전체 64건
뉴스 리스트
게시판 리스트 컨텐츠
2018-08 07 중요기사

[학술][우수R&D] 성태현 교수(전기생체공학부)

정부의 탈원전 정책으로 신재생 에너지 개발의 필요성이 커지고 있다. 인류가 직면한 미래 에너지 문제를 해결할 방법으로 에너지 하베스팅(Energy harvesting)이 주목받고 있다. ‘에너지 하베스팅’은 말 그대로 에너지를 수확하는 기술이다. 주변에서 버려지는 열이나 빛, 압력 등 다양한 에너지를 수집해 전기 에너지로 변환할 수 있다. 한양대 성태현 교수(전기생체공학부)가 소모되는 에너지 양이 많은 산업현장에 이를 적용하기로 했다. 에너지 하베스팅, 한양에 씨앗을 심다 사라지는 에너지를 재사용 할 수 있다면? 영국 케임브리지 대학 연구 결과에 따르면 발전소에 만들어진 전기에너지 중 12%만이 유용하게 사용된다. 버려지는 에너지를 수확할 수 있다면 기존의 발전시설로도 몇 배의 전기에너지를 만들 수 있다. 우리들의 일상에도 편리함을 줄 것이다. 휴대전화에서 발생하는 전파의 3%만 온전히 사용되고, 97%는 공중에 버려진다. 버려지는 전파만 따로 모아 활용할 수 있다면 따로 충전할 필요가 없다고 한다. ▲ 성태현 교수(전기생체공학부)는 에너지 하베스팅 기술을 통해 산업현장에서 버려지고 있는 에너지들을 전기에너지로 변환하여 센서들의 독립된 전원으로 사용하고자 했다. 지난 15년 7월 설립된 한양대 에너지하베스팅센터 '시드 센터(이하 SEED Center)' (지난 기사 보기- 더 풍요로운 세상을 위한 씨앗)는 분산된 에너지 하베스팅 기술을 집약해 세계적 연구 거점센터로 자리 잡기 위해 노력 중이다. ‘SEED Center’는 ‘Save Earth by Energy-harvesting Dream Center’의 줄임말이다. 에너지 하베스팅 기술을 통해 많은 에너지를 생산하는 ‘풍요로운 세상’, 소외된 계층도 기술에 쉽게 다가갈 수 있는 ‘따뜻한 세상’, 친환경 에너지를 통한 ‘깨끗한 세상’을 꿈꾼다. SEED Center, 산업현장에서 발아 중 성 교수를 중심으로 뭉친 SEED Center는 산업현장에서 버려지고 있는 진동에너지와 형광등의 빛 에너지를 전기에너지로 변환해 센서들의 독립된 전류 원천으로 사용하는 기술을 개발 중이다. 산업현장에는 다양한 사물인터넷 센서(이하 IoT 센서)들이 있다. 대부분 유선으로 전력을 공급받고 있어 설치 장소가 제한적이다. 건전지 사용 문제도 있다. 잦은 교체로 인해 번거로울 뿐 아니라 시기가 정확하지 않아 불편하다. 무엇보다 폐건전지는 환경오염을 야기한다. 센서의 독립전원 원천으로 사용되는 에너지 하베스터가 만들어진다면 다양한 장소에 IoT 센서를 활용한 제품이 들어설 수 있다. 긴 수명으로 건전지 교체를 고민하지 않아도 되며 환경도 보호할 수 있다. 경제적 이점도 크다. 성 교수는 “산업현장에서 사용되고 있는 IoT 센서의 경우 센서 비용보다 센서에 전원을 연결하는 시설 공사가 전 비용의 60~80%까지 차지하고 있다”며 “생산단가를 크게 절감할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다. ▲ 기존 산업환경보다 진동이 현저히 저감된 저진동/무진동 환경을 요구하는 스마트 팩토리의 모습. 시드 센터(SEED Center)는 장비 진동이 아닌 유도된 자기장에 의한 진동을 활용하는 방법을 찾았다. (성태현 교수 제공) 최근 산업현장의 변화로 연구 진행에 곤란을 겪기도 했다. 정밀한 작업을 위해 공장이 점점 장비의 진동을 극단적으로 감소하고 있기 때문이다. 진동이 줄면 압전 하베스터를 적용하기 어려워진다. SEED Center는 현장을 깊게 이해하는 방식으로 문제를 해결했다. 근로자들과의 대화를 통한 공감으로부터 시작했다. 성 교수는 “결국 기계적 진동이 아닌 교류의 전기를 사용함으로써 발생하는 자기장의 변화에 따른 진동을 유도했다”고 말했다. 달콤한 열매를 기다리며 SEED Center의 에너지 하베스팅 기술은 세계 최고 수준이다. 특히 진동에너지를 전기에너지로 변환하는데 효과적인 압전에너지 하베스트 기술이 탁월하다. 성 교수는 “한양대는 기존 세계 최곳값인 0.58 mW/cm2(상하이 교통대)의 16배에 해당하는 9.38 mW/cm2 의 기록을 보유하고 있으며, 본 연구를 통해 12 mW/cm2를 달성하려고 한다”고 포부를 밝혔다. 한양대가 에너지 하베스팅 기술분야에서 선도적 역할을 수행할 것으로 기대된다. ▲ 현재 성태현 교수의 시드 센터(SEED Center) 에너지 하베스팅 기술은 세계 최고의 수준이다. 성 교수는 본 연구를 통해 한양대학교가 4차 산업혁명에서 선도적인 역할을 수행할 것이라 자부했다. 아직 에너지 하베스터로부터 오는 전력량이 많지 않다. 그러나 에디슨이 전구를 처음 발명했을 때 그 밝기가 너무 낮아 전구가 켜 있는지 꺼져 있는지 구별하기 어려웠다고 한다. 라이트 형제 또한 처음 비행에 성공했을 때 겨우 12초 동안 36.5 m를 날 수 있었다. 성 교수는 “장기적으로 대용량 발전에 대한 계획이 있다"며 "효율을 더욱 높이고 흩어져 있는 에너지들을 모으는 기술개발이 지속된다면 머지 않아 새로운 에너지 시대를 열어갈 수 있을 것이라고 확신한다”고 했다. 글/ 유승현 기자 dbtmdgus9543@hanyang.ac.kr 사진/ 최민주 기자 lovelymin32@hanyang.ac.kr

2018-07 31 헤드라인

[학술][이달의 연구자] 송석호 교수(물리학과)

광학은 빛에 관련된 현상을 다루는 물리학의 한 분야다. 렌즈, 현미경, 레이저, 광섬유 등 현시대 기술발전에 중심적 역할을 하고 있다. 학자들은 더 나아가 빛의 속도를 활용하고자 했다. 빛을 나노 단위로 집속시켜 전송하고, 계산이 가능하게끔 하는 것이 ‘나노 광학’이다. 하지만 나노 단위로 빛을 국소화하니 전송과정에서 큰 에너지 손실이 생겼다. 나노 광학의 발전을 위해선 반드시 극복해야 할 물리적 한계였다. 최근 송석호 교수(물리학과)가 그것에 대한 해결책을 제시하며 세계의 이목을 사로잡았다. 나노 광학의 기반을 마련하다 나노 광학 분야는 나노과학 기술에 기반을 두고 있다. 빛과 물질 간의 상호작용을 국소적으로 제어하기 위해 물질의 굴절률 분포를 수십 나노미터 크기로 형성할 수 있는 기술이다. 그러나 빛을 파장 이하로 국소화 시키게 되면 물질의 흡수특성에 의해 에너지 손실이 급격하게 증가하는 물리적 한계를 보인다. 이는 지난 20여 년 간의 나노기술과 광 과학 간의 융합연구가 실용화로 가지 못했던 주요 원인이었다. 송석호 교수의 연구 주제가 가히 혁신적인 이유다. ▲ 송석호 교수(물리학과)와 지난 26일 자연과학대에 위치한 연구실에서 인터뷰를 진행했다. 송 교수는 나노 광학에 열린-양자역학(Open quantum mechanics)이론을 도입, 물질이 가지는 물리적 한계를 극복하고자 했다. 송 교수는 빛을 나노미터 크기로 국소화 할 때 발생하는 손실문제를 해결하기 위해 열린-양자역학(Open quantum mechanics) 이론을 가져왔다. 기존 광도파로(빛 에너지가 이동하는 경로)에 빛을 전송할 경우 양방향으로 빛에너지가 같이 전달되는 공간적 및 시간적 대칭성을 갖는다. 하지만 열린-양자역학 이론을 적용시키면 광도파로에 에너지 손실이 발생하는 경우, 이러한 PT 대칭성이 붕괴되고 단방향 변환(Unidirectional converter) 에너지 전달이 가능해진다. 송 교수는 이러한 반-PT 대칭성(anti-PT symmetry) 원리 및 단방향 변환 에너지 전달이 광파 영역에서 가능함을 처음으로 밝혀냈다. 순방향으로 빛 전파(Forward propagation)가 일어나면서 역방향 빛 전파(Backward propagation)는 투과되지 않고 분산된다. 이는 빛에너지를 손실을 줄여 한쪽 방향으로 흐르게 하는 회로를 구성한 것으로, 쉽게 말해 나노 크기의 광-다이오드가 탄생한 것이다. ▲ 송석호 교수와 연구팀이 제안한 광도파로형 다이오드 구현방법. PT 대칭성을 갖는 광도파로 구조도(왼쪽)에 붕괴가 일어나게 유도하여 순방향으로만 빛 전파(Forward propagation)가 일어난다(오른쪽). (송석호 교수 제공) 송 교수와 연구팀은 반-PT 대칭 구조를 갖는 광학적 구현방법을 증명하기 위해 전기적 공명회로를 만들어 실험을 진행했다. 결과는 성공적이었다. 전기회로상에서도 에너지 손실을 줄여 단일방향으로 에너지가 흐르게 했다. 이는 지난 6월 세계적 학술지 네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)에 논문으로 게재되어, 열린-양자역학 개념을 도입해 기존 나노광학의 한계를 돌파할 수 있는 발판을 마련했다는 평을 받았다. 미지의 학술 영역을 개척하는 연구 정신 이번 네이처 논문 검증실험은 학부실험 수업에서 볼 수 있는 간단한 전기회로로 만들어졌다. 이는 송 교수의 연구철학과 맞닿아 있다. “학부생도 수업시간을 통해 이해할 수 있는 간단한 이론으로 새로운 개념을 도출해내고자 했죠. 복잡한 것을 간단하게 풀어내는 것이 물리학자가 하는 일이라고 생각합니다.” 누구나 기술접근에 어려움이 없어야 한다고 말한다. 그만큼 송 교수의 검증실험은 간단하고 빠르게 진행된다. 연구에 들이는 시간이 남들과 다르기 때문이다. “연구 콘셉트를 최대한 간단명료하게 만들기 위해 더 많은 시간을 들이죠. 검증에 시간이 오래 걸리면 콘셉트가 문제라고 생각해요.” 검증에 걸리는 시간을 줄이고 더 혁신적인 연구 방법을 찾아내는 것에 집중하는 송 교수다. 이번 연구도 아이디어 도출에만 4~5년이 걸렸다. 긴 시간의 노력 끝에 전기회로 검증실험은 한두 달으로 마무리됐다. 송 교수는 이번 연구로 막혀있던 광학 분야에 새로운 가능성을 열어 기쁘다고 말한다. 앞으로 더 넓고 다양한 광학 분야에 새로운 연구 방향을 잡고자 한다. “나노 광학은 아주 무궁무진한 분야입니다. 새로운 접근방법으로 계속해서 개척해 나가고 싶습니다.” ▲ 연구원들에게 실험 시 명시해야 할 점에 관해 설명하는 송석호 교수의 모습. 기존 물리적 한계를 극복하려는 시도와 함께, 미지의 학술 영역을 개척하고자 노력하는 그의 연구가 기대된다. 글/ 황유진 기자 lizbeth123@hanyang.ac.kr 사진/ 최민주 기자 lovelymin32@hanyang.ac.kr

2018-07 04

[학술][R&D분야] 원유집 교수 (컴퓨터소프트웨어학부)

고성능의 저(低)지연 데이터 저장장치가 필요한 시대의 도래. 지금 필요한 것은 방대한 정보자원 관리와 더불어 정보를 안전하게 전송하고 저장 비용을 줄이는 것이다. 인공지능, 빅데이터, 센서데이터와 같은 새로운 응용 소프트웨어들의 등장으로 혁신적인 하드웨어 플랫폼이 요구되고 있다. 하지만 현재 운영체제는 신소프트웨어 변화 속도를 따라잡지 못하고 있다. 이에 원유집 교수(컴퓨터소프트웨어학부)는 초대용량, 비휘발성 메모리를 위한 시스템 개발 추진중에 있다. 세계 최고 수준의 메모리 프로그램 원유집 교수(컴퓨터소프트웨어학부)가 현재 진행하고 있는 프로그램 운영체제 개선에는 크게 CPU(Central Processing Unit, 컴퓨터 중앙처리장치)와 GPU(Graphics Processing Unit, 그래픽카드의 핵심 칩) 확장, NVRAM(비휘발성 메모리) 기반 대용량 메모리 관리, 파일 및 입출력 관리 세 가지가 있다. 고성능 처리장치와 대용량 메모리 저장 및 관리가 이 프로젝트의 핵심 목표이다. ▲ 매니 코어(수천 개 코어를 하나의 CPU에 모으는 것), 비휘발성 메모리를 위한 고성능 확장형 운영체제. 미래형 운영체제에서 여러 체계적 변화가 생기는 것을 볼 수 있다. (원유집 교수 제공) 원 교수는 CPU/GPU용 운영체제 확장성 지원 기술에 과도하게 강한 공유자료구조 보호 시스템(lock, 이하 록, 통합보안장치) 이 매니 코어 성능 개선에 심각한 병목이 되는 점을 짚었다. 현 운영체제는 과도하게 강한 록을 사용하여 공유자료구조 보호를 하고 있기 떄문에, 매니코어의 처리 장치 및 저장성능 개선이 힘들기 때문이다. 원유집 교수는 각 커널 객체의 사용행태를 분석하여 이에 적합한 록 메커니즘을 새로이 개발했다. 나아가, 선점형 우선순위 역전방지, 동적 시분할 스케줄링 기법과 병렬 가속기용 스와프 기법을 개발했다. 추가로, 대용량과 NVRAM(비휘발성메모리) 관리를 위한 기법을 도입했다. 메모리 용량 증가 추세가 주기억장치 공간의 증가속도에 못 미치고 있기 때문이다. 초대형 메모리 공간에서는 할당과 해제의 지연시간이 매우 커지며, 매니 코어 환경에서 코어 간 페이지 공유로 인한 록이 더욱 심화돼, 대형 페이지 내부 단편화 문제가 발생한다. 이를 해결하기 위해 대형페이지의 가장 큰 문제점인 과도한 페이지 할당, 해제 시간문제를 해결했다. 또, NVRAM으로 구성된 대용량 페이지의 효율적 관리를 위한 페이징 기술을 개발하고 확장형 록프리(Lock-Free)자료 구조를 개발했다. ▲ 지난 4일, 이달의 연구자인 원유집 교수(컴퓨터소프트웨어학부) 를 공업센터 별관에서 만나 시스템 관련 자세한 설명을 들었다. 저장 메모리의 입출력 관리의 핵심주제는 쓰기 순서 보장과 저 지연 고성능 저장장치를 위한 파일시스템 개발이다. 현대 운영체제에서 전송순서로 기반한 저장 기법은 다중채널에 근간한 고성능 플래시 메모리의 성능개선 기법을 무력화 시킨다. 결과적으로 고성능 저장장치의 효율적 활용에 근본적인 장애 요인이 되고 있다. 기존 시스템에 맞지 않던 체제를 매니 코어 환경에 적합한 저비용 순서보장형의 새로운 형태 관리구조공간으로 발전시켰다. 이 모든 개발 프로세스는 총 5개로 나누어져 있다. 2022년도까지 모든 과정을 5번에 걸쳐 소프트웨어를 방출할 예정이다. 세계에서 최고 수준으로 평가받는 이 기술은 학술대회 USENIX FAST와 USENIX ATC에서 최우수 논문상을 받으며 동양권에서 첫 기록을 세웠다. 더 큰 미래 실현을 위해 프로그램 언어를 포함한 모든 언어체계는 소통이 목적이다. “현재 제2외국어를 많은 사람들이 스펙으로 배우듯이, 이젠 컴퓨터 프로그램 언어도 제2외국어만큼 중요합니다.” 원유집 교수는 프로그램 언어 역시 중요한 소통 매개라 말한다. “자유자재로 내 아이디어와 비즈니스 구상을 컴퓨터로 실현할 때, 다른 사람들의 기술을 빌리면 생각과 아이디어 실현에 분명히 한계가 있다”며, 주체적으로 프로그램 체계를 배우고 실행하는 자세가 중요하다고 전했다. ▲ 원유집 교수는 중간중간에 실패가 있더라도, 한 우물을 파고 그 분야에서 최고가 되는 끈기있는 한양인을 바란다고 말했다. 원 교수는, 자신을 위한 투자는 큰 것이 아니라 강조한다. “대학원생을 포함, 모든 학생의 입장에서 할 수 있는 가장 큰 투자는 단지, 더 배우는 것뿐 입니다. 지금 감내하는 시간들은 앞으로 더 큰 미래를 위해 잠시 스스로를 더 묶어 두는 것일 뿐, 큰 비상을 위한 훌륭한 투자입니다.” 누구에게나 짧든 길든 힘든 시간이 존재한다. 모든 것은 다분히 본인이 선택한 길, 짊어 지어야 하는 작은 짐이다. “놓지 말고 계속 이어가세요. 그 길의 끝에 더 큰 빛을 보는 날이 있을 것입니다.” 글/ 김민지 기자 melon852@naver.com 사진/ 강초현 기자 guschrkd@hanyang.ac.kr

2018-06 25

[학술][이달의 연구자] 이상경 교수(생명공학과)

더위가 성큼 다가왔다. 이제 모기의 계절이다. 대구에서는 올해 처음으로 일본뇌염 매개 모기인 ‘작은빨간집모기’가 발견됐다. 대부분 일본뇌염 바이러스를 가진 매개 모기에게 물리면 증상이 없거나 열이 나는 가벼운 증상을 보인다. 그러나, 드물게 치명적인 급성 신경계 증상이 나타난다. 면역계가 약한 유아나 노인의 경우 사망까지 이른다. 아직 뚜렷한 치료제가 없다. 모기에 물리지 않도록 하거나 예방접종을 맞는 방법이 최선이다. ▲ 이상경 교수(생명공학과)를 지난 22일 연구실에서 만났다. 이 교수가 모형을 이용하여 비강-뇌 약물전달에 대해 설명하고 있다. 이상경 교수(생명공학과) 연구팀이 뇌염바이러스 감염에 대한 획기적인 치료법을 개발했다. 뇌염바이러스 증식을 억제하는 작은 간섭 RNA(siRNA)를 비강(코안)-뇌 경로로 전달하는 것이다. 초기 감염을 억제하고 최종적으로 면역력을 획득할 수 있다. 기존 뇌 질환 치료는 혈액을 통해 siRNA를 뇌에 전달하려고 했다. 혈액-뇌 장벽(Blood Brain Barrier, BBB)이라는 장애물로 치료 약물이 뇌까지 도달하기 힘들었다. 이 교수 연구팀은 ‘비강-뇌 전달’ 방법을 통해 이를 해결했다. ▲ 뇌염바이러스의 감염과 치료에 의한 적응면역 생성 과정을 나타낸 표 (이상경 교수 제공) 뇌염바이러스를 감염시킨 동물을 대상으로 실험을 진행했다. 생쥐의 비강을 통해 뇌로 약물을 전달해 뇌염바이러스를 치료했다. 치료 RNA가 뇌 조직에 효과적으로 전달되는 것을 증명했다. 뇌염바이러스의 초기 감염을 억제할 수 있었다. 면역력을 획득한 생쥐는 추가적인 바이러스 감염에 대해 자연 치유했다. 백신이나 치료제가 없는 뇌염바이러스 감염 질환의 치료법 연구에 새로운 대안을 제시했다. 비강-뇌 경로를 통한 약물의 뇌 특이적 전달에는 이 교수 연구팀이 자체 개발한 ‘마우스 위치교정장치’를 사용했다. 이 장치는 연구자의 숙련도와 관계없이 누구나 쉽게 비강을 통해 약물을 전달 할 수 있도록 도와준다. 한국연구재단의 지원을 받아 대한민국(10-1841329) 및 국제특허(PCT/KR2016/014220) 출원 상태이다. 뇌질환에 대한 기초 연구 및 치료제 개발 연구에서 응용이 무궁무진할 것으로 기대된다. 바이러스 감염 질환 치료법 연구에 새로운 길이 열렸다. 이 교수는 “이 연구를 통해 치료제가 전무한 뇌염바이러스에 대한 치료제 개발 연구에 가능성을 제시할 것“이라고 하며 “연구의 실용화를 강조하는 우리 한양대 공과대학의 목표처럼 향후 영장류 실험을 통해 머리의 위치, 약물 전달장치를 최적화하고, 최종적으로 임상에 적용할 수 있는 뇌 특이적 약물전달 방법을 연구하려고 한다”고 계획을 밝혔다. ▲ 이 교수는 남들보다 조금 더 알고 있는 지식을 나누는 것이 자신의 인생 철학이라고 말했다. 이상경 교수는 현재 벤처회사 ‘시그넷바이오텍’의 대표직을 겸하고 있다. 본 연구 기술을 바탕으로 뇌과학 연구에 특화된 기업으로 성장시키려는 포부도 밝혔다. 한양대 학생들에게도 당부의 말을 전했다. “21세기에는 둥글둥글한(well-rounded) 사람이 필요합니다. 전공 공부보다 더 중요해요. 대학 생활을 하면서 다양한 동아리 활동을 하고, 한양대의 모토인 ‘사랑의 실천’을 배워서 졸업한다면 사회에서 꼭 성공할 것 입니다.” 글/ 유승현 기자 dbtmdgus9543@hanyang.ac.kr 사진/ 이진명 기자 rha925@hanyang.ac.kr

2018-06 19

[학술][우수R&D] 송태섭 교수 (에너지공학과)

식재재를 포장할 때 진공포장 기술을 많이 사용한다. 대기 중 산소의 수분과 식자재가 반응해 음식이 상하거나 신선도가 떨어지기 때문이다. 전자재료도 마찬가지. 산소와 수분의 접근을 차단하기 위한 배리어 필름은 디스플레이, 태양전지 등의 전자재료 분야에서 필수 기술이다. 특히 디스플레이 산업에 사용되는 배리어 필름은 더욱 높은 기술을 요구한다. 이에 송태섭 교수(에너지공학과)와 연구팀은 새로운 배리어 필름 기술 개발에 박차를 가하는 중이다. 배리어 필름(barrier firm), 기체와 수분을 차단하는 보호막 필름 기체 및 수분의 투과를 차단(barrier)하기 위한 배리어 필름 개발 연구는 꾸준히 진행되고 있다. 대표적인 예로 식품 포장용, 진공단열재의 용도로 많이 사용되어 왔다. 디스플레이의 경우 그 소재로 유리기판을 사용하였지만, 경량화가 어렵고 유연성을 부여하기가 어렵다는 단점이 있다. 최근에는 플라스틱 기판이 사용되고 있는데, 플라스틱 기판은 상대적으로 기체 및 수분 투과가 취약하여 디스플레이의 화면 품질에 적합하지 않았다. 이에 송태섭 교수(에너지공학과)는 플라스틱 기판에 기체 및 수분투과 방지막을 도포할 수 있는 ‘유무기 복합소재 코팅액’을 개발해 해결책을 제시했다. ▲ 송태섭 교수(에너지공학과)가 지난 14일 자신의 연구실에서 배리어 필름 연구에 대해 말하고 있다. 최근 양자점 TV의 상용화 및 태양전지, OLED(Organic Light Emitting Diode, 유기발광 다이오드, 형광성 유기화합물에 전류가 흐를 때, 빛을 내는 자체 발광현상을 이용하여 만든 디스플레이) 제품 개발이 가속화되면서, 식품 포장용보다 훨씬 높은 기체 차단성을 요구하는 배리어필름이 요구되고 있다. 이는 기존 식품 포장용 필름을 제조할 때 사용되고 있는 기술로는 구현이 불가능하다. 차세대 제품의 수요에 맞춰 송 교수는 유기물질과 무기물질을 배합한 고정밀 코팅액 제조 기술 연구에 박차를 가하고 있다. ▲ 실제 식품 포장용으로 사용되기 위해서는 수증기 투과율(WVTR)이 102~10-1 g/m2 · day 수준의 차단능력으로 충분했지만, 양자점 TV(Quantum Dots TV)에 적용되기 위해서는 10-4~10-2 g/m2· day 수준의 높은 수분 차단성과 동시에 대면적화, 높은 가시광 투과율이 요구된다. (송태섭 교수 제공) 코팅액 제조 기술은 응집력이 있는 무기 입자를 유기용매에 골고루 분산시키고, 최종적으로 기판 위에 고르게 도포하는 것이 중요하다. 우리가 일부 자외선차단제 제품을 이용할 때, 흔들어 사용하는 이유는 입자가 용매에 골고루 분산되어 있지 못하기 때문이다. 송 교수는 코팅액의 분산성을 향상시키고, 기판 위에 코팅액을 균일하게 도포하는 공정에 초점을 맞췄다. 송 교수가 개발하고 있는 유무기 복합 코팅액을 이용한 배리어필름은 경제성과 대면적화에서 모두 장점을 가진다. 상대적으로 높은 수준의 기체 및 수분 차단성을 가질 뿐만 아니라, 더 저렴한 가격에 대면적 디스플레이 제조공정에도 적용할 수 있다. 현재는 양자점 TV 디스플레이용 보호막으로 배리어 필름이 적용되고 있지만, 앞으로의 차세대 제품군에 있어 플렉시블 디스플레이(flexible display), 태양전지, OLED 등에도 투입될 수 있도록 지속적인 연구개발을 진행할 예정이다. 수많은 시행착오에도 굴하지 않고 송 교수의 주전공은 무기재료 기반의 차세대 이차전지 분야이다. 디스플레이라는 새로운 응용 분야에 대한 생소함이 있었기에 연구에 대한 부담감은 컸다. “공대에서는 다양한 기술 간의 융∙복합이 빈번하게 일어납니다. 우리가 가지고 있던 소재 및 공정기술에 다른 분야의 기술을 접목해, 응용 분야를 확장해 나가는 것이죠.” 이번 배리어필름 연구는 기존의 연구와 핵심기술은 유사하게 하되, 적용 분야를 확장한 사례로 볼 수 있다. 기술의 융∙복합 이외에도 배리어 필름에 대한 연구에는 많은 어려움이 존재했다. “종래에 없던 기술을 새로 개발하는 것이 아니기 때문에, 기존 선행연구의 특허를 피해 제품 개발 전략의 차별성을 부여하는 것이 가장 어려웠죠.” 송 교수가 연구 초반에 부딪혔던 큰 어려움은 국내 및 국외 특허를 피해 기존 기술과의 차이점을 두는 것이었다. 하지만 국내 산업의 기반이 좀 더 탄탄해지고, 경쟁력 있는 고품질의 디스플레이 제품을 개발하기 위해서는 더욱 저렴하고 고성능의 배리어필름 개발이 필수적으로 수반되어야 한다. 그렇기에 그는 무수히 많은 시행착오를 겪으며 더 나은 기술을 위해 매진하고 있다. “학생 여러분들도 넓은 시야를 가지고, 자신의 전공에만 국한하지 않는 학제적인 인재가 되었으면 좋겠어요. 그 재능을 국가와 우리 사회에 환원하고 보탬이 될 수 있는 인재로 성장하길 바라요.” 송 교수가 한양대 재학생들에게 전하고 싶은 메시지다. ▲ 송태섭 교수와 배리어 필름연구를 함께 진행하고 있는 연구팀원들이 실험실에서 포즈를 취하고 있다. 글/ 황유진 기자 lizbeth123@hanyang.ac.kr 사진/ 박근형 기자 awesome2319@hanyang.ac.kr

2018-05 27

[학술][이달의 연구자] 고민재 교수(화학공학과) (2)

무한청정 에너지원인 신재생에너지는 꾸준히 발전 중이다. 지구 생태계가 먼 미래까지 버틸 수 있도록 지속 가능한 에너지가 창출돼야만 한다. 고민재 교수(화학공학과) 는 이러한 목표를 갖고 기존의 태양광 에너지와는 다른 ‘차세대 태양전지’를 연구했다. 성능도 좋지만, 가격 또한 합리적이고 심미적이다. 많은 장점을 지니는 차세대 태양전지는 머지않은 미래에 중요 대체 에너지로 주목 받을 전망이다. 더욱 업그레이드 된 태양전지 차세대 연구의 핵심은 태양전지다. 빛을 받아 전기를 발생시키는 소자가 태양전지다. 우리에게 익숙한 태양광 발전은 두껍고 투박하고, 무거운 검은색 실리콘 태양전지를 이용한다. 고 교수는 다른 성격의 태양전지 가능성을 발견했다. 특별한 구조를 갖고 있는 이 태양전지는 유연하게 휘어져서 신체 착장(웨어러블, Wearable)도 가능하다. 이번 연구는 해당 태양전지에 들어가는 신소재를 개발하는 것에 중점을 뒀다. ▲ 지난 24일, 신소재공학관에서 고민재 교수(화학공학과)를 만나 연구에 대한 이야기를 들었다. 이 태양전지에 들어가는 중요 소재는 ‘빛을 훕수하는 소재’와 ‘고속전하전달 소재’다. 고 교수 연구팀은 빛 흡수능력과 전하전달 속도가 뛰어나면서도 안정성이 뛰어는 신소재를 개발하고 이를 값싸게 제작할 수 있는 공정을 개발하였다. 이 소재를 이용한 태양전지는 태양광 외에도 백열등과 형광등 등의 실내등에도 반응해 보다 잠재력이 높다. 투과성이 좋고 다양한 색상 구현이 가능해서 심미적인 면에서도 뛰어나다. 차세대 태양전지는 생산과정 또한 간단하다. 소재 자체가 전지가 되기까지 진공공정과 같은 복잡한 과정을 따로 거치지 않아도 된다. “기존의 실리콘 태양전지를 만들기 위해서는 특별한 장비가 필요해요. 여러 재료들을 합성해야 해서 과정 또한 복잡하죠.” 고 교수는 무겁고, 불투명하고, 실내등이나 흐린 날에는 작동이 안 되는 실리콘 태양전지의 단점을 보완한 것이 차세대 태양전지라 설명했다. ▲ 차세대 태양전지를 응용한 샘플. 노랗고 투명한 바탕에 훈민정음이 덧대어져 있는 것이 바로 차세대 태양전지다. 위에 조그마한 선풍기 날개는 태양전지의 힘으로 돌아간다. 실내등에서도 작동했다. 세계 정상에 서다 그렇다면 차세대 태양전지의 소재는 왜 이제야 발견됐을까? 고 교수는 신소재 발견엔 많은 시간이 필요하다고 답했다. 소재들끼리의 비율을 맞추고, 적정 비율에서 조합을 찾아야 하기 때문이다. 앞으로 고 교수는 차세대 태양전지의 상용화에 힘쓰겠다고 말했다. 전력을 지속적으로 공급받아야 하는 센서와 독립전원으로 우선 이용할 수 있다. 현재 고민재 교수 연구팀에서 보유하고 있는 차세대 태양전지 기술은 세계최고수준으로 평가받고 있다. 고 교수는 개인의 행복을 넘어 사회의 공헌에 연구의 의의를 두었다. “공학도들이 연구를 통해 도출해낸 기술적 결과는 개인적 성취를 넘어서 인류와 사회공동체에 도움이 될 수 있어요. 한양대학교 학생들의 뛰어난 실력에 사회적 책임도 겸한다면 좋겠습니다.” ▲고민재 교수(화학공학과, 가운데)와 연구를 함께하는 김동환(화학공학과 13, 오른쪽) 씨, 그리고 유용석(화학공학과 석사과정,왼쪽) 씨가 실험실에서 함께 포즈를 취하고 있다. 글/유혜정 기자 haejy95@hanyang.ac.kr 사진/강초현 기자 guschrkd@hanyang.ac.kr

2018-05 13

[학술][우수R&D] 천병구 교수(물리학과) (1)

지난 4월 고에너지물리 국제공동실험연구팀 ‘벨’(Belle)은 우주 탄생의 비밀을 알기 위해 ‘벨-II 업그레이드 실험’(이하 벨-II 실험)을 시작했다. 25개 국가, 750여명의 물리학자가 참여한다. 천병구 교수(물리학과)는 1995년부터 이에 앞서 ‘벨 실험’에 참여했다. 2008년에는 물질과 반물질의 비대칭성 문제를 밝히는데 기여해 세계적으로 권위 있는 과학 저널 ‘네이처’(Nature)에 논문을 게재했다. 현재 ‘벨-II 실험’으로 새로운 물리현상을 파헤치기 시작했다. 벨 실험에서 벨-II 업그레이드 실험으로 천 교수는 우주가 어떻게 발생하고 진화했는지 연구한다. 미시세계를 다루는 입자물리학을 적용한다. 입자물리학은 물리학의 한 분야로 소립자의 특성과 상호작용을 이해하려는 분야다. 소립자는 원자보다 작은 입자로 물질을 이루는 가장 작은 단위의 물질이다. 내부구조가 없다. ‘소’는 ‘작다(小)’가 아니라 ‘기본이 된다(素)’는 뜻이다. 미시세계의 현상을 관찰함으로써 우주의 근원을 찾을 수 있다. ▲ 지난 11일 천병구 교수(물리학과)를 연구실에서 만났다. 천 교수가 벨-II 업그레이드 실험(이하 벨-II 실험)에 대해 설명하고 있다. 10년 전, 천 교수는 벨 실험으로 물질과 반물질의 비대칭성 관계를 규명했다. (지난 기사 보기 - 천병구(물리) 교수, 우주 탄생 비밀 발견) 우주 대폭발(Big-Bang) 이후 물질과 반물질이 만들어졌다. 현재 반물질은 사라지고 물질만 남아 우주를 구성하고 있다. 천 교수는 일본 고에너지가속기연구기구(KEK)에서 건설한 ‘KEKB 입자가속기’(이하 KEKB) 실험을 통해 반물질이 왜 사라졌는지 밝히는 증거를 찾았다. 벨 실험은 2009년 6월 종료했다. 지난달 25일에 벨-II 실험이 개시했다. 21세기 초, 입자물리학을 지탱하고 있던 ‘표준모형’으로 설명할 수 없는 현상이 관찰됐다. 중성미자 질량의 존재다. 중성미자는 전기적으로 중성이며 질량이 0에 가까운 소립자다. 우주에 존재하는 암흑 물질과 암흑 에너지의 근원도 알려지지 않았다. 표준모형은 중력을 제외한 그 외 힘인 강력, 약력, 전자기력의 상호작용을 통해 미시세계를 기술한다. 2010년부터 천 교수는 더 완전한 비표준 모형을 찾기 위한 벨-II 실험을 준비했다. ▲ 지난 4월 25일, 벨-II 실험에서 처음으로 획득한 전자-양전자 충돌 Event Display (출처: 천병구 교수) 우주 탄생의 근원을 찾아서 기존 벨 실험으로는 표준모형을 벗어나는 물리 현상의 증거를 관측하지 못했다. 물리 데이터 양이 부족했기 때문이다. 벨-II 실험에서는 벨 실험 50배 이상의 데이터 수집을 계획하고 있다. 기존의 KEKB보다 휘도(광원의 단위 면적당 밝기의 정도)가 훨씬 높은 ‘SuperKEKB 입자가속기’(이하 SuperKEKB)를 사용한다. 7개 종류의 검출기가 SuperKEKB의 전자와 양전자 충돌 지점을 둘러싸고 있다. 현미경 역할을 하는 검출기는 가속기에서 나오는 신호를 저장해 분석한다. 성공적인 실험을 위해서는 정교한 트리거 시스템(trigger system)이 필요하다. 매초 50억개의 전자와 양전자가 충돌한다. 대부분의 불필요한 충돌 사건은 제거하고 3만개의 가치있는 물리 사건만 선별해야 한다. 천 교수는 “전자기 열량계를 이용한 트리거 시스템의 전체 디자인, 초고속 전자회로 장치의 R&D, 양산, 설치 및 시스템 보정 작업을 한양대가 독자적으로 완수했습니다. 지난 4월 벨-II 실험이 개시되는데 결정적 역할을 해서 큰 자부심을 가지고 있습니다.”라고 말했다. ▲ 천병구 교수가 벨-II 실험의 필요성에 대해서 설명하고 있다. 전세계적으로 표준모형을 넘어서는 새로운 물리 현상을 찾기 위한 고에너지 물리 실험들이 진행 중이다. 유럽원자핵공동연구소(CERN)의 LHC(Large Hadron Collider) 실험은 13테라전자볼트(TeV)의 높은 에너지로 양성자들을 충돌시킨다. 반면 벨-II 실험은 초고휘도로 전자와 양전자를 충돌시켜 희귀 현상을 발견하려고 한다. 두 실험은 상호 보완의 관계에 있다. 물리 현상을 관측하려는 방법은 다르지만 우주를 알고자 하는 마음은 하나다. 지구 밖으로, 우리나라 밖으로 천 교수는 벨-II 실험을 통해 새로운 물리 현상 관찰에 힘쓰고 있다. 앞으로 10년의 긴 여정이 예상된다고 한다. 많은 양의 물리 데이터를 수집해 분석해야 하기 때문이다. 지구로 날아 오는 초고 에너지 우주선(ultra high energy cosmic ray; UHECR) 관측을 위해 TA(Telescope Array) 우주선 실험에도 참여한다. 최근 TA 실험에 의하면 알려진 발생원이 아닌 부분의 우주 영역(Hot-spot region)으로부터 오는 UHECR이 발견 됐다고 한다. 입자천체물리학 분야에서 큰 흥미를 끌고 있다. “벨-II 실험은 분명 새로운 물리현상 발견에 있어 최선두 주자입니다.” 천 교수는 벨-II 실험이 물리학 분야에 새로운 패러다임을 제시할 것으로 기대한다. 입자물리학은 우주의 근본 원리를 알고자 하는 인류의 지적 호기심 해소에 크게 기여했다. 이 뿐 아니다. 실험 장치 및 데이터 분석 연구로 인류의 실생활에 큰 업적을 세웠다. 인터넷의 효시인 WWW(월드와이드웹)을 만들었다. CT, PET 등 의료 장치 기술에 응용됐고, 인공지능에 활용되는 딥 러닝 연구에도 접목되고 있다. ▲ 인터뷰를 마친 천병구 교수가 포즈를 취하고 있다. “입자물리학 실험분야에서 우리나라 발전에 공헌하는 학생들을 많이 배출하고 싶습니다.” 천 교수는 제자 육성에도 힘쓴다. 졸업한 학생들이 해외 대학 연구소, 국립암센터 등 많은 연구 기관에서 근무하고 있다고 한다. 물리학이 내용 자체는 순수 학문이지만 R&D(연구개발)에 있어서는 언제나 유용하게 사용할 수 있기 때문이다. “우리나라에서 모든 삶을 영위할 것이 아닙니다. 세계로 시야를 넓히세요.” 글/ 유승현 기자 dbtmdgus9543@hanyang.ac.kr 사진/ 강초현 기자 guschrkd@hanyang.ac.kr

2018-05 08

[학술][우수R&D] 배지현 교수(의류학과)

스마트 폰, 스마트 워치, 스마트 의류. 사람들은 편리하고 효율적인 삶을 위해 새로운 것을 추구한다. 구글은 스마트 옷감을 만드는 ‘프로젝트 자카드’를 통해, 지난해 9월 27일 스마트 재킷을 출시했다. 단순히 옷감을 건드리기만 해도 음악 재생, 전화 통화 같은 기능을 실행할 수 있다. 옷감의 실이 움직임을 인식하는 센서 역할을 하기 때문이다. 올해 시작한 배지현 교수(의류학과)의 연구도 이런 웨어러블(wearable, 입을 수 있는) 센서다. 지난 4일, 배 교수를 사무실에서 만났다. 웨어러블 센서를 연구하다 배지현 교수는 유연성과 전도성을 가진, 생체정보를 감지할 수 있는 직물 센서를 연구한다. 그는 이해를 돕기 위해 한 장갑을 꺼내 들었다. 편직물(뜨개질 한 것처럼 만들어진 천)로 만들어진 평범한 장갑. 하지만 검지와 중지의 일정 부분은 다른 재질로 돼 있다. “원사에 은을 코팅한 거예요. 이 부분만 전기가 통하죠. 전도성 실이기 때문에 실 자체가 센서 역할을 합니다.” 장갑센서는 여러 가지로 활용 가능하다. 수화를 하면 센서가 손가락의 움직임을 파악해 기기에 글자를 입력하는 기술이 그 예다. ▲ 지난 4일 배지현 교수(의류학과)를 그의 사무실에서 만났다. 배 교수가 직접 센서가 달린 장갑을 착용해보이며 웨어러블 센서에 대해 설명하고 있다. 센서는 인장, 압력, 터치, 온도와 같은 외부압력에 대한 정보를 모바일 디바이스와 연결한다. 웨어러블 센서를 착용한 사람은 기기를 통해 자신의 상태를 쉽게 알 수 있다. 특히 건강관리를 위한 웨어러블 센서가 배 교수의 목표다. “파킨슨병을 앓는 환자들은 병이 진행되면서 서행을 합니다. 신발에 센서가 있다면 보폭과 속도를 측정해서 미리 병을 예측할 수 있죠. 움직임을 감지해서 미리 처방을 받을 수 있다면 외부의 도움 없이도 회복이 가능합니다.” 웨어러블 센서는 일반인에게도 적용할 수 있다. 트레이너 없이 혼자 운동을 할 때, 자신의 동작이 잘못되면 알림이 가는 것이다. 고령화 시대로 접어들면서 복지에 대한 문제가 대두되고 있다. 배 교수는 자신이 연구하는 센서가 사회적 약자를 위해 쓰였으면 한다. “자금도 부족하고 건강도 좋지 않은 독거 노인, 사회적 약자분들의 복지에 힘이 됐으면 좋겠어요.” 웨어러블 센서는 개인적인 건강관리가 수시로 가능하다는 장점을 갖고 있기 때문이다. 다만 그가 걱정하는 것은 가격. “센서가 있는 제품도 저렴한 가격으로 판매해야 해요. 평범한 신발이 1만원이라고 가정하면, 센서가 부착된 신발은 1만 2000원 정도여야 하죠.” ▲ (a) 정도성 섬유를 적용하여 제작된 장갑 센서의 모습이다. (b) 손가락의 움직임에 따른 전기 저항값을 나타낸 그래프. 움직임이 클수록 저항값의 변화량이 크다. (c) 수화 동작 감지 시스템을 시연하는 모습. (출처: 배지현 교수) 융합하고 소통하다 배 교수는 지난 3월에 이 연구를 시작했다. 하지만 우리대학에 임용되기 전에도 웨어러블 형태의 소자(장치, 전자 회로 따위의 구성 요소가 되는 낱낱의 부품)를 개발하는 팀에 들었던 적이 있다. “섬유공학을 전공하고 전자회사에서 일했어요. 자연스레 전기, 기계가 관련된 일과 제 분야를 융합해서 보게 됐죠.” 자신과 다른 분야에 있는 사람의 지식을 융합한다면 큰 시너지 효과를 낼 수 있다. 웨어러블 센서도 같은 선상에 있다. 생체정보를 감지하는 기술, 정보를 기기로 옮겨 착용자에게 제공하는 데이터는 전기전자 전공자가 맡는다. 하지만 그 외에 센서로 만드는 실 제작이나 옷의 신축성 및 디자인 고려는 섬유를 공부한 사람이 할 수 있는 분야다. 웨어러블 센서라는 목표에 도달하기 위해서는 서로 다른 분야의 정보를 받아들이고 소통할 준비가 돼 있어야 한다. 섬유로 할 수 있는 모든 것이 연구대상 같이 연구하는 학부생은 2명. “아무래도 의류학과 학생들에게 전자와 ICT쪽은 생소하죠. 대학원에서 전기전자와 관련한 의류 수업도 하지만 관심을 보이는 학생이 적어요.” 연구 진행에 어려움을 겪고 있기 때문에 타대학 교수들과 협력하기도 한다. 현재 연구는 센서의 소재에 집중하고 있다. “자체적으로 전기적 특성을 낼 수 있는 섬유, 전기 방사를 통해서 전도성 고분자를 만드는 연구 그리고 옷을 자주 세탁해도 전도성 고분자를 섬유에 부착할 수 있는 염색공정도 진행 중입니다.” ▲ 배지현 교수(의류학과)의 웨어러블 센서 연구는 아직 초기 단계다. 사회적 약자를 위해 웨어러블 센서를 연구하는 배지현 교수. 연구에 대한 그의 열의는 계속된다. 건축에도 관심이 많다. 섬유를 기반으로 만드는 건축이다. 방탄, 불연(불에 타지 않음) 기능의 직물소재로 지은 건물은 안정성 면에서 우수하다. 또 쉽게 짓고, 쉽게 철거 할 수 있다. 건축재료인 섬유는 바람에 진동하기도 한다. “섬유가 자체적으로 바람에너지를 저장해 전기적인 효율을 낼 수 있습니다.” 섬유라는 자기 기반을 가진 배교수의 열의는 웨어러블 연구와 함께 계속된다. 글/ 옥유경 기자 halo1003@hanyang.ac.kr 사진/ 이진명 기자 rha925@hanyang.ac.kr

2018-04 30

[학술][이달의 연구자] 김학성 교수(기계공학부)

0.3~3테라헤르츠 사이의 주파수를 가진 전자파, 테라헤르츠(Terahertz)파. 1초에 1조(테라) 번 진동할 때 주파수는 1테라헤르츠다. 주파수가 적외선과 마이크로파 사이에 있는 테라헤르츠파는 금속이 아닌 모든 물질을 다 투과하는 성질을 갖고 있다. 기존에 쓰이는 엑스선 기술과 유사하지만 유해성이 훨씬 낮다. 약하지만 인체에 손상을 주는 엑스선과 달리 테라헤르츠파는 안전하게 쓸 수 있다. 이 덕에 의료계 등지에서 테라헤르츠 기술에 대한 관심이 높다. 김학성 교수(기계공학부)는 테라헤르츠의 상용화를 위해 5년 넘게 연구를 이어왔다. 일반인에겐 아직 생소한 테라헤르츠 기술 연구에 대해 김 교수의 이야기를 들었다. 세계를 이끌 10대 기술, 테라헤르츠 “몇년 전, MIT(매사추세츠 공과대학교)는 테라헤르츠 기술이 세계를 선도하리라 말했어요. 물질을 투과하고 인체에 무해하다는 특성을 눈여겨 보다 연구를 시작했습니다.” 기계공학을 전공한 김 교수는 테라헤르츠 기술 연구를 위해 물리와 전자를 다시 공부해야 했다. 연구를 거듭하며 김 교수는 테라헤르츠파를 어떻게 기술로 응용할지 방법을 찾았다. ▲지난달 25일, 김학성 교수(기계공학부)를 그의 연구실에서 만나 테라헤르츠 기술에 대한 그간의 연구결과를 들었다. 방사선이 방출되는 엑스레이나 자기공명단층촬영(MRI)과 달리, 테라헤르츠 기술은 무해하다는 장점을 갖고 있다. 이에 세계가 엑스레이의 대체재로 주목하고 있다. 하지만 테라헤르츠파는 발생시키기가 어렵다. 과거에는 30억에 달하는 비싼 장비로 발생시켜야만 했다. 최근에는 가격을 점점 낮추는 연구가 진행되지만 대부분 테라헤르츠파를 얻는데만 초점이 맞춰져 있다. 이에 아쉬움을 느낀 김 교수는 테라헤르츠의 상용화에 집중했다. 우리 눈에 잘 보이지 않는 ‘용접선’ 김 교수의 연구 결과, 테라헤르츠파를 통해 '사출성형 제품'의 용접선을 검출할 수 있다. 사출성형(injection molding)은 플라스틱을 가공하는 여러 방법 중 하나다. 모형틀에 녹은 플라스틱을 부은 후 굳히는 기술로 대량생산이 이 방법으로 진행된다. 이 생산과정에서 종종 ‘용접선’이 생긴다. 용접선은 용접 한 곳에 생기는 줄이다. 사출성형 과정에서 녹은 플라스틱이 균일하게 퍼지지 않을 때 용접선이 발생한다. 다음은 김 교수의 설명. “자동차 부품처럼 하중을 많이 받는 제품은 용접선이 생기면 안돼요. 하중을 견디지 못하고 깨지기 쉽죠.” 하중을 많이 받는 제품들은 이를 견디게끔 플라스틱 안에 유리섬유가 섞여 들어간다. 하지만 용접선이 생기면 무용지물이다. 유리섬유가 무게를 지탱하기 위해 설 방향을 잃기 때문이다. 용접선의 위치와 무게를 많이 받는 곳이 겹치지 않을 필요가 있다. 하지만 어디에 용접선이 생길지는 예측불가다. 김 교수는 이 문제를 테라헤르츠 기술이 해결해줄 수 있다고 말했다. “사출성형 제품에 테라헤르츠파를 쏘면, 섬유의 방향을 알 수 있어요. 섬유 방향에 따라 테라헤르츠파의 속도가 느려지거나 빨라집니다. 이 속도차로 용접선을 검출할 수 있는거죠.” 용접선을 검출하기 위해서는 빠르고 정확한 스캐닝도 필요하다. 김 교수는 테라헤르츠 스캐너 장비의 개발에 힘쓰고 있다. 테라헤르츠 스캐너가 빠른 속도로 스캔을 할 수 있도록 김 교수는 금속코팅 된 거울을 붙였다. 테라헤르츠파를 금속코팅 된 ‘갈바노 거울’에 쏘면 반사되면서 사출성형 제품 전면을 10초안에 스캔한다. 완전한 상용화를 위해 연구한 이 장비는 호평을 받았다. ▲ 테라헤르츠를 통해 사출성형 제품을 스캔하는 스캐너 장비. 'G1'이라고 표시된 장비가 테라헤르츠를 반사시키는 '갈바노 거울'이다. 이 거울은 스캐닝 시간을 단축시키는 역할을 한다. 김학성 교수의 ‘다기능성복합재료연구실’(MCDM LAB) 물리와 전자책을 훑으며 다시 공부해야 했던 김 교수. 그와 테라헤르츠는 만난 지 몇 년 되지 않았다. “저는 기계과라서 다른 학문을 다루기가 제일 힘들었어요. 학문을 융합했을 때 그 경계에서 새로운 발견이 항상 나타나요. 테라헤르츠도 물리, 전자, 기계의 합작이라서 재밌었죠.” 그는 기계공학을 기반으로 두고 여러 분야로 확장시키는 것이 목표라 말했다. 학생들에게도 아낌없는 사랑을 보냈다. “연구는 재미가 있어야 해요. 저는 항상 왜 해야 하는지 설명을 곁들어서 연구를 진행해요. 이번 테라헤르츠 연구도 아무도 안 하겠다고 했지만, 전세계 처음으로 하는 연구라고 설명하니 자부심을 갖고 매진하더라고요.” 항상 학생들이 행복하고 즐겁게 연구했으면 하는 바람을 나타낸 김 교수. ‘다기능성복합재료연구실’이라는 연구실 명칭은 하고 싶은 연구를 이어가자는 의미다. ▲이번 연구에 함께한 오경환(기계공학부 석사과정) 씨와 김학성 교수가 연구실 안에서 포즈를 취하고 있다. 글/유혜정 기자 haejy95@hanyang.ac.kr 사진/최민주 기자 lovelymin32@hanyang.ac.kr

2018-04 03

[학술][이달의 연구자] 서영웅 교수(화학공학과)

지난 평창올림픽에서 현대자동차가 선보인 수소 전기차 ‘넥쏘(NEXO)’. 이를 통해 한국은 수소자동차 상용화의 신호탄을 알렸다. 전문가들은 2020년부터 수소자동차사업의 본격적인 양산과 수소 연료 충전소 활성화로 수소자동차가 점차 대중화될 것이라 예상한다. 서영웅 교수(화학공학과)는 이러한 수소자동차 상용화를 앞당길 신기술을 개발했다. 수소자동차의 연료전지에 수소를 더 빠르게 집어넣고 빼내는 촉매기술이다. 차세대 수소자동차 상용화에 중요한 기술을 개발하다 수소는 우주 질량의 약 75%를 차지하고 있는 원소다. 물을 전기분해 했을 때도 얻을 수 있으며 화석에너지와 달리 탄소가 쓰이지 않아 탄소화합물 등의 환경오염물질이 발생하지 않는다. 이 탓에 우리나라처럼 자원이 부족한 나라는 일찍부터 기술 개발에 돌입한 편이다. 수소연료로 가동되는 ‘수소연료전지자동차(HFCV: Hydrogen Fuel Cell Vehicle or FCV: Fuel Cell Vehicle)’는 국내에서 세계 최초로 양산 생산을 시작했다. 수소와 산소의 화학 반응과정에서 전기를 얻는 수소자동차는 주행 시 환경오염물 대신 물이 수증기 상태로 나온다. 하지만 수소자동차가 상용화되기 위해서는 인프라구축과 안전성 등 문제점이 남아있다. 기존에 에너지로 쓸 수소를 수송할 때는 700기압 이상의 초고압의 기체형태로 수송한다. 수심 40미터 근방에서 수압이 4~5기압 정도인걸 감안했을 때, 초고압 압축 기술은 폭발위험이 크다. 근본적으로 부피도 그리 줄어들지 않아 대용량 수송에 적합하지 않다. 하지만 서영웅 교수 연구팀이 수소를 대용량으로 가장 안전하게 수송할 수 있는 기술을 선보였다. 이 신기술로 수소자동차 상용화를 앞당길 수 있다는 평을 받았다. 빠르게 수소를 빼내는 촉매기술이 핵심 서 교수와 국내 연구진은 ‘액상 유기물 수소 저장체(이하 LOHC)’를 저렴하게 제조하는 기술을 최초 개발했다. LOHC는 액체상태의 화학물질로, 수소를 안전하게 저장 운반할 수 있게 도운다. 수소와 결합해 액상상태를 유지하다 특정 조건에서 다시 수소와 떨어지는 특성을 가지고 있다. 연구팀은 분자 자체에 수소를 저장할 수 있는 톨루엔(Toluene)과 피리딘(Pyridine)을 결합한 LOHC를 만들어 ‘MBP’라 명했다. MBP를 이용해 액체로 변형시킨 수소는 기체상태 때보다 더 많이 운송할 수 있다. 또한 액상 물질이기 때문에 폭발위험이 없어 안정성을 대폭 높였다. ▲ 연구팀이 개발한 새로운 화학물질 'MBP(왼쪽)'와 수소를 머금고 있는 MBP(오른쪽). 서영웅 교수(화학공학과)와 우리 대학 연구팀은 필요할 때 수소를 빼내고 집어넣을 수 있는 핵심기술을 개발했다. (출처: 서영웅 교수) 이 기술의 핵심은 수소가 포함된 액상물질을 연료로 사용 가능한 수소 형태로 빠르게 되돌릴 수 있다는 점이다. 촉매 작업을 통해 가능한 일이다. 이렇게 수소를 집어넣고 빼내는 핵심기술을 서 교수와 우리 대학 화학공학과 연구팀이 맡았다. “안전하게 수송한 액체상태의 화학물질을 수소자동차에 필요한 수소로 빠르게 빼내고 넣을 수 있게 된 거죠.” 서 교수는 촉매를 이용한 수소 이동의 효율적인 방법을 개발했다는 것에 자부심을 느낀다. 기존 기술보다 시간이 줄었을 뿐만 아니라 비용도 저렴하다. 세계적으로도 LOHC 기술은 손에 꼽을 정도의 적은 수의 연구팀이 보유한 기술이다. 타 LOHC기술은 섭씨 270도 이상의 열을 가해야 수소를 분리할 수 있다. 하지만 MBP는 이보다 낮은 섭씨 230도에서도 가능해 같은 조건에서 훨씬 더 효율적이다. 이는 LOHC기술의 새로운 연구 지표를 열었다. ▲ 국제학술지 ‘켐서스켐’ 4월호 표지에 서영웅 교수의 논문이 선정됐다. 평가위원이 선정하는 가장 중요 논문인 'VIP'(Very Important Paper)로도 선정됐다. (출처: 한국화학연구원) 교수이자 열정적인 연구자 서 교수와 연구팀은 기존에 없던 완전히 새로운 물질을 개발했다. 그렇기에 모든 사례연구와 실험결과를 직접 축적해야 했다. 액상 물질이 바닥에 닿았을 때 발생하는 손상부터 인간이 흡입했을 경우의 위험성까지 모든 시험을 거쳤다. “수소를 값싸고 안전하게 운반할 수 있는 기술에 힘써야겠다고 생각했죠.” 끊임없는 노력 끝에 나온 신기술은 LOHC 관련 기술 중 전 세계에서 3번째로 상용화 가능성이 있다는 평을 받았다. 서 교수의 교수 철학이자 연구철학은 더 많은 연구인력을 사회로 배출하는 것이다. 교수로서 학부생들이 탄탄한 기초지식을 가진 인재로 성장하길 바란다고 전했다. "학생들이 남들이 가는 길을 무작정 따라가지 않았으면 좋겠어요. 나만의 길을 찾는 것이 대학 생활을 즐기는 방법이라고 생각합니다." 서 교수는 현재 미래 에너지 및 청정 환경을 위한 촉매 기술 연구를 계속해서 진행 중이다. 앞으로 그의 연구실에서 더 많은 미래 기술이 나오길 기대한다. ▲ "신기술 상용화를 위해 더욱 힘쓸 것" 지난 3월 29일 연구실에서 만난 서영웅 교수의 말이다. 글/ 황유진 기자 lizbeth123@hanyang.ac.kr 사진/ 강초현 기자 guschrkd@hanyang.ac.kr