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김승우 교수, 국가과학자 선정
우리 학교 기계공학과 김승우 교수가 교육과학기술부와 한국연구재단에서 주관하는 2012년 국가과학자로 선정됐다.
국가과학자 사업은 세계적 수준의 선도연구자를 발굴해 연간 최대 15억원의 연구비를 10년간 지원하는 것으로, 2006년부터 올해까지 10명이 국가과학자로 선정됐다.
김승우 교수는 펨토초(femto second·1 펨토초는 1000조분의 1초)를 이용한 초정밀 계측 분야를 선도해온 공학자다. 펨토초 레이저는 1000조분의 1초 간격으로 빛을 쏘는 레이저로, 이를 이용하면 1000조분의 1초 단위까지 잴 수 있는 시계를 만들 수 있다.
김 교수는 펨토초 시계를 이용한 측정법으로 수백㎞ 밖의 물체 위치를 10억분의 1m 오차도 없이 측정할 수 있는 기술을 개발, 지리정보의 정밀도를 수백 배 이상 끌어올릴 길을 열었다.
또 2008년 가속기 등 고출력 대형 설비가 필요 없는 "초소형 극자외선 레이저"를 세계 최초로 개발해 일반 실험실에서도 X-선과 극자외선 광원(光源)을 자유롭게 활용할 길을 열었다.
그의 연구는 지적재산권 확보와 시제품 개발을 통해 국내 고부가가치 첨단 자본재 산업에 공헌했다는 평가를 받고 있다. 그는 최근 10년간 네이처 등 국내외 학술지에 논문 79편을 발표하고 국내특허 32건, 국제특허 13건을 등록했다.
2012.08.28 조회수 6669 -
휘어지는 고성능 배터리 제작기술 개발
- 플렉시블 OLED 디스플레이와 배터리의 완전 결합길 열려 -
휘어지는 디스플레이의 에너지원으로 반드시 필요한 고효율 유연 배터리를 KAIST 연구진이 세계 최초로 개발하는데 성공했다.
우리 학교 신소재공학과 이건재 교수팀이 유연한 고효율 배터리를 개발하는데 성공, 이 연구결과가 재료분야 세계적 학술지인 ‘나노 레터스(Nano Letters)’ 8월호 온라인판에 실렸으며, 미국 화학학회 뉴스레터인 C&EN(Chemical & Engineering News)에도 (8월 10일자) 특집으로 보도됐다.
얇고 가벼우면서도 유연한 디스플레이로의 혁신적인 기술 발전을 위해서는 필연적으로 휘어지며 충전밀도가 높고, 폭발위험이 극히 적은 고성능 유연 고상배터리의 개발이 요구돼 왔다.
그러나 고효율 배터리를 만드는 소재 중 산화물 양극재료는 고온의 열처리가 필요하기 때문에 플라스틱 기판위에서는 구현할 수 없을 뿐만 아니라 고온 열처리 없이 분말 형태로 만들 경우에는 충전밀도가 매우 낮다는 문제점이 있었다.
이번에 개발한 고성능 유연 고상배터리는 리튬코발트산화물(LiCoO2) 양극재료를 운모 희생기판에서 4㎛(머리카락의 약 10분의 1 두께) 정도인 박막형태로 고온 성장시켜 만든 후, 기판으로 쓰인 딱딱한 희생기판을 제거해 얇은 배터리 부분만 남긴 후 유연한 기판위에 전사해 완성했다.
이 교수 연구팀이 개발에 성공한 유연 배터리는 휘어지더라도 전압이 3.9~4.2V로 거의 변하지 않고, 충·방전 10,000번(방전심도 80%) 정도의 안정적 작동과 함께 2200㎼h/㎤의 높은 에너지밀도(패키징 포함)를 지닌 게 큰 특징이다.
이번 연구를 주도한 구민 박사는 “충전밀도가 높은 박막형태의 고효율 유연 배터리는 완전한 형태의 유연 전자 제품를 만드는 데 획기적인 역할을 할 것”이라고 말했다.
이건재 교수 연구팀은 현재 대량생산을 위한 레이저 리프트 오프(Laser lift-off) 기술과 충전용량을 높이기 위해 삼차원으로 적층하는 후속 연구를 진행 중인데, 이들 연구가 끝나는 대로 상용화 수준의 유연 배터리가 나올 것으로 이 교수 연구팀은 예상하고 있다.
한편, 이번 연구결과는 지난 13일부터 일주일간 미국에서 열린 세계적인 국제학회인 국제광자공학회(SPIE)에서 이건재 교수가 기조강연으로 발표했으며, 국내외에서 다수의 특허를 등록하거나 출원했다.
<동영상 설명>http://www.youtube.com/watch?v=Sh-SkpCZ4AE&feature=player_embedded굽힘 상태에서 상용 블루 LED를 켜며 전압특성이 유지되는 유연 배터리 모습
그림1. 연구팀이 이번에 개발한 유연한 배터리와 기존의 휘어지는 OLED를 결합해 만든 최초의 완전한 플렉시블 디스플레이
그림2. 연구팀이 개발한 플렉시블 배터리와 결합된 디스플레이의 구조
그림3. 연구팀이 개발한 휘어지는 배터리가 LED를 켜고 있다. 휘어져도 전압이 떨어지지 않아 안정적이다.
그림4. 휘어지는 고효율 배터리 제작공정. (g)운모를 제거하고 나서 (h)폴리머 기판으로 옮긴 후 (i)폴리머로 감싸는 공정이 연구팀의 독자기술이다.
그림5. 이건재 교수 연구팀이 유연배터리를 희생기판에서 레이저로 제거하는 연구를 수행하고 있다.
2012.08.21 조회수 10946 -
바이오 및 뇌공학 연구의 선두주자, 최철희 교수
2011년 10월 21일 금요일 YTN 사이언스 "노벨원정대 사이언티스트" 프로그램에 바이오 및 뇌 공학연구의 선두주자로 우리 학교 바이오 및 뇌공학과 최철희 교수가 "세계최초! 근적외선 하지관류측정법 개발 극초단파레이저를 이용한 신경약물 전달법 개발!"이라는 주제로 방영됐다.
http://www.sciencetv.kr/_comm/pop_mov.php?s_mcd=0187&s_hcd=&key=201110211322425331
다큐멘터리에서는 당뇨병과 뇌질환 해결의 열쇠를 발견한 우리 학교 바이오 및 뇌공학과 최철희 교수에 대해 소개하고 있다.
기초생물학과 임상과학, 생물정보학, 바이오광학을 접목한 융합 연구의 선두 주자로서 당뇨병성 말초혈관 질환을 진단할 수 있는 신개념의 의료영상 기법과 극초단파레이저를 이용한 신경약물전달 기술의 개발 등 실제적인 융합 연구의 우수한 실적을 인정받아 노벨원정대 사이언티스트 여섯 번째 주인공으로 소개됐다.
2011.10.24 조회수 7544 -
박철 교수, 미국 항공우주학회 ‘플라즈마 및 레이저상’수상
- 미국 항공우주학회로부터 두 개의 상을 받은 것은 전세계적으로 매우 이례적 -
우리 학교 항공우주공학전공 박철 초빙교수가 지난달 28일 미국 항공우주학회(American Institute of Aeronautics and Astronautics, AIAA)로부터 ‘플라즈마 및 레이저상(Plasmadynamics and lasers Award)’을 수상했다.
박 교수는 이에 앞서 1994년 이 학회로부터 열물리상(Thermophysics Award)을 받았다. 항공우주분야 최대 학회인 미국 항공우주학회로 부터 두 개의 상을 수상한 것은 전세계적으로 매우 이례적인 일이다.
2003년 3월 KAIST에 초빙된 박 교수는 플라즈마 현상과 이와 관련된 레이저에 대한 주도적 연구를 해 왔고, 우수한 후배들을 다수 양성한 공로를 인정받았다.
박철 교수는 “이번 수상을 통해 국내 연구가 세계적 수준을 인정받은 계기”라며 “지도한 학생들이 세계에서 인정받게 되어 매우 기쁘다”는 수상소감을 밝혔다.
박 교수는 1964년부터 미국 항공우주국(NASA) Ames 연구센터 연구원으로 시작해 아폴로 프로젝트에 참가했다. 실험공기열역학과 과장을 지내면서 거의 40년 동안 이 연구센터에서 근무했다. 또 일본 도호쿠대에서 교수, 독일 슈투트가르트대 및 미국 메사추세츠공대에서 객원교수를 역임했다
연구 분야로는 비행체가 극음속(마하5 이상)으로 비행 시 비행체의 주위에서 일어나는 고온의 흐름이 플라즈마 상태가 되는 데 박 교수는 이때 발생하는 물리적 현상을 연구해 온 세계적 석학이다.
1990년도에 이 분야에서 세계적인 저서인 ‘넌에퀼리브리엄 하이퍼소닉 아에로써모다이내믹스(Nonequilibrium Hypersonic Aerothermodynamics)’를 저술하기도 했다. 현재도 세계 항공우주분야의 거의 모든 대학원 과정에서 이 책을 교과서로 사용하고 있다.
2011.07.18 조회수 7357 -
인체 세포에서 형광단백질을 이용해 레이저 만들어 내
우리 학교 나노과학기술대학원 윤석현 교수는 세계수준의 연구중심대학 육성사업(WCU)에 참여하는 해외학자로서 미국 하버드의대 맬트 개더(Gather) 박사와 함께 광학 분야 국제학술지인 ‘네이처 포토닉스(Nature Photonics)" 인터넷판 12일 자에 인체 세포에서 형광(螢光)단백질을 이용해 레이저를 만드는 데 성공했다.
네이처 포토닉스는 보도자료와 함께 별도 인터뷰 기사까지 게재했다.
레이저는 빛을 증폭시켜 직선으로 나가게 한 것이다. 50여 년 전 처음 개발되어 레이저 포인터나 바코드 리더처럼 일상생활에도 깊숙이 들어와 있다. 레이저는 대부분 반도체, 기체 등 무기물질을 가공하여 만들어졌다. 그러나 윤 석현 교수는 살아있는 사람 세포에서 레이저를 만드는 데 처음으로 성공하였다.
해파리에는 자외선을 비추면 초록빛을 내는 형광단백질이 있다. 연구진은 사람 세포에 형광단백질 유전자를 넣었다. 이 세포 하나를 용기에 넣고 좌우에 미세 거울을 설치했다. 세포에 빛을 쪼이자 형광단백질에서 푸른 형광이 나왔다. 이 빛은 거울 사이를 왕복하면서 증폭되다가 아주 짧은 순간 레이저가 됐다.
이번 연구는 세포를 관찰하는 현미경에 이용될 수 있다. 레이저는 한 방향으로만 나온다. 형광단백질이 있는 세포에 약한 빛을 쬐고 레이저가 어느 방향으로 나오는지 알면 세포가 어떤 방향으로 있는지 알 수 있다. 또한 형광으로는 세포를 3~4가지 색으로 표현할 수 있지만, 레이저는 1000가지 정도의 색을 나타낼 수 있다.
환자 치료에도 도움을 줄 수 있다. 레이저가 나오는 곳에서만 약효를 발휘하는 약물을 만들면 병든 세포만 골라 치료할 수 있다. 장기에 이식한 초소형 전자기기에서 정보를 보내는 데에도 세포 레이저가 이용될 수 있다고 연구진은 밝혔다.
윤 교수는 KAIST에서 물리학박사 학위를 받고 2005년 하버드 의대에 부임했으며, 현재 KAIST 나노과학기술대학원에 초빙교수로서 한국연구재단 WCU사업의 지원을 받아 이번 연구를 수행했다.
2011.06.14 조회수 8606 -
빛을 이용해 뇌로 약물을 전달한다
KAIST 최철희 교수팀, 신경약물전달 신기술 세계 최초 개발
뇌혈관은 혈뇌장벽이라는 특수한 구조로 이루어져 있는데, 레이저로 혈뇌장벽의 투과성을 조절하여 투여된 약물을 뇌로 안전하게 전달하는 기술이 국내 연구진에 의해 세계 최초로 개발됐다.
이번 연구는 교육과학기술부의 ‘21세기 프론티어 뇌기능활용 및 뇌질환 치료기술개발사업단’(단장 김경진)의 지원을 받아 우리학교 최철희(바이오 및 뇌공학과․43) 교수팀 주도로 수행되었다.
혈뇌장벽은 대사와 관련된 물질은 통과시키고 그 밖의 물질은 통과시키지 않는 기능을 함으로써 약물이 뇌로 전달되는 것이 어려웠다.
이런 기능 때문에 우수한 효능을 가진 약물조차 대부분 차단되어 실제로 환자에게 적용할 수 없는 경우가 많아, 약물의 효능을 최대한 유지하면서 혈뇌장벽을 어떻게 통과시키느냐가 이 분야 연구의 핵심과제였다.
원활한 약물 전달을 위해 약물의 구조를 변경하거나 머리에 작은 구멍을 내고 약물을 주사하는 방법도 시도되었지만 고비용과 위험성으로 널리 응용되지 못하고 있었다.
최 교수팀은 기존 기술의 한계를 극복하기 위해 극초단파 레이저빔을 1000분의 1초 동안 뇌혈관벽에 쬐어주는 방법으로 혈뇌장벽의 기능을 일시적으로 차단함으로써 약물을 원하는 부위에 안전하게 도달할 수 있게 하는 신개념 약물전달기술을 개발했다.
레이저 빔을 약물이 들어있는 혈관에 쬐이면 혈뇌장벽이 일시적으로 자극을 받아 수도관이 새는 것 같은 현상을 일으켜 약물이 혈관 밖으로 흘러나와 뇌신경계 등으로 전달된다. 정지된 기능은 몇 분 뒤 다시 제 기능을 되찾는다.
최 교수는 “이번 연구는 새로운 신경약물전달의 원천기술을 확립하였다는 점과, 레이저를 이용한 안정적인 생체 기능 조절 기반기술을 구축하였다는 점에서 커다란 의미가 있다”며, “앞으로 이 기술을 세포 수준으로 영역을 확대하는 한편 후속 임상 연구를 통해 실용화할 계획”이라고 밝혔다.
연구 결과는 신경약물전달 원천기술로서 특허 출원 중이며 세계적 저명 학술지인 미국 국립과학원 회보(2011.05.16자)에 게재됐다.
레이저를 이용하여 뇌혈관의 기능을 조절함으로써 원하는 뇌 부위에 안정적으로 약물을 전달할 수 있는 원천기술
2011.05.26 조회수 7631 -
EEWS사업기획 경진대회 입상자 발표
우리학교는 교내 EEWS 분야의 연구를 지원하기 위해 지난 7월 개최한 ‘EEWS사업기획 경진대회’의 입상작을 발표하고, 2011년 1월 6일 시상식을 갖는다.
최우수상에는 기계공학과 김승우 교수가 제출한 ‘펨토초레이저 기반 미세패턴 녹색가공기술’, 우수상에 (주)시오스 연구소장 김준웅 박사의 ‘고체전기화학식CO2센서 및 측정기기 응용 기술’, 장려상에 기계공학과 서인수 교수의 ‘유도급전을 이용한 가전기기 무선전력공급 시스템 개발’ 등이 선정됐다.
이 대회는 KAIST가 세계적인 창업투자회사인 DFJ Athena LLC(대표 정회훈) 및 일신창업투자(주)(대표 고정석)와 공동으로 개최했다. 대회 개최에 참여한 투자회사들은 사업성이 있는 우수한 사업 제안에 대해서는 직접 투자를 할 계획이다.
이번 경진대회 심사에는 EEWS기획단장 이재규 교수, DFJ Athena LLC 정회훈 대표, 일신창업투자(주)의 고정석 대표 등이 참여했다.
EEWS사업기획경진대회는 KAIST 교수, 대학원생, 학부생 및 동문들의 EEWS 분야 연구결과를 사업화하는 과정을 장려하고 창의적인 인재를 발굴하기 위해 만들어졌으며 매년 실시할 예정이다.
EEWS(Energy, Environment, Water, and Sustainability)란 에너지 고갈, 환경오염, 물부족 및 지속성장 가능성 등 21세기 인류가 직면하고 있는 글로벌 이슈의 해결을 위하여 KAIST가 추진하고 있는 녹색성장 프로젝트이다.
2010.12.16 조회수 8747 -
물리학과 신성철, 남창희 교수 美 물리학회 펠로우 선정
우리학교 물리학과 신성철(申成澈, 56) 교수와 남창희(南昌熙, 51) 교수가 美 물리학회(APS) 2008년도 펠로우(석학회원)로 각각 선정되었다.
펠로우는 미국물리학회 회원 중 학술업적이 탁월한 0.5% 이하의 석학급 회원에게만 주어지는 제도다.
申 교수는 자성학 분야에서 280여편의 국내외유명학술지 논문게재와 140여회 학술대회 초청강연을 하였고, 특히 “자화반전 동력학 현상 및 2차원 박크하우젠 잡음 현상 구명”의 대표적 업적으로 펠로우로 선정됐는데, 국내학자로는 이 분야에서 처음으로 선정됐다.
南 교수는 레이저과학 분야에서 100여편의 국내외 유명학술지 논문게재와 50여회의 국제학술대회 초청강연을 하였고, “고출력 펨토초 레이저를 이용한 아토초 결맞는 엑스선 광원 연구”에 대한 업적으로 펠로우에 선정되었다. 南 교수는 이번에 레이저와 광학 관련 대표적 학회인 미국 광학회의 펠로우로도 선정됐다.
이번에 선정된 두 교수의 대표적 업적이 교과부의 창의적 연구사업 등의 기초연구지원을 통해 모두 국내에서 수행한 연구결과여서 우리나라 물리학 수준이 국제적으로 인정받고 있음을 반증하고 있다.
미국 물리학회 펠로우는 4명 이상의 기존 펠로우 추천과 3단계의 엄격한 학술업적 심사를 통해 선정되는데, 한 대학에서 2명이 동시에 선정되는 것은 국내는 물론 국제적으로도 매우 이례적이다. 현재 국내학자 중 미국 물리학회 펠로우로는 김만원(KAIST), 임지순(서울대) 교수 등 4명 정도가 있는 것으로 알려져 있다.
2008.12.04 조회수 9567 -
생명화학공학과 양승만교수 광자유체 신기술개발
생명화학공학과 양승만(梁承萬, 58세, 교육과학기술부 지정 광자유체집적소자 창의연구단 단장) 교수 연구팀이 다양한 기능을 갖는 나노입자를 제조하고 이들 입자들이 스스로 조립되는 ‘자기조립원리’를 규명하는 연구를 수행하여, 방대한 량의 정보를 처리할 수 있는 프로토타입(prototype)의 광․바이오 기능성 광자결정(photonic crystal)구조체를 개발했다.
자연계에 존재하는 대표적인 광자결정은 오팔보석, 나비의 날개, 공작새의 깃털 등이 있다. 이들 광자결정 물질들이 발산하는 아름다운 색깔은 색소에 의한 것이 아니라 이 물질들을 이루는 구조 자체가 규칙적인 나노구조로 되어 있기 때문이다. 즉, 광자결정은 굴절률이 다른 물질들이 규칙적으로 쌓여 조립된 3차원 구조체로 특정한 영역의 파장에 해당하는 빛만 완전히 반사시킨다. 이 성질을 이용하면 반도체가 전자의 흐름을 제어하듯 빛의 흐름을 제어할 수 있다. 이러한 광자결정의 특수한 기능 때문에 나노레이저, 다중파장의 광 정보를 처리할 수 있는 슈퍼프리즘(superprism), 빛을 원하는 위치로 가이드 할 수 있는 광도파로(waveguide) 등 차세대 광통신 소자와 현재의 컴퓨터 속도를 획기적으로 높일 수 있는 수십 테라급 초고속 정보처리능력을 갖춘 광자컴퓨터의 개발 등에 필요한 소재로 주목 받아왔다. 광자결정은 광자(빛)가 정보를 처리하는 미래에 오늘날의 반도체와 같은 역할을 할 것이므로 ‘빛의 반도체’라 불린다. 지난 20여 년 동안 자연 상태에 존재하는 광자결정의 나노구조를 인공적으로 제조하기 위한 연구가 많은 과학자들에 의하여 시도되어 왔지만 실용적인 구조를 얻는 데에는 한계가 있었다. 梁 교수팀은 2006년부터 교육과학기술부와 한국과학재단의 ‘창의적연구진흥사업’으로부터 지원을 받아 광자결정소재의 실용성을 확보하기 위한 연구를 수행하여 최근 해외 저명학술지로부터 크게 주목 받는 일련의 연구 성과를 거뒀다.
첫 번째 연구 성과로 굴절률 조절이 가능한 미세입자 대량 생산기술을 개발했다. 지금까지 구현된 3차원 광자결정은 결정을 이루는 물질의 굴절률이 1.5-2.0 정도로 낮고, 굴절률을 다양하게 조절할 수 있는 입자를 제조할 수 없어서 광자결정의 실용성에 한계가 있었다. 최근 梁 교수 연구팀은 굴절률을 1.4-2.8까지 마음대로 조절할 수 있는 입자를 대량으로 제조할 수 있는 실용적 방법을 개발했다. 제조된 고 굴절률 입자는 나노레이저, 광 공명기, 마이크로렌즈, 디스플레이 등 각종 광학소자와 광촉매 등으로 활용될 수 있다. 이 연구결과는 최근 어드밴스드 머티리얼스 인터넷판(6. 19)과 제 17호(2008. 9)의 표지논문으로 게재 예정이다. 특히, 이 논문은 저명 학술지인 네이처 포토닉스(Nature Photonics)誌 8월호(8. 1)에 리서치 하이라이트(Research Highlights)로 선정되어 연구의 중요성과 응용성에 대하여 특별기사로 조명했다.
그림 1. 초고굴절률 타이타니아 입자의 전자 현미경 사진
두 번째 연구 성과로 광자유체 기술을 이용한 광결정구 연속생산 기술을 개발했다. 균일한 크기와 모양을 갖는 광자결정구를 빛을 매개로 반응시킴으로써 종래에 수십 시간이 소요되는 공정을 불과 수십 초 만에 연속적으로 제조할 수 있는 기술을 확보했다. 이들 광자결정구는 차세대 반사형디스플레이 색소나, 나노바코드, 생물감지소자 등으로 활용될 수 있다. 특히 주목할 것은 몇 개의 다른 색을 반사하는 야누스 광자결정구슬을 제조하였는데 이들은 전자종이와 같은 접거나 말 수 있는 차세대 디스플레이 소자에 활용될 수 도 있다. 이러한 광자결정 표시소재는 세계굴지의 화학회사인 독일 머크(Merck)社 등에서도 개발 중이며 이번 연구 결과는 이 분야의 국제경쟁에서 우위를 확보하는데 필요한 핵심요소이다. 주요 연구결과는 국제적저명학술지인 미국화학회지(JACS)와 어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)誌에 6편의 논문을 최근 4개월(5～8월) 동안 연속 게재하여 광자결정의 실용성을 구현하는데 크게 기여했다고 인정받았다. 특히, 이들 논문들은 해당 학술지 편집인(Editor)과 심사위원들에 의하여 가장 앞선 연구결과로서 주목해야 할 논문(Advances in Advance)으로 선정됐으며, 9호(5. 5) 표지논문에 게재됐다.
그림 2. 3원광 광자결정구와 다색상 야누스 광자결정구의 현미경사진과 휘어지는 기판 위에 픽셀화된 3원광 광자결정.
세 번째 연구 성과로 광자유체 기술을 이용한 광결정 나노레이저를 개발했다. 현재까지 개발된 나노레이저는 발생하는 고열로 인하여 발진하는 레이저의 파장을 변화시키기 어려운 단점이 있었다. 梁 교수 연구팀은 KAIST 물리학과의 이용희 교수 연구팀과 공동으로 연속가변파장 나노레이저를 최초로 개발했다. 레이저를 발진하는 광자결정과 매우 미세한 유량을 도입할 수 있는 미세유체소자를 결합한 후 물과 같은 액체를 흘려줌으로써 온도를 낮추어 연속파 레이저 발진을 가능케 하였다. 또한 굴절률이 다른 액체를 흘려주어 광밴드갭을 조절함으로써 레이저의 파장을 조절 할 수 있었다. 가변파장 나노레이저는 신약개발 등 생명공학에서 요구되는 극미량의 시료로부터 방대한 량의 바이오정보를 광학적으로 신속하게 처리하는데 필요한 광원으로 사용될 수 있다. 이 연구 결과는 광물리 분야의 저명학술지인 옵틱스 익스프레스(Optics Express)에 게재(4. 9) 됐으며 이 논문의 독창성과 실용성은 영국왕립화학회(Royal Society of Chemistry)에서 발간하는 저명학술지 랩온어칩(Lab on a Chip) 8월호(8. 1)에 해설과 함께 “리서치 하이라이트”로 소개됐다.
그림 3. 나노레이저 발진모드
2008.08.19 조회수 10597 -
우성일 교수, 새로운 고속 연구 기법 개발
박막 재료 분야의 연구 기간, 연구비 수십 배 절감
美 국립과학원회보 인터넷판에 지난 9일 게재
생명화학공학과 우성일(禹誠一, 55 / 초미세화학공정연구센터소장) 교수팀이 연구 성과를 극대화할 수 있는 고속 연구 기법을 개발, 지난 9일(화) 저명학술지인 美 국립과학원회보(PNAS) 인터넷 판에 게재됐다.
禹 교수팀은 박막 재료 분야 연구 공정을 단축하기 위해 서로 조성(혼합비율)이 다른 박막을 한번에 수십 내지 수천 개를 만들고, 구조 분석과 성능 평가를 10배 이상 빠르고 정확하게 할 수 있는 고속 연구 기법을 개발했다. 이 연구 기법은 연구 기간과 연구비를 종래보다 수십 배 이상 줄일 수 있는 획기적인 방법이다.
전자재료, 디스플레이, 반도체 관련 제품에서 박막 재료의 특성이 최종 제품 품질을 결정한다. 한 가지 기능성 박막을 제조, 분석, 성능 평가 하는데 평균 2주 이상 걸린다. 원하는 박막재료를 성공적으로 만들기 위해서는 수천 번 이상의 실험이 필요하다.
기존 박막 제조 장치는 기상화학증착법, 스퍼터링(SPUTTERING), 물리증착법, 레이저휘발법 등 고진공을 요구하는 고가 장비다. 이 장비로 다양한 조성의 박막을 제조하기 위해서는 한 개에 수백만원씩 하는 타겟(고체 원료물질)과 1g에 수십만원씩 하는 전구체(휘발성을 가지는 유기금속화합물)가 필요하다. 수만 개의 다양한 조성을 가지는 박막 제조에는 막대한 실험비가 들어간다.
禹 교수팀은 새로운 고속 연구 기법을 이용, 고진공이 필요 없고 컴퓨터와 로봇에 의해 자동화된 ‘조합 액적 화학 증착’ 장비를 개발했다. 이 장비는 기존 장비에 비해 가격이 1/5 정도 저렴하고 유지 보수도 간편하다.
이 장비는 고가의 원료 물질 대신 저렴한 시약을 사용한다. 원하는 조성을 만들 수 있는 시약을 물이나 적당한 용매에 녹인 후 고주파를 가하여 수 미크론 크기의 액적(미세한 액체방울)을 만든다. 이 액적들을 질소로 움직여서 박막을 만들고자 하는 기판 위에 떨어뜨린 후 후속 열처리를 통해 원하는 조성의 박막을 만든다. 이때 박막 시료의 크기를 그림자 마스크를 사용하여 밀리미터 크기로 만들며 이동속도가 조절되는 마스크로 증착 시간을 조절하면 다양한 조성의 박막을 한번에 수십 내지 수백 개를 만들 수 있다. 이 장비로 박막 제조에 필요한 재료비는 100g에 수만 원 정도로, 종래방법의 1/100 내지 1/10로 줄일 수 있으며, 연구기간은 수십 분의 일로 줄일 수 있게 된다.
禹 교수는 “이 새로운 연구 기법을 박막 재료 분야 연구뿐만 아니라 기존 연구 방법으로 발견하지 못한 핵심 에너지, 재료, 건강 분야 소재 개발에 광범위하게 활용하면 큰 효과를 가져올 것이다.”라고 말했다.
‘조합 액적 화학 증착’ 장비는 현재 국내 특허를 출원하고 일본과 독일에 국제 특허를 출원중이다. 이 장비는 주문 생산에 의해 일반 연구자들에게도 제공할 예정이다.
2007.01.31 조회수 9925 -
이상수 교수, 2006년도 미국광학회상 수상
물리학과 이상수(李相洙, 81) 명예교수가 2006년도 미국광학회상 (Esther Hoffman Beller 메달) 수상자로 선정되었다.
李 명예교수는 광학공학 교육에 대한 뛰어난 공헌과 40년이 넘는 기간 동안 지도와 연구를 통해 한국광학공학의 토대를 마련한 공로로 이상을 수상하게 되었다.
시상식은 제90차 미국 광학회 연례회의인 Frontiers in Optics 2006에서 거행된다.
李 명예교수는 영국 Imperial College of Science and technology에서 박사학위를 받았으며, 1964부터 1965년까지 Harvard 대학에서 연구원으로 활동했다. 1961년에는 한국원자력연구소에서 물리학 연구부를 이끌었으며, 1967년에 한국원자력연구소장이 되었다. 1970년에는 한국 원자력청장을 역임했으며, KAIST 초대총장을 지냈다.
李 명예교수는 대한민국 학술원 회원(1981), 한국물리학회 회장(1979-1981), 한국 광학회 명예회장(1989)를 역임하였고, 미국 광학회와 영국 물리학협회의 펠로우이다. 1993년부터 1999년까지 International Commission for Optics의 부회장을 역임, 1989년부터 1995년까지 UN 대학의 자문위원으로 활동하였다.
李 명예교수는 한국원자력연구소에서 "원자로의 체렌코프 방사에 관한 연구"를 했다. 원자로의 긴급정지 시점에서부터 체렌코프 방사의 붕괴모드를 측정함으로써 r-선의 분광학을 완성시켰다. KAIST에서는 레이저 개발을 연구, phase conjugate work의 발생에 이용되는 가변 분극 염료 레이저(variable polarization dye laser)와 다양한 재료가공법에 사용되는 요오드 광해리 레이저(iodine photo-dissociation laser)를 설계하는데 조력했다. 엑스선 광학을 포함하여 다양한 분야에 적용될 수 있는, 수차가 거의 없는 four-mirror 시스템을 개발했다.
2006.08.17 조회수 9936 -
이달의 과기인상 2월 수상자에 이용희교수
이달의 과학기술자상 2월 수상자, KAIST 물리학과 이용희 교수 선정
= 전류구동 단세포 광결정 레이저 개발 =
과학기술부(부총리 吳明)와 한국과학재단(KOSEF, 이사장 權五甲)은 최첨단 극미세 반도체 레이저 분야에서 ‘광결정 단세포 레이저 공진기’의 세계적 권위자로 인정받고 있는 KAIST 자연과학부 물리학과의 이용희 교수를 ‘이달의 과학기술자상’ 2005년 2월 수상자로 선정했다.
KAIST 물리학과 이용희 교수가 이끄는 과기부지원 나노레이저 국가지정연구실은 세상에서 가장 작은 100만분의 1m 크기의 광결정 레이저를 개발하였다. 이 레이저는 특수한 구조로 된 반도체 기판에 아주 작은 양의 전류를 흘려주면 빛이 증폭돼 발생하는 것으로, ‘전기만 연결하면’ 레이저를 구동할 수 있게 돼 관련 학계로부터 ‘실용화의 첫걸음’이라는 평가를 받고 있다.
‘자연의 기발한 발명품"으로만 여겨졌던 광구조, 특히 광결정은 통제하기 어려운 빛을 길들이는 데 적격이어서 최근 과학자들의 주목을 받아 왔다. 광결정은 두 가지 물질이 주기적으로 배열돼 특정 파장의 빛을 100% 반사되게 할 수 있는 특이한 성질을 가지고 있다. 이런 특성을 잘 이용하면 작은 공간에 빛을 교묘하게 구속시켜서 신개념의 레이저를 만들 수 있다.
이런 아이디어를 갖고 2004년 9월, KAIST 물리학과 이용희 교수와 박홍규 박사팀은 광결정을 기반으로 하는 물리적으로 구현 가능한 가장 작은 레이저인 극미세 단세포 레이저를 세계최초로 구현시켰으며 미국 과학저널지인 사이언스(SCIENCE)에 "전기로 구동되는 단세포 광결정 레이저의 실험적 구현" 이란 제목의 논문을 발표하였다. 광결정 레이저는 빛이 생성되는 공간을 매우 작게 만들 수 있기 때문에 매우 적은 에너지만으로도 작동할 수 있는 장점이 있다. 광결정 레이저는 크기가 대략 100만분의 1m (머리카락 굵기의 1/100 정도)에 지나지 않아서 빛의 파장보다도 작을 뿐 아니라, 전기로 직접 구동되기 때문에 그 동안 적용이 어려웠던 초고속, 고효율의 광통신과 광컴퓨터 등 광전자 기반 기술에 활용이 가능한 차세대 레이저로 각광 받고 있다.
현재까지 알려진 바로는 광결정 안에 있는 발광물질이 빛을 내도록 하기 위해서는 다른 레이저로 발광물질에 빛을 쏘는 광펌핑 과정이 필요했다. 그러나 광펌핑 과정을 거치게 되면 복잡한 이중 장치가 들어가게 되어서 실제적으로 상업적 응용이 불가능하다. 전기로 구동되는 광결정 레이저 구현의 핵심기술은 작은 전류가 통하는 길이다. 이 길은 광결정의 특징을 훼손시키지 않고 단지 전류만 흐를 수 있도록 구조의 대칭점에 매우 작게 제작돼 있다. 전기로 구동되는 광결정 레이저는 하나의 광자만을 만들 수 있는 ‘단일 광자원’의 가능성을 열어주고 있다. 단일 광자원은 빛 입자, 즉 빛 알갱이를 하나씩 만들어 통신에 활용할 경우 절대 도청이 불가능하다.
이용희 교수는 “이 극미세 레이저를 바탕으로 전류를 아주 약하게 흘려 빛 알갱이인 광자가 하나씩 나오는 레이저 총이 등장하면 비밀 광통신이 가능해질 것”이라며 “광자를 하나씩 보내면 도청을 시도할 때 광자의 상태가 바뀌기 때문에 도청이 불가능하다”고 말한다. 비유적으로 설명하면 처음에 구슬 상태의 광자를 하나씩 보냈을 때 누군가가 도청을 시도하면 구슬 상태가 깨지면서 전혀 다르게 바뀐다. 도청하는 사람은 잘못된 정보를 얻을 뿐 아니라 도청 여부도 금방 들통이 난다. 현재의 통신은 전파든 빛이든 다발 형태로 신호가 전달된다. 예를 들어 신호의 크기로 정보를 보낸다고 할 때 신호의 일부만 빼내면 도청이 가능하다. 또 도청된 신호는 진폭이 다소 줄어들지만 도청 여부를 판단하기가 쉽지 않다. 따라서 광결정 레이저는 앞으로 도청이 불가능한 초고속 광통신 구현에 핵심 소자로 대두될 것으로 예상된다.
2005.02.07 조회수 11214