◇ 한국공대 반도체공학팀 '광전자 시냅스 소자’ 개발

경기 시흥 한국공학대학교는 이성남·안승언 나노반도체공학과 교수 연구팀이 뉴로모픽(신경모방) 컴퓨팅 시스템에 적용할 수 있는 다진 법 저항성 메모리 반도체 개발에 성공했다고 28일 밝혔다.

산화 갈륨 박막을 기반으로 한 이 연구 결과는 전자소자 및 재료 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 일렉트로닉 머티어리얼스’ 온라인판에 지난 17일 게재됐다.

두 교수와 김정현·이혜진·김희진·최종윤·오재혁·최대철·변지수 학생으로 이뤄진 연구팀에 따르면, 기존의 저항성 메모리 반도체는 0과 1 두 가지 저항 상태를 이용한 2진법을 나타내지만, 이번에 개발된 저항성 메모리 반도체는 빛과 전류를 이용해 4가지 저항 상태를 나타낸다.

특히 기존의 저항성 메모리 기반 시냅스 소자는 전류로만 작동하지만, 이번에 개발된 광전자 시냅스 소자는 빛과 전류로 각각 구동해 4가지 저항 성분을 제어하는 등 단기 및 장기 기억 특성을 개선했다.

◇ 한국기술교육대 연구팀, 혁신적 고분자 나노복합체 센서 개발

한국기술교육대는 에너지신소재화학공학부 배진우 교수 연구팀이 전남대, 경희대 연구팀과 함께 사람의 움직임으로 발생하는 마찰에너지를 이용해 몸동작을 정밀하게 감지할 수 있는 혁신적인 고분자 나노복합체 기반 센서를 개발했다고 29일 밝혔다. 

연구팀은 금속-유전체 물질인 'NaYF4:Yb,Er'에 금 나노입자를 코팅한 나노복합체를 합성하고 이 물질을 유연 고분자에 첨가해 마찰전기 출력을 극대화하는 센서를 개발했다.

배 교수는 "이번 연구로 단순히 전원뿐만 아니라 웨어러블 센서도 구현할 수 있어 의료, 스포츠, 가상현실(VR) 등 다양한 분야에서 혁신적인 웨어러블 기기의 상용화가 가능해질 것"이라고 말했다.

◇ GIST 연구팀, 폭발·화재 위험없는 차세대 전지 개발

광주과학기술원(GIST)은 신소재공학부 유승준 교수 연구팀이 폭발·화재 위험이 없는 대용량·고성능 차세대 전지를 개발했다고 28일 밝혔다. 연구팀이 개발한 ‘아연-브롬 전지’는 높은 구동 전압과 에너지 밀도를 갖고 있어 가격 경쟁력을 확보할 수 있다는 장점이 있는 것으로 알려졌다. 

연구팀은 그동안 아연-브롬 전지의 단점으로 지적됐던 부산물 발생과 충전 용량 감소 등의 문제점을 해결하고 고용량(297 mAh/g)으로 1만 사이클 이상 안정적으로 충·방전이 가능한 전지를 개발하는 데 성공했다.

아연-브롬 전지는 안정성과 고효율을 확보해 폭발 화재의 위험이 없으며 저렴하고 제조가 용이해 대용량화에 적합하다고 연구팀은 밝혔다. 유승준 교수는 "이번 연구에서 개발한 차세대 전해질은 친환경 저비용 비발화성을 유지하면서 낮은 효율성 등 단점을 보완해 다양한 금속 전극 기반 전지에 활용할 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.

◇ KAIST-고려대 연구팀, 차세대 이차원 반도체 핵심기술 개발

한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 강기범 교수 연구팀이 고려대 김용주 교수 연구팀과 이차원 반도체의 수평 성장 성질을 이용해 쉽고 간편한 산화물, 금속 등의 10나노미터(㎚, 1㎚=10억분의 1m) 이하 미세 패터닝 기술을 공동 개발했다고 28일 밝혔다.

연구팀은 차세대 반도체 물질로 주목받는 이차원 전이금속 ‘칼코겐’ 물질의 독특한 결정학적 특징을 패터닝 기술에 접목했다.

일반적인 물질과는 달리 이차원 물질은 성장 시 수평 방향으로만 자랄 수 있기에 서로 다른 이차원 물질을 반복적으로 성장해 10㎚ 이하 수준의 이차원 반도체 선형 패턴을 제작할 수 있다.

이러한 선형 패턴에 다양한 물질(산화물, 금속, 상변화 물질)이 성장할 때 한 영역 위에서만 선택적으로 증착되는 현상을 최초로 발견했다. 이 기술은 통해 타깃 물질 패턴 크기의 축소와 이차원 반도체의 소자 제작 공정 효율성 증대 등을 기대할 수 있다.

◇ UNIST 연구팀, 인공지능 모델 성능저하 막는 학습기술 개발

UNIST는 산업공학과 및 인공지능대학원 김성일, 임동영 교수팀이 ‘데이터 드리프트에 강건한 시계열 학습 기술’을 개발했다고 25일 밝혔다.

김성일 교수는 “데이터 드리프트가 발생할 경우 시계열 학습 인공지능 모델의 성능이 저하된다”며 “각종 산업 등에서 시계열 데이터 활용을 어렵게 만드는 고질적 문제”라고 덧붙였다.

연구팀은 이런 문제를 효과적으로 대응할 수 있게 하는 Neural SDEs(Stochastic Differential Equations) 기반의 강건한 신경망 구조 설계에 대한 방법론을 개발했다.

Neural SDEs는 잔차 신경망 모델의 연속된 버전인 Neural ODEs를 확장한 모델이다. 연구팀은 데이터 드리프트 현상에서도 강건함을 유지할 수 있는 시계열 Neural SDEs 모델 설계 방법론에 대한 이론적 근거를 제시했다.

◇ 이산화탄소에서 고부가가치 포름산 만든다…생산효율 2배 높여

국내 연구팀이 기존 대비 2배 이상 효율로 이산화탄소에서 포름산을 생산하는 공정을 개발했다.

생산 단가를 37% 낮추고 파일럿 공정 개발에도 성공해 탄소 포집·활용(CCU) 상용화에 도움을 줄 것으로 기대된다.

한국과학기술연구원(KIST)은 이웅 청정에너지연구센터 책임연구원 연구팀이 이산화탄소를 포름산으로 전환하는 신공정을 개발했다고 28일 밝혔다.

포름산은 가죽이나 식품, 의약품 등에 쓰이는 고부가가치 화합물로 연간 사용량이 100만t에 이른다.

특히 이산화탄소 분자 하나로 포름산을 만들 수 있어 CCU 기술의 주요 목표 중 하나지만, 전환 공정이 복잡하고 생산비용도 높아 아직은 실험실 기술 수준에 머물러 있다.

◇ 성균관대, 美 MIT 연구팀과 함께 고효율 페로브스카이트 태양전지 원리 규명

성균관대학교 성균나노과학기술원 신성식 교수팀이 2023년 노벨화학상 수상자인 문지 바웬디(MoungiBawendi) 교수가 이끄는 MIT 연구팀과의 글로벌 협력 연구를 통해 페로브스카이트 태양전지 고효율에 대한 원리를 규명했다고 26일 밝혔다.

신성식 교수팀은 지난 2016년부터 MIT 문지 바웬디 교수팀과 고효율 페로브스카이트 태양전지 관련 핵심기술을 개발해왔으며, 연구 결과를 네이처 등 다수의 학술지에 발표했고 핵심 특허도 확보해왔다.

특히, 페로브스카이트 박막 표면제어 기술과 산화물 전자수송소재 기술을 개발해 세계 최초로 25% 이상의 광·전 변환 효율 시대를 열었으며, 미국 국립재생에너지 연구소(NREL)로부터 효율과 안정성을 인정받았다.

◇ 한-호주 CO2 지중 저장 국제공동연구…호주 정부가 30억원 지원

한국지질자원연구원(KIGAM)은 기후변화대응연구본부 박용찬 박사 연구팀이 호주 국책 연구기관 'CO2CRC'와 함께 2027년까지 호주 오트웨이 분지에서 4단계 이산화탄소 포집·저장(CCS) 연구개발을 수행한다고 27일 밝혔다. 

호주 기후변화환경에너지수자원부는 CO2CRC가 진행하는 국제공동연구 지원금 중 30억원을 한국지질자원연구원과의 협력에 사용한다.

지질자원연은 CO2CRC와 공동연구에 참여하고 있는 세계적인 대학 및 연구소들과 함께 오트웨이 현장에서 불균질한 암석이 CO2 지중 저장에 미치는 영향, 계면활성제와 마이크로 버블을 이용한 저장 효율 개선, 광섬유를 이용한 모니터링 기술 등 CCS 신기술을 적용할 예정이다.

호주 오트웨이 현장은 고갈 가스전과 대염수층(소금물이 들어 있는 지하수층) 저장이 가능하고, 주변에 자연 발생 CO2 저장층이 존재해 CO2 수송과 지중 저장을 위한 최적 환경을 갖춘 것으로 평가받는다.

◇ KAIST, 화학물질 없이 식각 가능한 반도체 기술 첫 개발

KAIST는 신소재공학과 홍승범 교수가 제네바대학교와 국제공동연구를 통해 강유전체 표면의 비대칭 마멸현상을 세계 최초로 규명하고 이를 활용해 신개념의 나노 패터닝 기술을 개발했다고 26일 밝혔다. 

마멸은 물체표면의 재료가 점진적으로 손실 또는 제거되는 현상이며 나노 패터닝 기술은 나노스케일로 소재의 표면에 정밀한 패턴을 생성, 다양한 첨단기술 분야에서 제품성능을 향상시키는데 사용되는 기술이다.

이번에 연구팀은 강유전체 소재의 표면특성 연구에 집중, 원자간력현미경을 활용해 다양한 강유전체의 트라이볼로지(Tribology·마찰 및 마모) 현상을 관찰했다.

이를 통해 강유전체의 전기적인 분극방향에 따라 마찰되거나 마모되는 특성이 다르다는 것을 세계 최초로 발견하고 분극방향에 따라 달라지는 트라이볼로지의 원인으로 변전효과(Flexoelectric effect·물질이 휘어졌을 때 분극이 발생하는 현상)에 대한 확인에 나섰다.

◇ 포스텍-성균관대, 탈부착하는 조립형 탄성 메타물질 개발

포스텍(POSTECH)은 노준석 기계공학과·화학공학과·전자전기공학과 교수, 기계공학과 통합과정 이건 씨, 김미소 성균관대 신소재공학부 교수 공동 연구팀이 구조체를 자유롭게 탈부착해 실생활에 응용할 수 있는 조립형·다기능 탄성 메타물질 기술을 개발했다고 28일 밝혔다. 연구성과는 최근 재료 분야 국제 학술지 중 하나인 '어드밴스드 사이언스(Advanced Science)'에 게재됐다.

메타물질은 빛·진동·소리와 같은 파동 에너지의 비자연적 제어를 위해 파장 간의 관계를 이용해 인공적으로 설계된 구조체이다. 에너지 하베스팅에 이를 활용하면 압전 소자에서 탄성파를 모아 전기 생산 효율을 높일 수 있다. 하지만, 메타물질을 구성하는 빔(기둥)에 대한 이론적 분석의 한계로 현재로서는 단일 주파수에서만 작동하고, 특정 목적에만 사용할 수 있어 실제 구조물에 적용하기는 어려웠다.