으로서 적용한 적은 없었다.
현재 국내외 기업에서는 20나노미터* 이하 급에서 사용될 것으로 예상되는 전하포획방식**의 플래시 메모리 소자를 연구 개발 중이다. 하지만 이 방식의 플래시 소자는 데이터 보존 특성이 시장의 요구조건(멀티비트 동작 시 섭씨 150도에서 10년 이상 데이터 보존 등)을 아직 충족시키지 못해 현재까지 대량으로 상용화되지 못하고 있다.
* 나노미터(nano meter) : 10억분의 1미터로, 1나노미터는 대략 성인 머리카락 굵기의 10만분의 1
** 전하포획 플래시(Charge Trap Flash) 메모리 : 전하를 기존의 도체가 아닌 부도체 물질에 저장하는 방식으로, 새로운 반도체 나노공정을 이용해 개발한 비휘발성 메모리
그러나 이번 성과는 현재 국내외 기업들이 집중적으로 연구개발하고 있는 전하포획방식의 플래시 메모리 소자에 그래핀 전극을 사용하면, 데이터 보존 특성이 바로 시판할 수 있는 성능과 신뢰도로 크게 개선(데이터 10% 손실시간 기준으로 기존 소자에 비해 10,000배 개선)될 뿐만 아니라, 데이터 씀과 지움 간의 전압차이가 70%나 개선되는 등 20나노미터이하의 플래시 메모리 소자의 상용화에 가장 큰 기술적 장벽을 극복할 수 있음을 실험으로 증명하였다.
이것은 그래핀이 세상에서 존재할 수 있는 가장 얇은 단원자층 물질이고 신축성과 유연성이 뛰어나, 기존의 금속 전극과는 달리 전극 아래에 위치한 게이트 유전막에 기계적 스트레스를 발생시키지 않기 때문인 것으로 확인되었다. 또한 이번 연구를 통해 그래핀이 갖는 큰 일함수*도 데이터 보존 특성을 향상시킬 수 있는 또 다른 장점으로 파악되었다.
※ 일함수(Work function) : 물질 내에 있는 전자 하나를 밖으로 끌어내는데 필요한 최소의 일(에너지)
조병진 교수는 “이번 연구결과는 새로운 나노기술을 기존의 반도체기술에 융합하여 기존 기술의 한계를 극복한 대표적인 예로서, 그래핀이 먼 미래만의 소재가 아닌 지금 또는 바로 다음 세대 반도체 핵심 소자에 즉시 적용될 수 있음을 보여주는 첫 사례이다. 또한 이번 연구결과를 응용해서 그래핀을 플래시 메모리 소자뿐만 아니라 자동차 전자제어장치, 군사용 및 의료 시스템 등 반도체 소자의 신뢰성이 특별히 중요한 분야에 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.
조병진 교수와 함께 이번 연구에 함께 참여한 연구팀, (뒷줄 왼쪽부터) 신우철 학생, 박종경 학생, 송승민 학생
2011.11.21 조회수 29689 -
이주장 교수, IEEE 산업전자공학회 부회장 선출
우리 학교 전기및전자공학과 이주장(63) 교수가 국제전기전자기술자협회(IEEE, Institute of Electrical and Electronics Engineers) 산하 산업전자공학회(IE, Industrial Electronics Society) 부회장으로 지난 12일 선출됐다.
이 교수는 IEEE 산업전자공학회의 계획수립 및 개발 분야 부회장으로 2012년 1월부터 2013년 12월까지 2년 동안 일하게 된다.
이 교수는 이 학회에서 지난 8년간 이사를 역임하고, 출판 위원회, 학술 위원회, 펠로우 위원회에서 활동했으며, 현재 IEEE 산업전자공학회학술지(Transaction on Industrial Electronics)와 산업정보학술지(Industrial Informatics) 부편집장으로 활동하고 있다.
국내외 회원이 약 5000여 명인 IEEE 산업전자공학회는 주로 제어, 로봇, 전력전자, 시그널 프로세싱, 그리고 정보 등의 분야를 다룬다.
2011.11.18 조회수 18279 -
신소재공학과 유진 교수 시드니 스타인(Sidney Stein) 수상
신소재공학과 유진교수(59)가 지난 3일 미국 산호세(SAN JOSE)에서 열린 국제 마이크로 전자 및 패키징 학회(International Microelectronics And Packaging Society, IMAPS) 정기총회에서 2009년도 ‘시드니 스타인(Sidney Stein)상’을 수상했다.
시드니 스타인(Sidney Stein)은 전자 패키징 분야 양대 학회의 하나인 IMAPS의 창립자다. 이 상은 학회의 국제활동에 기여하고 전자패키지 산업의 기술 또는 리더십에 국제적으로 중요한 기여를 한 개인에게 수여된다.
유 교수는 현재 IMAPS 학회의 아시아 위원회(ALC) 회장이며, 한국 마이크로전자 및 패키징 학회 회장과 KAIST 전자 패키지 재료 연구센터(CEPM) 소장을 역임한 바 있다. 아울러 유 교수는 2010년 11월 미국 노스 캐롤라이나 라일리에서 개최 예정인 IMAPS 학회에서 공동의장(technical co-chair)으로 활동할 예정이다.
2009.11.19 조회수 23528 -
신소재공학과 이기원씨, IEEE "최우수학생논문상" 수상
KAIST 박사과정 이기원씨 전자부품기술학회‘최우수학생논문상’수상
KAIST(총장 서남표) 소재공학과 박사과정에 재학중인 이기원(李技元, 25, 지도교수 백경욱)씨가 최근 미국 리노에서 열린 2007 ‘전자부품기술학회(Electronic Components and Technology Conference)’에서 최우수학생논문상인 ’모토롤라 펠로우쉽 상 (Motorola Fellowship Award)’을 수상했다.
李씨는 초음파를 이용한 이방성 전도 필름의 접합 공정에 대한 논문으로 이 상을 수상했는데, 평판 디스플레이나 휴대폰 모듈 등에 적용되는 접속 재료인 이방성 전도 필름의 새로운 공정 개발에 관한 내용이다. 기존의 고온 열압착 공정 대신 상온에서 초음파를 인가하는 새로운 방법으로 10초이상 걸리던 공정 시간을 3초까지 줄일 수 있는 혁신적인 연구 결과로 평가되었다.
李씨가 수상한 최우수학생논문상은 국제전기전자기술자협회(IEEE Components, Packaging and Manufacturing Technology Society)의 심사에 의해 선정되며, 수상자에게는 모토롤라사에서 특별장학금이 지원된다. 올해로 57회를 맞이하고 있는 전자부품기술학회(Electronic Components and Technology Conference)는 매년 세계 각국에서 1000명 이상이 참가하여 300편 이상의 논문이 발표되는 세계 최고 수준의 전자 패키징 관련 학회다.
2007.06.25 조회수 27141 -
논문상 최성욱씨 대상, 한희석씨 금상 수상
페어차일드코리아 대학(원)생 논문상, 최성욱씨 대상, 한희석씨 금상
제1차 페어차일드코리아 대학(원)생 논문 공모전에서 KAIST 전기및전자공학과 박사과정 최성욱씨가 대상, 한희석씨가 금상을 차지했다.
최성욱씨는 ‘Cost Effective Multi-Level Single Sustaining Driver for Plasma Display Panel with Dual Energy Recovery Path(PDP를 위한 두 개의 에너지 회수 경로를 갖는 저가형 멀티레벨 단일 서스테인 구동회로)’ 논문으로 대상을 수상했다.
금상을 받은 한희석씨 논문은 ‘Digital Control IC for Electronic Ballast using Mixed Mode Excitation(혼합형 구동 방식을 이용한 전자식 안정기용 디지탈 제어 집적 회로)’이다.
대상을 받은 최씨는 ‘차세대 디스플레이로 각광받고 있는 PDP의 구동회로에서 저가격화를 위해 사용되는 전력 스위치인 IGBT의 문제를 회피할 수 있는 새로운 구동 회로를 제안한 것이다. 저가격화를 통한 PDP의 대중화뿐만 아니라 PDP를 위한 전력용 스위치 개발에 도움이 될 수 있어 기쁘다. 항상 인내와 관심을 가지고 지도해 주신 문건우 교수님께 감사드린다’고 수상 소감을 밝혔다.
이번 페어차일드 코리아 논문 공모전에는 23개 대학 56편의 논문이 접수되었다. 참신성, 독창성, 기술적 난이도 등을 기준으로 2차에 걸친 심사를 통해 대상, 금상, 은상 등 총 11편이 입상작으로 선정됐다. 수상자들은 페어차일드 코리아 입사를 희망할 경우 서류전형 면제와 가산점 혜택을 부여받는다.
2006.11.07 조회수 24674