[산업계 동향] 신기술·신제품 개발소식

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KAIST, 리튬전지용 고성능 나노선 개발

한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 김도경 교수 팀이 출력을 100배 이상 높일 수 있는 리튬이온 전지용 나 노선을 개발하는 데 성공했다고 밝혔다. 이번에 개발된 나 노선은 기존 리튬이온 전지용 양극물질에 비해 100∼200 배의 출력밀도를 나타내며 제조기법이 단순해 앞으로 전기 자동차용 배터리 분야에 폭넓게 이용될 수 있을 것으로 김 교수팀은 기대하고 있다. 일반적으로 리튬이온 전지는 전 기자동차용 배터리에 적용되기에 충분한 출력밀도를 갖지 못하는데 김 교수팀은 10㎚ 미만 굵기의 나노선 구조를 대 량 합성함으로써 높은 출력밀도를 나타내는 데 성공했다.

이는 엔진으로 사용되는 내연기관의 출력밀도에 근접한 수 준이다.

김 교수는“이번 연구에서는 10nm 미만의 나노선이 갖 는 구조적 유연함을 이용해 기존 리튬망간 산화물이 지니 고 있었던‘얀-텔러 뒤틀림(리튬이온 전지의 충전과 방전 시 양극물질의 구조가 뒤틀려 성능이 급격히 저하되는 현 상)’을 극복할 수 있음을 확인했다”며“높은 출력밀도를 보 인 리튬망간 산화물 나노선 제조에 관한 연구는 조기 산업 적 응용이 가능할 것으로 예상된다”고 말했다. 이 같은 연 구성과는 나노기술 분야의 권위지인‘나노 레터스(Nano Letters)’8월 26일자 온라인 판에 게재됐으며 현재 국내 특허 출원 중이다. (연합뉴스, 2010년 9월 15일)

고분자 태양전지 효율한계요소 밝혀내

우리나라 연구자가?‘삼중항 여기자(triplet excitons)’

인광염료를 이용한 고분자 태양전지가 무조건 효율적인 것 이 아니라는 한계요소를 밝혀내 보다 효율적인 태양전지 개발 필요성을 제기했다. 광주과학기술원(GIST) 고등광 기술연구소(APRI) 이창렬 박사는 영국 캠브리지대학 닐 그린함 교수팀과의 국제공동연구를 통해 인광염료가 도핑 된 고분자 태양전지에서의 삼중항 여기자 및 폴라론 동역

학에 관한 연구 결과를 발표했다.

고분자 태양전지는 기존 실리콘 태양전지보다 가격도 20분의 1 가량이며 언제 어디서든 스스로 전기를 만들기 때문에 모바일 기기의 전원으로 각광받는 차세대 태양전지 라고 주목받고 있다. 하지만 15∼20%의 효율을 보이는 실 리콘 태양전지에 비해 아직 고분자 태양전지는 8% 가량의 효율을 달성했을 뿐이다. 최근 이를 해결하기 위한 삼중항 여기자를 이용하는 새로운 방법론이 고효율의 고분자 태양 전지를 구현할 수 있는 가능성이 매우 높다고 알려져 전세 계적으로 학계에서‘꿈의 기술’로 인식되고 있었다. 하지 만 이 박사는 연구결과 단순히 삼중항 여기자 생성원인 인 광염료를 고분자에 혼합하는 것만으로 고분자 태양전지의 효율향상이 보장되는 것은 아니라는 사실을 최초로 실험적 으로 검증했다. 따라서 새로운 연구와 소재개발의 필요성 이 대두될 전망이다.

이 박사는“삼중항 여기자를 이용해 고효율의 고분자 태 양전지를 구현하는 것은 현재 전 세계적으로 뜨거운 관심 을 받고 있는 새로운 연구 분야”라며“이번 연구결과를 통 해 삼중항 여기자를 이용한 고분자 태양전지의 한계요소를 찾아내 이를 보완할 수 있는 새로운 소재 및 소자개발에 관 한 연구정보를 제공할 수 있게 됐다”고 말했다.

(파이낸셜뉴스, 2010년 9월 13일)

생물공학‘기법의新금속 나노입자 합성’공 정 개발

다양한 금속 나노입자를 입자 크기와 종류에 따라 생물 공학적 방법으로 합성할 수 있는 공정이 국내 연구진에 의 해 개발됐다. 한국연구재단은 KAIST 이상엽 교수와 박태 정 연구교수가 미생물을 이용, 원하는 크기와 성분의 금속 나노입자를 자유자재로 만들 수 있는 신기술을 개발, 화학 분야의 세계적인 학술지인‘앙게반테 케미 (Angewandte Chemie International Edition)’온라인판에 게재됐고

NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 28, No. 5, 2010…

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이상엽 교수팀은 대장균 내에 중금속 흡착단백질과 펩타 이드의 발현을 조절해 이제까지 합성이 되지 않았던 다양 한 금속 나노입자를 제조한 뒤 첨가된 금속이온의 농도를 변화시켜 금속 나노입자의 크기를 자유롭게 조절할 수 있 는 기술을 개발했다. 연구팀은 금속이온과 결합하는 단백 질인 메탈로싸이오닌 (metallothionein)과 펩타이드인 파이토킬레틴(phytochelatin)을 각각 또는 조합으로 대 장균 내에서 발현시키고 배양액에 다양한 금속이온을 조합 해 제공, 다양한 금속나노입자들을 제조하는데 성공했다.

연구진은 또 금속나노입자 표면에 생체활성물질을 붙여 동물세포를 이용한 각종 약물전달 연구나 의료용 진단연구 개발에 생물공학적으로 합성된 나노입자가 이용될 수 있음 을 증명했다. 연구진에 따르면 재조합 대장균 세포를 원심 분리 및 파쇄 후 각종 유기물을 제거하면 합성된 금속나노 입자만을 쉽게 얻을 수 있게 된다. 특히 이 기술은 양자점을 포함해 금, 은 및 자성나노입자 등 다양한 나노입자를 합성 할 수 있는 세계 최초의 생물공학적 나노입자 조절법으로 이온 성분을 자유자재로 조절하면서 합성할 수 있다는 장 점을 가지고 있다. 이상엽 교수는“이번 연구는 기존의 물 리화학적인 공정을 통해 나노입자를 합성하는 것이 아닌, 재조합 미생물의 생물공학적 배양을 통해 원하는 나노입자 를 쉽고 효율적으로 합성할 수 있는 기술”이라면서“향후 다양한 의료분야와 생물공학적 연구개발에 응용될 수 있을 것이다”고 말했다. (뉴시스, 2010년 9월 1일)

저비용 대면적 나노패턴기술 개발

디스플레이용 광리소그래피(Optical Lithography) 패 턴공정으로 수십 나노미터 크기의 패턴을 대면적에 형성할 수 있는 기술이 국내 산학 연구진에 의해 개발됐다. KAIST 신소재공학과 김상욱 교수팀과 삼성전자 LCD사업부는 분 자자기조립현상과 디스플레이용 광리소그래피 공정을 융 합해 ‘저비용 대면적 나노패턴기술’을 개발하는데 성공했 다고 밝혔다. 김 교수팀은 저비용 패턴공정인 디스플레이 용 광리소그래피로 대면적에서 마이크로미터 크기의 패턴 을 만든 후, 분자조립현상을 이용해 수십 나노미터 크기의 패턴으로 밀도를 100배 이상 높여 대면적에서 잘 정렬된

나노패턴을 구현해 냈다.

이는 기존 나노패턴 기술에 비해 단순하고 공정비용이 저렴하며 넓은 면적에서 연속 공정이 가능해 차세대 반도 체 및 디스플레이 분야에 널리 활용될 것으로 기대를 모으 고 있다. 최근 나노기술 분야에서 서로 다른 종류의 고분자 를 화학적으로 결합시킨 블록 공중합체가 새로운 나노패턴 소재로 각광받고 있으나, 자연적으로 형성되는 블록 공중 합체의 나노패턴은 배열이 불규칙하고 결함이 많아 상용화 에 한계를 안고 있었다. 그러나 연구팀은 분자조립과정을 적용해 스스로 형성하는 초미세 나노구조를 블록 공중합체 에 이용함으로써 최신 반도체 공정으로 제작하기 힘든 수 십 나노미터 크기의 미세한 점이나 선 등을 쉽고 값싸게 제 조할 수 있도록 구현해 냈다. 이번 연구는 나노기술 분야의 세계적 학술지인 ‘ACS 나노지(8월19일 온라인판)’에 게 재됐다. (디지털 타임스, 2010년 8월 23일)

‘절반금속’나노선개발, 고성능전자소자개발 전기

기존 반도체 소자 성능을 획기적으로 개선한‘절반-금속 (half-metallic) 강자성 규화금속 나노선’이 개발됐다. 교 육과학기술부는 KAIST 화학과 김봉수 교수 연구팀이 절 반-금속성을 갖는 규화철 나노선을 최초로 합성했으며, 이 를 통해‘차세대 스핀전자공학’에 필수적인 스핀 주입 (spin injection) 물질을 개발했다고 밝혔다.

스핀 주입은 외부 전기장이나 자기장을 이용해 물질 내 전자의 자기적 특성(스핀)을 조절하는 것. 이번에 개발된 규화철 나노선은 한 방향 스핀을 갖는 전자들에게는 전도 성 금속으로, 반대방향 스핀을 갖는 전자들에게는 절연체 로 작용한다. 이를 통해 한 가지 스핀 방향만을 가지는 전류 를 만들어 정보신호로 변환할 수 있다. 김 교수는“이 나노 선으로 고성능, 고집적, 저전력 특성을 가지는 전자소자를 만들 수 있다”며 “기존 실리콘 반도체의 한계도 극복 가능”

이라고 말했다.

김 교수팀이 개발한 강자성 규화철 나노선은 효율적이고 소형화된 초고성능 자기 메모리 및 거대 자기저항(GMR) 센 서의 개발에도 이용할 수 있어 다양한 나노 소자 개발에 전기 를 마련한 것으로 평가받고 있다. 한편 이번 연구결과는‘나

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노 레터 (Nano Letters)’지 온라인판에 게재됐으며 현재 국 내 특허 출원 중이다. (아시아 경제, 2010년 8월19일)

하이닉스, 20나노급 낸드플래시 양산

하이닉스가 지난 2월 개발한 20나노급 64기가비트 (Gb) 낸드플래시 제품을 본격 양산하기 시작했다. 하이닉 스는 20나노급 64기가비트 제품 기술력을 확보해 성공적 인 양산에 들어갔다고 밝혔다. 이번 20나노급 64기가비트 제품 생산으로 하이닉스는 기존 30나노급 32기가비트 제 품 대비 생산성을 60%가량 향상시키며 업계 최고 수준의 원가경쟁력을 확보했다. 삼성전자는 올 상반기부터 20나 노급 낸드플래시 제품을 생산하고 있다.

낸드플래시 제품 고용량화를 위해서는 1개 패키지 안에 여러 개 단일칩을 적층하는데 단일칩에서 64기가비트를 구현함으로써 동일한 크기 패키지에서 기존 대비 2배의 용 량 구현이 가능해졌다고 하이닉스 측은 덧붙였다. 하이닉 스는 이 밖에 고성능 낸드플래시 설계 전문회사인 이스라 엘 아노빗(Anobit)과 전략적 제휴를 통해 낸드플래시 솔루 션 제품 개발도 완료했다고 밝혔다. 이 제품은 하이닉스의 30나노급 32기가비트 낸드플래시 제품에 아노빗의 컨트 롤러를 결합한 것으로 데이터 저장 오류를 최소화하고 보 존 기간을 늘려 데이터 저장장치로서 신뢰성을 강화했다.

(매일경제, 2010년 8월 8일)