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극한의 환경에서도 적용가능 열전 소재 최초 개발
스마트 의류와 같은 웨어러블 기기에서 활용될 수 있으며, 극한의 환경에서도 안정적인 열 에너지 성능을 유지할 수 있는 열전 소재가 한국 연구진에 의해 개발되었다. 기존 열전 소재 분야의 오랜 난제였던 열전 소재의 성능과 기계적 유연성 간의 딜레마를 획기적으로 해결하였고 상용화 가능성을 입증하기도 했다.
우리 대학 신소재공학과 정연식 교수와 기계공학과 박인규 교수 공동 연구팀이 국립한밭대학교 오민욱 교수, 한국기계연구원(원장 류석현) 정준호 박사 연구팀과 협업을 통해, 차세대 유연 전자소자를 위한 혁신적인 에너지 수확 솔루션인 ‘비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 열전 섬유’를 개발하는 데 성공했다고 21일 밝혔다.
열전 소재는 온도 차이가 있을 때 전압을 발생시켜 열에너지를 전기에너지로 변환하는 소재로, 현재 약 70%의 에너지가 폐열로 사라지는 상황에서 이러한 폐열을 회수해 재활용할 수 있는 지속가능한 에너지 물질로 주목받고 있다.
우리 주변의 열원은 인체, 차량 배기구, 냉각 핀 등 대부분 곡면 형태를 띠고 있다. 세라믹 재료 기반의 무기 열전 소재는 높은 열전 성능을 자랑하지만 깨지기 쉬워 곡선형 제작이 어렵다는 단점이 있다. 반면, 기존 고분자 바인더를 사용한 유연 열전 소재는 다양한 형상의 표면에 적용할 수 있지만 고분자의 낮은 전기전도성과 높은 열 저항으로 인해 성능이 제한적이었다.
기존 유연 열전 소재는 유연성 확보를 위해 고분자 첨가제가 들어가지만, 이는 소자 성능에 심각한 제약을 가져오는 문제가 있었다. 연구팀이 개발한 무기 열전 소재는 첨가제 대신 나노 리본을 꼬아 실 형태의 순도 100% 열전 소재를 제작하는 방식으로 이러한 한계를 극복했다.
무기 나노 리본의 유연성에서 아이디어를 착안한 연구팀은 나노몰드 기반 전자빔 증착 기술을 사용해 나노 리본을 연속적으로 증착한 후 이를 실 형태로 꼬아 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 무기 열전 섬유를 제작했다.
이 무기 열전 섬유는 기존 열전 소재보다 높은 굽힘 강도를 지니며 1,000회 이상의 반복적인 구부림과 인장 테스트에도 전기적 특성 변화가 거의 나타나지 않았다. 연구팀이 만든 열전소자는 온도차를 이용해 전기를 생산하는 소자로 섬유형 열전소자로 옷을 만들면 체온으로부터 전기가 만들어져서 다른 전자제품을 가동시킬 수도 있다.
실제로 구명조끼나 의류에 열전 섬유를 내장해 에너지를 수집하는 시연을 통해 상용화 가능성을 입증했다. 또한 산업 현장에서는 파이프 내부의 뜨거운 유체와 외부의 차가운 공기 사이의 온도 차를 이용해 폐열을 재활용하는 고효율 에너지 수확 시스템을 구축할 가능성도 열었다.
정연식 교수는 "이번 연구에서 개발된 무기 유연 열전 소재는 스마트 의류와 같은 웨어러블 기기에서 활용될 수 있으며, 극한의 환경에서도 안정적인 성능을 유지할 수 있어 향후 추가 연구를 통해 상용화될 가능성이 크다”고 말했다. 또한 박인규 교수는 “이 기술은 차세대 에너지 수확 기술의 핵심이 될 것이며, 산업 현장의 폐열 활용부터 개인용 웨어러블 자가발전 기기까지 다양한 분야에서 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.”고 강조했다.
우리 대학 신소재공학과 장한휘 박사과정 학생과 고려대학교 세종캠퍼스 안준성 교수, 한국원자력연구원 정용록 박사가 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제학술지‘어드밴스드 머티리얼즈 (Advanced Materials)’9월 17일 字 온라인판에 게재되었으며, 연구의 우수성을 인정받아 후면표지(Back cover)논문으로 선정되었다. (논문명: Flexible All-Inorganic Thermoelectric Yarns)
한편 이번 연구는 과학기술정보통신부의 지원을 받아 한국연구재단 중견연구자지원사업, 미래소재디스커버리사업, 글로벌 생체융합 인터페이싱 소재 센터, 산업통상자원부와 한국산업기술평가원(KEIT)의 지원 아래 수행됐다.
2024.10.21 조회수 8854 -
원자력및양자공학과 졸업생 송철화 박사, 미국원자력학회 2021 학술상 수상
우리 대학 원자력및양자공학과를 졸업한 한국원자력연구원(원장 박원석) 혁신계통안전연구부 송철화 박사가 미국원자력학회(ANS) 학술상(Technical Achievement Award, 이하 TAA)을 수상했다.
시상식은 지난 1일(현지시간) 미국 워싱턴 D.C.에서 열린 미국원자력학회 동계학술대회에서 진행됐다.
미국원자력학회가 제정한 TAA는 원자력 학문 발전에 공로가 큰 개인에게 시상하는 최고 권위의 상 중 하나로, 열수력 부문(THD)의 추천을 통해 1985년부터 매년 1명씩 선정하고 있다.
열수력학은 고온 고압으로 가동되는 원자로가 안전하게 설계·운영되도록 냉각재 거동 및 열전달 현상 등을 연구하는 핵심기술 분야다.
올해의 수상자인 송철화 박사는 지난 36년간 열수력학 및 원자로의 안전성 향상 연구개발에 매진하며 선도적인 업적을 이뤘다고 평가받았다.
주요 성과는 크게 △경수로의 안전성 평가 및 검증 △신형경수로의 열수력 현상 이해 △주요 안전 쟁점에 대한 다차원적 평가 △현상학적·정밀 분석을 통한 신형경수로 안전성 강화 △국제연구 활동의 주도적 참여 통한 지식 보급 5가지 분야로 나뉜다.
송철화 박사는 한국원자력연구원 원자력안전연구본부장과 열수력안전연구부장을 역임한 바 있으며, 이를 통해 한국형 신형경수로 APR1400, 후속 원전 APR+, 중소형원자로 SMART 등의 개발 및 원자력 안전성 향상 기술 연구를 수행해왔다.
지난 2016년에는 제60차 OECD/NEA(OECD 산하 원자력기구) 원자력시설안전위원회(CSNI) 의장단으로 선출됐으며, 현재 미국원자력학회 국제위원회 위원을 맡는 등 열수력 분야에서 활발하게 활동해온 국제적인 원자력 안전 전문가다.
또한, 과학기술연합대학원대학교(UST)에서 전임교원으로서 후학 양성에 공헌하고 있다. 2008년부터 10년간 신형원자력시스템공학 전공책임교수 역할을 수행하며, 이 과정에서 우수강의상 및 우수교수상을 수상했다.
송철화 박사는 “마침 한국원자력연구원에 들어온 연도와 TAA 제정 시기가 동일해 더욱 특별한 수상으로 여겨진다”며, “앞으로도 국내외 원자력 안전 분야의 발전을 위해 더욱 노력하겠으며, 후배 연구자들에게도 많은 활동과 수상의 기회가 있길 바란다”고 소감을 밝혔다.
2021.12.13 조회수 11070 -
자랑스런 동문상에 정칠희 삼성전자 종합기술원 사장 등 6인 선정
우리 대학 총동문회(회장 고정식)는 2016년 ‘KAIST 자랑스런 동문상’ 에 정칠희 삼성전자 종합기술원 사장, 백원필 한국원자력연구원 연구개발부원장, 박한오 ㈜바이오니아 대표이사, 정현호 ㈜메디톡스 대표이사, 김후식 ㈜뷰웍스 대표이사, 김철환 (주)오렌지파워 대표이사 등 6명을 선정했다. 시상식은 지난 14일(토) 오후 서울 소공동 롯데호텔에서 열리는 2017년 KAIST 총동문회 신년교례회에서 열렸다.
‘KAIST 자랑스런 동문상’ 은 한 해 동안 국가와 사회발전에 공헌하고 모교의 명예를 빛낸 동문에게 주는 상으로 KAIST 총동문회가 1992년부터 시상해 왔다.
정칠희(물리학과 석사 79학번) 삼성전자 종합기술원 사장은 삼성전자 반도체연구소장 재직시 세계적 수준의 시스템 반도체 기술 개발 및 메모리 디바이스 기술개발을 주도했다. 정 사장은 최고 수준의 효율과 색 순도를 갖는 카드뮴 없는 친환경 퀀텀닷(Quantum Dot) 소재를 개발하여 세계 최초 퀀텀닷 TV를 양산하는 등 미래 기술을 대비한 첨단 재료 및 디바이스 개발에 주력하고 있다.
백원필(원자력및양자공학과 석사 82학번, 박사 87학번) 한국원자력연구원 연구개발부원장은 2001년부터 한국원자력연구원에 재직하면서 국내 원자력안전기술을 세계최고 수준으로 발전시켜 국내 원자력안전연구 그룹이 세계적인 리더 그룹으로 진입하는데 결정정인 기여를 했다. 특히 세계적 원전 안전검증시설인‘아틀라스(ATLAS)’를 개발·구축 운영하여 원전 안전기술 확보 및 아랍에미리트연합(UAE) 원전 수출 등에 크게 기여했다.
박한오(화학과 석사 84학번, 박사 87학번) ㈜바이오니아 대표이사는 국내 바이오벤처 1호 기업을 창업하여 20여년에 걸쳐 유전자 연구용 시약과 진단 키트 및 첨단장비 수백 종을 개발함으로써 우리나라의 유전자기술이 세계정상수준이 될 수 있는 핵심 인프라를 구축했다. 기존 신약 개발의 문제점을 극복한 혁신적인 “새미알엔에이(SAMiRNA™, Self-Assembled-Micelle-inhibitory–RNA)” 기술 개발로 난치병 치료에 대한 새로운 해결책을 제시하며 글로벌 제약사 및 연구그룹들과 공동연구를 통한 각종 난치병 신약후보물질 공동개발 및 라이선싱을 성공적으로 이끌었다.
정현호(생명과학과 석사 86학번, 박사 88학번) ㈜메디톡스 대표이사는 2000년 바이오제약기업 ㈜메디톡스를 설립하여 미생물 보툴리눔 독소제제에 대한 연구개발로 국내 최초이자 세계에서 4번째로 상용화에 성공했다. 세계 최초로 비동물성 액상형 보툴리눔 독소제제를 개발하여 다양한 신경질환을 치료할 수 있는 보툴리눔 제제를 국산화하였으며, 수입 대체효과 및 국민보건의료 향상에 기여하고 있다.
김후식(물리학과 석사 95학번) ㈜뷰웍스 대표이사는 필름을 사용하여 엑스레이 영상을 촬영하던 기존의 아날로그 방식으로부터 디지털 전자파일 형태로 엑스선 영상을 제공하는 디지털 엑스레이의 상용화에 크게 기여했다. 특히 디지털 엑스선 영상의 품질을 좌우하는 광학계 및 영상시스템 설계를 주도하고 관련 기술기반을 직접 확립함으로써 인류 건강증진 및 국가산업발전에 기여하고 있다.
김철환(생명화학공학과 학사 87학번, 석사 91학번, 박사 93학번) ㈜오렌지파워 대표이사/(재)카이트 창업가 재단 이사장은 2005년 ㈜바이오제닉스 및 ㈜이미지앤머터리얼스를 창업했다. 회사 매각 자금 중 100억 원을 창업가 육성을 위해 카이트 창업가 재단을 설립하여 후배 창업가를 지원·육성하는 엔젤투자활동을 지속하고 있다. 또한 이차전지 열 문제 해결을 위한 ㈜오렌지파워를 2012년 창업하여 캐나다 하이드로 퀘백, 영국 넥시온, 독일 폭스바겐, 미국 테슬라와 같은 글로벌 기업들과의 협력관계를 구축하는 등 국가산업발전에 기여하고 있다.
2017.01.16 조회수 20501 -
테라헤르츠파 생체 부작용 첫 발견
인체에 무해하면서도 X선보다 활용분야가 다양해 꿈의 전자파로 불리는 ‘테라헤르츠파’의 생체 부작용이 세계 최초로 밝혀졌다.
우리 학교 나노과학기술대학원 김필한 교수와 한국원자력연구원 정영욱 박사 공동연구팀은 테라헤르츠파가 동물의 피부조직에서 염증반응을 일으키는 현상을 관찰했다.
연구결과는 광학 분야의 세계적 학술지인 ‘옵틱스 익스프레스(Optics Express)’ 온라인 판(5월 19일자)에 게재됐다.
테라헤르츠파는 0.1THz~10THz(테라헤르츠, 1조헤르츠) 대역의 전자기파로 가시광선이나 적외선보다 파장이 길어 X선처럼 물체의 내부를 투과해 볼 수 있지만 에너지가 낮아 인체에 해를 입히지 않는다고 알려져 왔다.
보안검색, 차세대 무선통신, 의료영상기술 등 다양한 분야에 활용되고 있으나 생체에 어떤 영향을 미치는지에 대한 연구는 거의 이뤄지지 않았다.
또 기존에 수행된 테라헤르츠 전자파의 영향에 관한 연구는 주로 인위적으로 배양된 세포만을 대상으로 수행해 복잡하고 다양한 구조의 생명체 조직에 미치는 영향을 예측하는 것은 불가능했다.
한국원자력연구원 연구팀은 먼저 살아있는 생체에 적용할 수 있는 고출력 테라헤르츠 전자파 발생기를 개발했다. 통신 분야에서 사용되는 것보다 10배 많은 출력량으로 바이오센서 등에 상용화하기 위해서는 지금보다 출력을 대폭 늘려야하기 때문이다.
이와 함께 KAIST 연구팀은 살아있는 생체조직 내부의 세포를 구분할 수 있는 고해상도의 3차원 영상 초고속 레이저 현미경을 개발했다.
공동연구팀은 고출력 테라헤르츠파를 유전자조작 생쥐의 피부에 30분간 조사한 결과 6시간 후 피부조직에서 염증세포의 수가 기존보다 6배 이상 증가한 것을 발견했다.
인체에 손상을 주지 않고 상피암 등 피부표면에 발생하는 질병을 효과적으로 확인할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있는 ‘테라헤르츠파’의 생체 부작용이 세계에서 처음으로 보고된 것이다.
김필한 교수는 “이번 연구 결과는 현재 다양한 분야에 활용되고 있는 테라헤르츠 전자파를 어떻게 하면 더 안전하게 사용할 수 있는가에 대한 기준을 제시한 것”이라며 “향후 일상생활에서 쓰이는 다른 종류의 전자파의 생체 영향에 대한 정확한 이해 및 분석에도 활용될 것”이라고 말했다.
한편, 이번 연구는 미래창조과학부의 재원으로 한국연구재단을 통해 세계수준의 연구센터(WCI) 및 선도연구센터(ERC) 사업의 지원을 받아 수행됐다.
그림 1. KAIST의 초고속 레이저스캐닝 공초점현미경 사진
그림 2. 한국원자력 연구원의 테라헤르츠 전자파 발생장치
그림 3. 살아있는 동물의 피부조직 세포수준 영상 획득 사진
그림 4. 테라헤르츠 전자파에 의해 유도된 염증세포 영상화 사진
2014.06.18 조회수 23947 -
김만원교수, 아시아-오세아니아 중성자 산란협회 초대회장 선출
물리학과 김만원(金萬源, 61세, 한국 중성자 빔 이용 전문연구회 회장, 前 고등과학원 원장) 교수가 "아시아-오세아니아 중성자 산란 협회(AONSA, Asia-Oceania Neutron Scattering Association)" 초대 회장에 선출됐다.
이 협회는 아시아-오세아니아 지역 중성자 과학 분야의 교류, 협력, 발전을 위하여 지난 8월에 공식 출범했다. 현재 우리나라를 포함 일본, 호주 등 이 지역 주요 국가들이 회원국으로 참여하고 있다. 초대 회장에 金 교수가 선출된 것은 우리나라 중성자 과학 분야의 높아진 국제적 위상과 한국원자력연구원의 하나로 중성자 연구시설, 현재 건설 중인 하나로 냉 중성자 연구시설 등이 국내는 물론 아시아, 오세아니아 지역 거점 연구시설로서 주도적 역할을 담당하고 있음을 보여준다.
金 교수는 향후 2년 동안 아시아-오세아니아 지역은 물론 미국, 유럽 등 세계 중성자 과학 분야의 국제 교류․협력을 주관하게 된다.
2008.09.04 조회수 17999