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그래핀·탄소나노튜브 등 국내 핵심소재 기술, 국제표준화 추진산업통상자원부 국가기술표준원(원장 진종욱)에 따르면 4월 22일부터 26일까지 서울 코트야드메리어트 호텔에서 '나노전기전자 분야(IEC/TC 113) 기술위원회'를 온·오프라인으로 동시에 개최했다. 이날 기술위원회에 한국, 미국, 일본, 독일 등 7개국 표준 전문가 50여 명이 참석했다. IEC/TC 113 기술위원회는 한국이 강점을 가진 반도체, 디스플레이, 이차전지에 사용되는 나노소재 기술의 표준을 논의했다. 기술위원회는 한국 전문가가 2022년부터 의장을 맡고 있다. 특히 나노분야는 한국이 주력산업의 핵심소재로서 현재 논의 중인 58종의 표준 중 20여 종을 우리가 주도해 제안하는 등 활발하게 활동하고 있다. 또한 총회에서 한국은 전기차, 이차전지의 효율성을 증가하고 충전 시간을 단축할 수 있는 나노소재에 대한 국제표준안 4종을 신규로 제안했다. 그래핀, 탄소나노튜브는 강도가 높고 출력 특성이 우수하여 전기차 등의 효율성을 향상할 수 있으며, 배터리의 에너지 밀도를 높여 충전 시간을 단축할 수 있다. 이번에 제안한 표준은 나노소재의 전기적 특성 및 전자기파에 대한 차폐 성능을 평가하는 방법을 개발한 것으로 향후 반도체, 전기차, 이차전지의 안정성 및 효율 향상에 기여할 것으로 예상된다. 오광해 표준정책국장은 “이번 총회가 한국에서 개최됨에 따라 독일·미국 등 선도국들과 나노기술 분야의 표준협력을 강화하는 계기를 마련했으며, 나노소재는 향후 글로벌 시장에서 지속적인 수요 증대가 예상되는 산업으로 국제표준 협력을 강화하고 국제표준화 활동에 적극 참여하겠다”고 의지를 전했다.
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그래핀·탄소나노튜브 등 국내 핵심소재 기술, 국제표준화 추진산업통상자원부 국가기술표준원(원장 진종욱)에 따르면 4월 22일부터 26일까지 5일간 서울 코트야드메리어트 호텔에서 나노전기전자 분야(IEC/TC 113) 기술위원회를 온·오프라인으로 동시 개최했다. 기술위원회에 한국, 미국, 일본, 독일 등 7개국 표준 전문가 50여 명이 참석했다. 위원회는 한국이 강점을 가진 반도체, 디스플레이, 이차전지에 사용되는 나노소재 기술의 표준을 논의했다. 2022년부터 한국 전문가가 의장을 맡고 있으며 특히 나노분야는 우리나라 주력산업의 핵심소재로서 현재 논의 중인 58종의 표준 중 20여 종을 우리가 주도해 제안하는 등 활발하게 활동하고 있다. 이번 총회에서 우리나라는 전기차, 이차전지의 효율성을 증가하고 충전 시간을 단축할 수 있는 나노소재에 대한 국제표준안 4종을 신규로 제안했다. 그래핀, 탄소나노튜브는 강도가 높고 출력 특성이 우수하여 전기차 등의 효율성을 향상할 수 있으며 배터리의 에너지 밀도를 높여 충전 시간을 단축할 수 있다. 금번에 제안한 표준은 나노소재의 전기적 특성 및 전자기파에 대한 차폐 성능을 평가하는 방법을 개발한 것으로 향후 반도체, 전기차, 이차전지의 안정성 및 효율 향상에 기여할 것으로 예상된다. 오광해 표준정책국장은 “이번 총회가 한국에서 개최됨에 따라 독일·미국 등 선도국들과 나노기술 분야의 표준협력을 강화하는 계기를 마련했다."며 "나노소재는 향후 글로벌 시장에서 지속적인 수요 증대가 예상되는 산업으로 국제표준 협력을 강화하고 국제표준화 활동에 적극 참여하겠다”고 의지를 전했다.
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2023 나노융합성과전, 나노소재와 혁신산업이 함께 만나다산업통상자원부(장관 방문규)는 11월 30일(목) 차세대융합기술원(광교)에서 열린 「2023 나노융합성과전」에서 현대자동차, LG이노텍 등 주요 나노소재 수요기업이 참여한 가운데, 나노기술과 타산업 간 융합 및 산학연 교류·협력의 확대를 목표로 하는 위 행사를 성공적으로 개최했다. 참고로, 나노소재란 나노기술을 기반으로 제조된 소재다. 그 구조나 특성이 나노미터 크기로 나타나는 소재를 뜻하기 때문에 독특하고 특수한 물성을 가지고 있어 다양한 방면으로 응용되고 있다. 대표적으로 전자공학 및 반도체 산업과 더불어 의료 분야, 에너지 분야 등에서도 혁신적인 솔루션으로 부각되고 있다. 이번 행사에서는 나노기업과 수요기업 간의 협력을 강화하기 위해 「나노소재 산업 활성화 포럼」을 신설했다. 이를 통해 나노소재와 부품에 대한 수요기업의 관심을 높이고, 이들 간의 협력을 촉진하는 데 주력했다. 나아가, 나노산업 유공자에게는 정부표창이 수여되었으며, LG전자의 기조강연과 함께 「수요 관점의 나노기술 기회와 과제」에 대한 토론도 진행되었다. 올해의 나노산업 유공자로는 석경에이티의 임형섭 대표와 케이비엘러먼트의 배경정 대표가 선정되었다. 석경에이티는 기능성 무기 나노소재의 다양한 개발과 바이오헬스 분야 등에서의 성공적인 적용으로 인해 대통령 표창을 수여받았으며, 케이비엘러먼트는 비산화 그래핀 양산을 통한 기여로 국무총리 표창을 수상하였다. 산업부 장관표창은 LG이노텍 김유선 책임, 롯데에너지머터리얼즈 유종호 상무, 대구테크노파크 김효진 센터장, 한국생산기술연구원 홍성우 수석에게 수여되었다. 첨단산업정책관인 이용필은 개회사에서 “나노소재의 활용과 확산은 첨단산업 기술의 핵심이자 순환경제 전환에 기여하는 핵심 요소”라며 “향후 발표할「나노소재 산업 육성전략」을 통해 나노소재 산업의 체계적 육성을 통해 지속가능한 첨단산업 초격차를 달성하겠다”고 밝혔다. 나노기술과 혁신산업의 결합을 추진했던 이번 행사는 나노산업의 미래를 밝히는 데 한발 다가갔다는 평가를 받았다.
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ETRI, AI로 98% 정확도 피부부착 센서 개발국내 연구진이 피부의 늘어나는 크기와 방향을 동시에 정확히 측정할 수 있는 피부부착형 스트레인 센서를 개발했다. 새로운 센서 구조에 인공지능(AI) 알고리즘을 적용, 정확도와 신뢰성을 획기적으로 높여 향후 재활, 헬스케어, 로봇의 전자피부에 널리 활용될 전망이다. 한국전자통신연구원(ETRI)은 중앙대 연구팀과 함께 360도 전 방향에 걸쳐 늘어나고 줄어드는 신축량과 변형 방향을 98%의 정확도로 감지할 수 있는 스트레인 센서를 개발했다고 밝혔다. 본 성과는 세계적 학술지‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)’에 지난 1월 5일자로 온라인에 게재되었다. 기존 피부부착 스트레인 센서는 고무와 같은 신축성 소재와 그래핀, 탄소나노튜브(CNT) 등 전도성 나노소재를 더해 신축성 전도체 채널을 만든 뒤, 채널이 늘어나고 줄면서 변화하는 전기 저항값으로 변형의 크기를 감지했다. 하지만, 이러한 구조는 미리 정해진 특정 방향으로 가해지는 변형만을 감지할 수 있어 같은 부위라도 상황에 따라 여러 방향으로 늘어나는 피부의 특성을 정확히 측정할 수 없다는 한계가 있었다. ETRI-중앙대 연구진은 세계 최초로 늘어나는 크기와 방향을 동시에 잴 수 있는 스트레인 센서를 제작했다. 또한, 인공신경망 구조를 이용한 AI 알고리즘을 적용해 크기와 방향을 98% 정밀도로 예측하는 데 성공했다. 본 기술은 사람의 피부에 부착, 인체의 움직임을 측정할 수 있을 뿐 아니라 재활, 헬스케어, 로봇 등에 활용이 가능할 것으로 보인다. 본 기술의 핵심은 새로운 방향성 센서 구조다. 연구진은 일자 형태의 신축성 전도체 채널을 늘어나지 않는 두 개의 단단한 영역 사이에 걸쳐 360도로 늘어나는 방향에 따라 주기적인 저항 증감 특성을 나타내는 새로운 구조를 구현해 특허출원을 마쳤다. 또한, 세 개의 센서를 서로 다른 방향으로 인접하게 배치하여 이들 신호의 조합으로 특정 부위의 신축 방향과 변형량을 동시에 뽑아낼 수 있다. 아울러, 다양한 센서 데이터들을 인공신경망 알고리즘을 통해 학습, 분석해 30% 신축 범위에서 신축 방향과 변형량을 98% 정확도로 추출할 수 있었다. 기존에는 다양한 감각을 인지하기 위해 다량의 개별센서가 필요해 신호 해석 시간에 따른 지연 현상을 벗어나기 어려웠다. 본 연구에서는 단일 교차반응 센서에서 얻어진 복합신호에 인지학습을 통한 AI 알고리즘을 적용, 다양한 감각 특성을 동시에 추출하는 방식을 보였다. 본 센서에 사용된 소재들은 인체에 무해한 소재로 피부부착 및 인체 각 부위의 동작 감지에 널리 사용될 수 있다. 또한, 인쇄공정을 통해 제작이 간편하다. 제작 단가가 낮고 제작 시간도 짧으며 일반적으로 많이 쓰이는 저가의 소재를 사용하므로 일회용 센서로도 활용 가능하다. ETRI 플렉시블전자소자연구실 김성현 책임연구원은“연구진이 개발한 고정확 스트레인 센서는 간단한 구조로도 피부의 복잡한 변형 양상을 정확히 측정할 수 있어 재활치료 및 헬스케어, 로봇, 의족/의수, 웨어러블 기기 등 전자피부가 필요한 분야에 폭넓게 활용이 가능할 것이다”고 말했다. 중앙대 박성규 교수도 “개발된 기술은 인공지능 알고리즘을 이용하여 단순한 센서 모듈로도 다양한 특성을 동시에 인식하고 기존 방식의 시공간적인 제약을 탈피할 수 있는 획기적인 시도로 인공지능 기반 시스템에 두루 응용될 수 있다”고 밝혔다. 연구진은 3년 내 상용화를 목표로 향후 본 기술을 다양한 동작 하에서 근육 및 관절의 움직임 측정에 적용해 근골격 질환의 진단 및 상시 재활치료에 적용할 계획이라고 전했다. 본 연구는 과학기술정보통신부“스킨트로닉스를 위한 감각 입출력 패널 핵심 기술 개발” 과제와 “상시 근골격 모니터링 및 재활을 위한 무자각 온스킨 센서 디바이스 기술”과제로 수행되었다. 본 연구는 ETRI와 중앙대가 연구 책임을 맡아 성균관대학교 및 미국의 코네티컷 주립대와 공동으로 진행했다. 논문의 제 1저자는 ETRI 플렉시블전자소자연구실 김성현 박사와 중앙대 반도체디스플레이연구실 이준호 박사과정생이다.
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[미국] 미토머티리얼솔루션, 검증되고 기능화된 그래핀 표준 인증 획득미국 그래핀 공급업체인 미토머티리얼솔루션(MITO Material Solutions)에 따르면 검증되고 기능화된 그래핀(VERIFIED FUNCTIONALIZED GRAPHENE®) 표준 인증을 획득했다.즉 미토머티리얼솔루션은 시설, 프로세스 및 재료에 대한 제3자 테스트를 통한 직접 검사를 성공적으로 통과했다. 기능화는 그래핀에 다른 요소를 추가하거나 재료를 처리하여 특성을 향상시키는 고도로 숙련된 과정이다.검증되고 기능화된 그래핀 인증은 그래핀 분류 프레임워크에 따라 기능화된 그래핀 재료에 대한 독립적인 전문가 테스트가 포함된다. 현재 나노기술 국제 표준 ISO/TS 80004-13:2017에 공식적으로 채택됐다.인증은 그래핀 생산 및 기능화 시설에 대한 독립적인 제3자의 검사, 생산 방법, 수량 및 품질 관리 프로세스의 검증을 포함하는 유일한 자격 증명에 해당된다.또한 인증은 고객이 기능화된 그래핀 재료를 공급하기 위해 유능한 파트너와 협력하고 있다는 것을 신뢰할 수 있는 증표로 평가된다.이를 통해 미토머티리얼솔루션은 통합하기 어려운 재료를 사용하기 쉽고 비용 효율적인 하이브리드 첨가제로 개발해 고급 재료 성능을 향상시킬 수 있는 역량을 구비한 것으로 평가받았다.이와 같은 미토머티리얼소루션의 역량은 그래핀 위원회(The Graphene Council)에 의해 보증됐다. 그래핀 위원회는 그래핀 및 고급 2D 재료 부문을 대표하는 독립 기관이며 전 세계적으로 3만 명 이상의 재료 전문가 및 전문가를 대표한다.특히 그래핀 위원회는 그래핀의 상업적 채택 및 적용을 지원하기 위한 표준 설정, 테스트 및 교육에 적극적으로 참여하고 있다.
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차세대 양자 소재 물성, 이론적 예측 대신 직접 측정한다2004년 꿈의 소재로 불리는 그래핀이 처음 발견된 이후, 그래핀과 같은 이차원 물질로 신소재를 개발하기 위한 연구가 활발해졌다. 최근 수년 사이에는 이차원 위상을 갖추면서 자성을 띠는 물질에 특히 관심이 집중되고 있다. 국내 출연연·대학 공동연구팀이 세계 최초로 이차원 위상 자성체 물질의 스핀의존 전자구조를 넓은 에너지 영역에서 측정하는 데 성공했다. ▲KRISS 저차원소자물질연구팀 (뒷줄 좌측부터 시계방향으로) 정수용 책임연구원, 이덕현 박사후연구원, 하동한 책임연구원, 이인호 책임연구원, 민근홍 학생연구원) / 사진 제공 : KRISS 이차원 위상 자성체 물질은 미래 양자정보·메모리소자의 핵심 소재로 주목받는 물질이다. 자성체의 물성을 파악하기 위해서는 이를 좌우하는 전자의 스핀 정보를 정확히 측정해야 한다. 지금까지는 전자의 스핀 정보는 아주 작은 에너지 영역에서만 제한적으로 측정 가능해, 상당 부분은 이론적 예측 연구에 의존해야 했다. 전자의 스핀 정보가 외부의 물리적·화학적 환경에 민감하게 반응해 작은 변화에도 쉽게 손실되기 때문이다. 이번 성과는 그동안 이론적 예측에 머물러 왔던 이차원 위상 자성체 물질의 고에너지 스핀의존 전자구조를 직접 측정한 전세계 첫 사례다. ▲무결점 반데르발스 결합 FGT 소자의 광학 현미경 이미지 / 사진 제공 : KRISS 연구팀은 스핀의존 전자터널링분광법을 이용해 이차원 위상 강자성체 물질인 Fe3GeTe2(FGT)의 고에너지 스핀의존 전자구조를 직접 측정하고, 이를 이론적 예측값과 비교, 분석해 정확성을 검증했다. FGT는 이차원 상태에서도 자성과 도체성을 띠는 양자위상 물질로, 차세대 양자스핀 및 정보소자 구현의 핵심 소재로 주목받고 있다. ▲ 반데르발스 결합 무결점 접합구조를 적용해 제작한 FGT 기반 자화터널소자 / 사진 제공 : KRISS 이번에 개발한 이차원 자성체의 스핀 물성 측정 및 분석 기술은 차세대 양자위상·양자정보 소재 개발을 위한 기초 기술로 널리 활용될 수 있다. 또한 실험에 사용된 무결점 반데르발스 결합 소자 구성은 양자 메모리, 확률적 변이 메모리 등의 차세대 스핀?초전도 양자 소자에도 응용 가능하다. KRISS 저차원소자물질연구팀 정수용 책임연구원은 “이번 성과는 국내 양자소재 전문가들이 결집해 달성한 쾌거”라며 “그간의 이론적 예측 연구에 응답할 수 있는 측정결과를 제시해, 차세대 양자소재 실용화 연구에 새로운 가능성을 보여줬다”고 밝혔다. KRISS 기본사업과 한국연구재단 기초연구사업, IBS 원자제어저차원 전자계연구단, IBS 강상관계물질연구단의 지원을 받은 이번 연구의 성과는 소재 분야의 세계적인 학술지인 네이처 머티리얼즈(Nature Materials, IF: 47.656)에 8월 5일 온라인 게재됐다.
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주름 그래핀, 다양한 소재에 적용할 길 열린다한국표준과학연구원(원장 박현민, 이하 KRISS)이 주름 그래핀을 다양한 소재의 기판 위에 대면적으로 제조할 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다. 그간 특정 소재의 제조 기판 위에서만 사용 가능했던 그래핀에 주름 구조를 인위적으로 제작하여 만든 그래핀인 주름 그래핀을 원하는 환경에 대면적으로 결합할 수 있게 돼, 다양한 응용산업 분야에서 폭넓은 활용이 가능해질 전망이다. ▲KRISS 연구진이 주름 그래핀의 주름 구조를 관찰하고 있는 모습 (사진 좌측 : 홍성구 책임연구원, 사진 우측 : 프라샨트 UST-KRISS 스쿨 박사과정생) / 사진 제공 : KRISS 그래핀은 탄소 원자로 이뤄진 탄소 동소체의 한 종류로, 구리보다 전기 전도율이 100배 이상 우수하고 강철보다 200배 단단하며 열전도율도 높아 꿈의 소재로 불리는 신소재다. 여기에 주름 구조를 적용하면 신축성이 좋아지고 단위 부피당 표면적이 늘어나며, 광투과도, 습윤성, 전기·화학적 반응성의 제어가 가능해져 그 활용성이 극대화된다. 현재까지 연구된 주름 그래핀의 제조법은 주로 탄성 변형성이 큰 탄성고무나 열가소성 필름을 기판으로 이용하는 방식이다. 기판을 늘린 상태에서 그 위에 그래핀을 전사한 후 크기를 원상태로 복원하면 그래핀에 주름이 생기는 원리이다. 이 방식은 제조된 주름 그래핀에서 제조 기판을 분리하기가 사실상 불가능하다는 단점이 있어 실용화하기에 제약이 컸다. 유독성 화학용재로 기판을 녹이는 방법이 유일한데 탄성고무는 이 방법으로도 녹지 않는다. 열가소성 필름은 수 센티미터 수준의 작은 크기를 녹이는 데에도 이틀 이상이 소요되며, 그 과정에서 잔류 오염물질이 남고 주름 그래핀의 구조가 손상돼 산업적으로 활용하기 부적합하다. KRISS 연구진은 주름 그래핀을 손상시키지 않으면서도 제조 기판에서 쉽게 분리할 수 있는 기술을 개발하고, 분리한 주름 그래핀을 페트(PET)와 실리콘 고분자 소재에 전사해 성능 검증에 성공했다. 기술의 핵심은 주름 그래핀과 제조 기판 사이에 물에 쉽게 녹는 수용성 필름층을 추가하는 것이다. 기판 위에 수용성 필름을 코팅한 후 롤 공정으로 그래핀을 전사하면 그래핀과 기판 사이의 접착력이 향상돼 대면적 공정에서도 그래핀의 주름 구조를 원하는 대로 제어 가능하다. 제조 후 물을 이용해 수용성 필름을 녹이면 주름 그래핀이 기판에서 분리돼 원하는 소재의 다른 기판에 전사할 수 있다. 전사란 제조분야의 용어로, 일정한 패턴 혹은 얇은 필름층 등을 원하는 대상 위에 옮기는 것을 의미한다. 연구진은 수용성 필름을 사용해 제조한 주름 그래핀을 산업현장에서 널리 쓰이는 투명 소재인 페트와 실리콘 고분자 기판 위에 전사한 후 성능을 검증했다. 분석 결과 두 경우 모두 주름 구조의 손상이나 잔류 오염물질이 발생하지 않으면서 광투과도, 전기·기계적 특성 및 내구성이 우수함이 확인됐다. 탄성 변형성이 작은 페트 소재에 주름 그래핀을 제조한 사례는 이번이 세계 최초이다. 주름 그래핀은 플렉서블 투명전극을 필요로 하는 스마트폰이나 웨어러블 기기, 뛰어난 전기·화학적 반응성과 효율이 요구되는 각종 센서와 필터, 에너지 저장 소자, 태양전지 등에 활용할 수 있다. KRISS 소재융합측정연구소 홍성구 책임연구원은 “이번 기술은 제조업에서 흔히 쓰이는 롤 공정을 채택해, 주름 그래핀을 다양한 응용분야에서 저비용·대면적으로 활용할 실마리가 될 것”이라고 밝혔다. KRISS 기본사업의 지원을 받아 수행한 이번 연구의 성과는 국내와 미국에서 특허 출원을 완료했으며, 6월 나노분야 국제학술지 ACS Nano (IF=18.027)에 게재됐다. 프라샨트 UST-KRISS 스쿨 박사과정생이 논문 1저자로, 홍성구 책임연구원이 교신저자로 참여했다.