헬로티 이동재 기자 | 리튬이온 배터리는 이미 소형 가전, IT 기기부터 전기차까지 다양한 분야에서 널리 활용되고 있다. 현재는 더 빨리 충전되고 더 오래가며, 무게가 가볍고 높은 출력 밀도를 갖는 차세대 배터리의 수요가 급증하고 있다. 미래 에너지 소재는 향상된 특성 뿐만 아니라 친환경적인 요인도 함께 고려되어야 하므로, 이를 만족하는 이차전지 소재의 연구 및 개발이 요구되고 있다. 산화철은 지구에 풍부하게 존재하며, 독성이 적고 화학적으로도 매우 안정된 물질이기 때문에 리튬이온 배터리 소재로 다양한 연구가 진행돼왔다. 산화철을 비롯한 전이금속산화물은 충·방전에서 많은 개수의 리튬이온을 이용할 수 있어서 기존 흑연 소재보다 3배에서 4배 정도 큰 용량을 갖는 장점이 있다. 이러한 장점에도 불구하고 낮은 리튬 이동도, 큰 부피 변화, 낮은 초기 쿨롱 효율 등의 단점 때문에 실제 개발은 매우 제한적이다. 한국표준과학연구원(KRISS) 소재융합측정연구소 EM나노메트롤로지팀과 건국대학교 김연호 교수 연구팀은 리튬이온 배터리의 초기 쿨롱 효율과 용량을 획기적으로 향상한 산화철 나노구조체를 개발했다. 쿨롱 효율은 최근에 충전을 완료한 용량이 바로 그 전에 충전을 완료
헬로티 조상록 기자 | 실제 화재로 발생하는 불만 인식해 발화 10초 이내에 알려주는 지능형 화재감지기가 개발됐다. 한국표준과학연구원(이하 KRISS) 안전측정연구소 비파괴평가팀과 KRISS 연구소기업 한선에스티가 만들었다. 대부분의 기존 화재감지기들은 최초 발화 1분 이후인 화재 2단계에 화재를 감지하므로, 연기와 화염으로 인해 진압과 대피가 어려웠다. 또한 스프링클러는 실내 온도 72도가 넘어야 작동되므로, 실내에 있는 사람의 안전을 확보할 수 없었다. 이번 지능형 화재감지기는 화재 극 초기에 해당하는 1단계에서 화재를 인식해 자체경보와 스마트폰앱을 통해 알려준다. 불꽃의 위치 좌표를 확인할 수 있어 소화장치를 연동할 경우 국소 공간의 자동소화도 가능하다. 지능형 화재감지기는 오경보율 3% 이내로 기존 화재감지기인 연기감지기나 열감지기의 오경보율인 34%~50%에 비해 신뢰성이 매우 높다. 지능형 화재감지기의 이러한 성능이 가능한 이유는 적외선센서와 적외선 열화상센서를 결합한 융합센싱기술을 도입, 불꽃 인식률을 높였기 때문이다. 적외선센서가 불꽃의 특정 CO2 파장대를 이용하여 빠르게 불꽃을 인식할 수 있는 장점을 활용했다. 이에 더해, 화재감지기가 설치
헬로티 이동재 기자 | 국내 연구진이 소리가 나는 곳의 위치와 크기를 정확하게 시각화할 수 있는 인공지능 기술을 개발했다. 이번 기술은 기존보다 10배 이상 정확하며, 연산시간은 10분의 1 수준이다. KRISS-포스텍 공동연구팀은 소리의 위치와 크기를 이미지로 변환하는 인공지능(AI) 기술을 개발하고 지도처럼 시각화해 쉽게 위치를 파악할 수 있도록 했다. 이를 실생활에 활용하면 ‘산속 조난자 위치’를 소리로 찾을 수 있다. 최근 드론과 같은 무인 항공기 기술은 사람의 개입 없이 정찰·수송·구조 등의 분야에 전천후로 활용되고 있다. 하지만, 무인 항공기 기술을 통한 음원 위치 추적기술은 정밀도가 낮고 주변 소음 환경에 따라 극심한 성능 저하가 불가피하다는 단점이 있다. 공동연구팀이 개발한 음원 위치 추적기술은 기존보다 10배 이상 정확한 정보를 제공하기 때문에 드론 프로펠러 소음이나 다른 배경 소음이 있는 악조건에도 사용할 수 있다. 향후 정찰·수송·구조 등에 이번 기술을 결합하면 다양한 비대면 드론 임무 성공에 기여할 것으로 기대된다. 위 그림은 공동연구팀이 개발한 ‘딥러닝 기반 음원 위치 추적기술’의 드론 조난자 구조 활용 시나리오이다. 산속 조난자의 소
[헬로티] 국내 연구진이 양자통신과 양자컴퓨팅에 쓰이는 정보 단위인 큐비트 상태를 평가하는 기술을 개발하고 세계 최고 수준의 정확도를 달성하는 데 성공했다. 여기서 큐비트(qubit)란, 원자, 광자와 같은 기본 양자입자에 저장된 정보. 0과 1의 중첩이 가능해 정보의 보안성이 높고 경우에 따라 대용량 정보처리가 가능해, 양자암호통신과 양자컴퓨팅에서 사용되는 기본 정보 단위를 말한다. 양자상태 정밀측정기술은 양자정보 기술의 신뢰성을 검증하기 위한 핵심기술이다. 양자암호통신을 포함한 양자정보 기술 산업 분야에서 널리 활용할 수 있다. 양자정보기술에서 측정은 그 자체가 정보처리 과정의 일부이기도 하다. 측정 행위가 측정 대상인 양자상태에 영향을 주고, 이런 상호작용을 양자컴퓨터의 계산 과정이나 양자통신에 활용하기 때문이다. 부정확한 측정은 정보의 오류를 유발하며, 응용기술은 본래 목적을 달성할 수 없다. 양자상태를 정밀하게 측정하려는 연구는 꾸준히 수행돼왔다. 그러나 원자나 광자 같은 양자역학적 입자들을 직접 측정하는 양자기술의 특성상, 측정 대상의 수가 많지 않아 정밀도가 제한적이다. 최근에는 이를 개선하기 위해서 머신러닝 방법론이 사용돼왔다. 기존에 제안된
[헬로티] 표준연 "1억 개 중 측정 오류 40개로 정확도 매우 높아" 한국표준과학연구원(KRISS)은 1nA(나노암페어·10억 분의 1암페어) 이하 미세전류를 측정할 수 있는 표준 장치를 개발했다고 29일 밝혔다. 전류 측정 기술은 반도체 효율 분석, 미세먼지 농도 측정, 암 치료용 방사선량 측정 등 다양한 분야에 쓰인다. 하지만 현재 전류 표준값은 저항과 전압값보다 정확성이 현저히 떨어진다. 표준 저항·전압값은 변하지 않는 양자 상태로 발현되는 상수이지만, 전류는 이에 대응하는 소자가 개발되지 않아 측정에 한계가 있다. 세계 각국 측정 표준기관에서는 옴의 법칙(전류의 세기는 전압에 비례하고 저항에는 반비례한다)을 이용해 전압과 저항으로 전류를 간접적으로 측정하는 방식을 쓰고 있다. 전압 표준(조셉슨 전압 표준기)과 저항 표준(양자 홀 저항 표준기)을 측정해 전류 표준을 구현해 온 것이다. 사진. 단전자 펌프 소자 실험하는 연구팀 (출처:연합뉴스) 표준연은 전류 표준의 사전적 정의를 구현할 '단전자 펌프 소자'를 개발해 전자의 개수를 직접 측정, 전류 단위를 정의하는데 성공했다. 전류 단위인 1암페어(A)의 정의는 1초당 600경의
[헬로티] 한국표준과학연구원(KRISS)은 국산 불화수소 등 반도체용 고순도 가스 소재에 대한 품질평가 설비를 완공했다. 약 20종에 대해 시험검사 서비스를 진행할 예정이며, 가장 먼저 불화수소에 대한 품질평가를 시작한다. KRISS는 일본의 반도체 소재 수출 규제에 대응하기 위해 지난해 8월부터 설비 구축을 추진해왔다. 분석 장비비 8억, 시설 구축비 7억 등 긴급 자체 예산 15억을 사용해 실험실을 완공했다. ▲ KRISS 가스분석표준그룹 산업용독성가스분석표준팀이 불화수소 품질평가를 진행하고 있다. KRISS는 이번 실험실 구축을 통해 반도체용 고순도 가스에 대한 신뢰성 있는 시험 결과를 제공할 수 있게 됐다. 국내 반도체용 가스 소재 개발업체와 반도체 제조사 등 관련 산업 전반의 경쟁력 향상이 기대된다. 불화수소는 반도체 원판인 웨이퍼의 세정과 식각공정에 사용된다. 반도체의 제조 수율을 높이기 위해서는 고순도의 불화수소가 필요하다. 고순도 불화수소는 쇼와덴코, 모리타, 스텔라 케미파 등 일본업체에서 세계시장을 독점하고 있다. 국내 고순도 불화수소의 순도 검증법은 업체별로 달라서 표준화돼 있지 않다. KRISS에서 국산 불화수소의 품질평가를 진행할 실험실
[헬로티] 한국표준과학연구원(KRISS)은 비대면 시대의 연구 협업 활성화를 위한 ‘버추얼랩(Virtual Lab)’ 출범식 및 간담회를 지난 3일 개최했다. 최근 코로나19의 지속적인 확산에 따라 비대면·원격 연구환경 조성의 필요성이 증가하고 있다. KRISS는 ‘버추얼랩’이라는 비대면 연구그룹을 만들고, 국내·외 저명한 전문가들과 언제 어디서든지 협업할 수 있도록 영상회의 시스템 등 연구인프라를 지원할 예정이다. ▲ KRISS 버추얼랩(Virtual Lab) 온라인 간담회에서 전문가들이 의견을 개진하고 있다. 버추얼랩(Virtual Lab)은 가상이라는 뜻의 ‘Virtual’과 연구실을 의미하는 ‘Lab’의 합성어로 클라우드 등의 자료 공유시스템을 활용한 플랫폼 기반 연구그룹이다. 시공간적 제약이 없어 세미나, 회의, 분석 등의 협업이 상시 가능하다. 버추얼랩 선정은 KRISS의 중점 연구 분야인 안전, 소재, 장비, 반도체, 양자, 국방, AI·4차산업, 바이오, SI 단위 신정의 분야를 대상으로 진행됐다. 연구목표 및 역량의 우수
[첨단 헬로티] 한국표준과학연구원(KRISS)의 제15대 박현민 원장이 지난 24일 공식 취임했다. 이날 열릴 예정이었던 제15대 원장 취임식은 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19) 확산 예방을 위해 취소되었다. ▲ KRISS 제15대 박현민 원장 KRISS 15대 원장에 취임한 박현민 원장(만 57세)은 취임사에서 “기본으로 돌아가 KRISS의 역할을 명확히 하자”며 “변화하는 산업생태계로의 과감한 투자 및 집중을 통해 새로운 패러다임으로 빠르게 변신해야 한다”라고 전했다. 박현민 원장은 조직 내 화합을 강조하며, 임기 동안 ‘수월성 있는 연구소’, ‘명확한 성과창출’, ‘원칙과 신뢰 기반의 결정’ 세 가지에 집중하여 기관을 운영할 계획이다. 박현민 원장의 임기는 2020년 2월 24일부터 3년이다.
[첨단 헬로티] '광유도력' 발생원리 학계 논쟁 종지부 찍을 듯 한국표준과학연구원(KRISS, 원장 직무대행 조성재)이 나노물질이 빛과 반응할 때 발생하는 신비한 힘의 원리를 세계 최초로 규명했다. KRISS 나노구조측정센터 이은성 책임연구원팀은 반도체 등 다양한 나노물질이 빛과 상호작용하면서 발생하는 광유도력(photo-induced force)의 물리학적 원리를 밝혀냈다. 발생원리의 불확실성으로 혼란이 있던 광유도력의 응용방향이 명확해짐에 따라, 나노소자의 내부를 파괴 없이 탐침으로 두드려가며 측정하는 광유도력 현미경의 활용이 가속화될 것으로 전망된다. 미세한 물질의 형상이나 특성을 관찰하는 가장 대표적인 장비는 광학현미경이다. 물질에 빛을 쪼이면 발생하는 반사광 또는 투과광을 렌즈로 집속하고 확대시키는 것이 광학현미경의 측정원리다. 하지만 물질의 크기가 나노미터급으로 빛의 파장보다 훨씬 작아지면, 렌즈를 사용하는 광학현미경으로는 회절한계 때문에 제대로 관찰할 수 없다. 최근 기존의 문제점을 극복하기 위한 대안으로 세계의 연구진들이 광유도력 현미경(PiFM; Photo-induced Force Microscope)에 주목하고 있다. 광유도력 현미경은 렌즈
[첨단 헬로티] 현미경 기술자립 도울 에너지 분석기 원천기술 개발 한국표준과학연구원(KRISS, 원장 박상열)이 첨단 현미경의 기술자립을 가속화할 핵심 기반기술인 에너지 분석기를 국산화하는 데 성공했다. KRISS 첨단측정장비연구소 박인용 책임연구원팀은 전자 및 이온 현미경의 광원인 하전입자 빔의 에너지 분포를 측정할 수 있는 원천기술을 개발했다. KRISS가 신규 개발한 에너지 분석기는 기존 기술보다 매우 작고 간단한 구조임에도 월등한 측정 정확도를 자랑한다. 하전입자(charged particle)은 전하를 띄는 입자로, 전자·양성자·이온 등이 해당되며 전자현미경은 전자빔을, 이온현미경은 이온빔을 광원으로 사용한다. 이번 기술을 통해, 외국 장비회사가 주도하고 있는 고부가가치의 현미경 산업을 뼈대부터 국산화할 수 있는 기반이 확립될 전망이다. 그림1. KRISS가 개발한 원통형 에너지 분석기의 구조 전자현미경, 이온현미경과 같이 나노미터 급의 분해능을 자랑하는 첨단 현미경은 소재, 부품, 바이오 등 다방면의 과학기술에 없어서는 안 될 만능 장비로 활용되고 있다. 하지만 이런 중요성에도 불구하고 현미경 산업은 아직 일본과 같은 외산
[첨단 헬로티] KRISS, 복잡한 곡면도 실시간 검사 가능한 3차원 측정기술 개발 자유자재로 접을 수 있는 폴더블폰의 핵심 부품인 플렉서블 디스플레이는 물론, 스마트안경과 VR 기기 등에 사용하는 광부품들은 ‘자유곡면’의 특징을 가지고 있다. 이처럼 표면의 형상이 복잡해질수록 제품의 철저한 검사가 중요하지만, 아직은 빈번하게 발생되는 결함 문제로 소비자들의 우려가 깊어지고 있다. 한국표준과학연구원(KRISS)이 복잡한 곡면의 부품 형상을 생산 공정에서 즉시 검사할 수 있는 측정기술을 개발했다. KRISS 첨단측정장비연구소 김영식 책임연구원은 플렉서블 디스플레이, 자동차 외관, 차세대 2차전지 초박판 등 첨단부품의 표면 변화와 결함을 이미지 한 장만으로 검사 가능한 자유곡면 3차원 측정기술을 개발했다. 이번 기술은 측정 대상의 형태와 크기에 구애받지 않으며, 구성이 간단하여 실제 산업현장의 생산 라인에 바로 탑재할 수 있다. 김영식 책임연구원은 “실제 생산 공정 어디서든 쉽게 적용할 수 있도록 측정기술의 완성도를 높여 자동화 및 모듈화하였다”며 “다양한 최첨단 산업 분야의 핵심 검사 장비 기술로 활용될 것
[첨단 헬로티] 약물 주입기에 의한 사고가 증가하고 있는 가운데, 최근 한국표준과학연구원(이하, KRISS)이 분당 주입량이 한 방울도 안 되는 극미한 약물까지 실시간 측정하는 기술을 개발했다. KRISS 열유체표준센터 이석환 선임연구원팀은 시간당 2mL의 극미한 투약량까지 정확히 파악할 수 있는 유량계를 개발했으며, 이 기술을 활용하면 투약량을 실시간으로 확인할 수 있어 과다투여와 같은 의료사고를 방지할 것으로 기대된다. ▲ KRISS 열유체표준센터 이석환 선임연구원이 열식질량유량계로 약물 주입기의 유량을 측정하고 있다. 정확한 양의 약물 투여는 모든 의료행위의 기본이다. 하지만 실제 현장에서는 환자 수가 많다보니, 의료진이 초기 설정만 하고 투약량을 지속적으로 확인하기 어려운 것이 실정이다. 문제는 실제 내 몸에 실시간으로 투여되는 약물량이 설정 값과 상당한 차이를 보인다는 것이다. 흔히 수액을 맞을 때 주입 속도가 빠른가 싶다가도 갑자기 느리게 느껴지는 이유다. 투약량 문제의 주요 원인은 약물 주입기를 오래 사용할수록 잦아지는 기계적 오류와 오작동에 있다. 영유아에게 약물을 주입하는 경우나, 진통제나 마취제 등의 특수 약물은 수 mL라도 정량을 초과해서
[첨단 헬로티] 한국표준과학연구원(이하 KRISS)이 비침습적 산전검사(NIPT, 임신 10주차부터 혈액으로 태아의 기형 여부를 진단할 수 있는 검사)용 다운증후군 표준물질을 개발하는 데 성공했다. 산전검사의 품질을 향상시켜 태아의 기형 여부 진단에 정확도를 높일 것으로 전망된다. KRISS 바이오분석표준센터 연구팀은 독자적인 DNA 정량분석 기술을 활용, 다운증후군에 양성인 혈청표준물질을 개발했다. 이번 성과는 다운증후군 표준물질로는 세계 최초로 혈청 형태로 개발되어, 실제 임산부 혈액의 DNA 형태와 99 % 이상 일치한다. 산전검사가 보편화됨에 따라 최근 임산부의 혈액만으로 태아의 기형 유무를 검사할 수 있는 NIPT가 각광받고 있다. NIPT는 임산부의 혈액 속 5 %에도 미치지 못하는 태아의 DNA를 검사해서, 특정 염색체 수가 2개인지 3개인지를 판별해내는 고도의 기술을 요구한다. 하지만 아직 NIPT 결과만으로 기형 여부를 확신하기에는 불안요인이 있다. 검사 자체의 난도가 높은데다 혈액에서 DNA만 남기는 정제과정에서 DNA의 양이 많게는 50 %까지 손실될 수 있기 때문이다. 현재는 NIPT 결과에 조금이라도 이상 징후가 보이면 고위험군으로 판
[첨단 헬로티] 한국표준과학연구원(이하 KRISS)이 반도체의 대표적 품질 문제인 누설전류를 사전에 파악할 수 있는 공정 기준을 새롭게 제시했다. 나노구조측정센터 신채호 책임연구원팀은 박막층이 겹겹이 쌓인 다층 반도체에서 하부층이 상부층에 영향을 주는 ‘임계 거칠기(Critical roughness, CR)’ 지점을 최초로 정의하는 데 성공했다. 연구팀이 제시한 임계 거칠기는 실제 반도체 양산 측정 장비를 통해 검증을 진행했으며, 새로운 산업 표준으로서 반도체의 생산성을 향상시킬 것으로 전망된다. 모바일기기, 사물인터넷, 인공지능 등의 첨단산업이 성장함에 따라 이들 기술의 핵심에 있는 반도체 또한 진화를 거듭하고 있다. 특히 제한된 2차원의 공간에 박막층을 쌓는 다층 구조가 탄생하면서 반도체는 초고속화·대용량화의 한계를 뛰어넘게 되었다. 차세대 반도체의 수요가 급증하면서 산업에서는 불량률을 줄이고 생산성을 올리려는 노력이 계속됐다. 하지만 지금까지의 공정에서는 다층 반도체의 두께 측정만 관리돼왔다. 누설전류와 같이 박막층 사이 표면의 문제로 발생하는 품질 문제는 제작 단계에서 파악할 수 없었던 것이다. 제작 단계에서부터 반도
[첨단 헬로티] 기상 전문가들은 어떻게 하늘 높은 곳까지 관측할 수 있을까? 정답은 하늘 높이 띄운 ‘라디오존데(radiosonde)’에 있다. 라디오존데는 풍선에 매달려 약 35 km 상공까지 올라가 기온, 습도, 기압 등의 기상상태를 측정하는 관측계이다. 센서와 송신기로 구성되어 있으며, 저렴하면서도 강우나 주야에 관계없이 상공을 관측할 수 있다는 장점 또한 있다. 한국표준과학연구원(이하 KRISS)이 기상관측 시스템을 실제 대기권과 동일한 환경에서 평가 가능한 기술을 개발, 관측의 정확도를 향상시키는 데 성공했다. KRISS 고층기상연구팀은 기온, 습도, 기압, 태양복사, 풍속 등의 기상요소를 구현하고 정밀 제어할 수 있는 고층기상모사시스템을 개발했다. 또한 해당 시스템을 기반으로 라디오존데의 온도 측정 능력을 0.1℃ 수준까지 평가하는 기술 개발에도 성공했다. 이번 기술을 이용하면 35km 상공의 성층권까지 기온을 정확하게 측정할 수 있다. 지구온난화, 미세먼지 등과 직결되는 기후변화 예측의 가장 큰 불확실성이 제거되는 것이다. 기온은 기후변화를 직접적으로 알 수 있는 대표적인 1차 지표이다. 지상에서 10 ~ 15km 높이까지
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