나노 공정 및 물성 측정 연구의 세계적 선도센터 구축
나노 공정 및 물성 측정 연구의 세계적 선도센터 구축
  • 김남근 기자
  • 승인 2014.07.22 11:39
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[이슈메이커=김남근 기자]
[한국의 인물-융·복합소재연구 부문] DGIST-LBNL 공동연구센터(DLJRC) 권용성 센터장


나노 공정 및 물성 측정 연구의 세계적 선도센터 구축

최고의 융·복합 소재개발 위한 원천기술 확보



나노 융합산업의 세계 시장규모는 2011년 6,282억 달러에서 연평균 21.04%의 성장률을 기록하며 2018년에는 2조 3,903억 달러 수준에 이를 것으로 전망된다. 나노 기반 융·복합 소재 산업분야는 창조경제 구축을 위한 기반으로 새로운 부가가치 창출과 함께 다양한 기술 및 산업과의 융합을 통해 막대한 파급효과를 가질 것으로 기대를 모으고 있다. 이에 우리나라는 첨단소재산업에서 세계적인 기술력과 기업 인프라를 바탕으로 경쟁력 있는 나노 소재 산업을 육성하기 위한 연구와 산업 부문 간의 보다 긴밀한 협력이 필요한 실정이다.




세계 최우수 기초과학 연구기관과 공동연구센터 설립

  나노 융·복합소재의 개발은 최근 산업 대부분에서 가장 이슈가 되며 다양한 분야에서 수요가 확대되고 저변도 계속 넓어지고 있다. 이에 나노 소재 자체의 응용기술뿐만 아니라 주변의 기술기반이 급속히 발전하며 나노 소재의 융·복합 촉진은 우리나라 소재산업에 큰 활력을 줄 것이라 전망되면서 고부가가치 창출의 원천이 될 것으로 예상되고 있다. 

  이에 지난 2012년, 대구경북과학기술원(이하 DGIST)은 세계 최우수 기초과학 연구기관인 미국 로렌스버클리 국립연구소(LBNL, Lawrence Berkeley National Laboratory)와의 공동연구센터(DLJRC)를 DGIST 내에 설립해 세계 최고의 융·복합 소재개발을 위한 원천기술을 확보하는 공동연구를 수행하고 있다. 이런 과정 중에 두 기관이 연 X-선 현미경(soft x-ray microscope) 활용을 더욱 촉진하고자 LBNL에 공동연구센터의 분소인 LDJIM(LBNL-DGIST Joint Institute for Microscopy)을 지난 5월 개소했다. 센터는 이번 공동연구로 다기능 융·복합물성 연구를 시작으로 세계 최고의 융·복합 소재 개발을 통한 원천기술을 확보해 나갈 방침이다. 더불어 확보된 핵심 원천기술을 전수함으로써 지역 및 국가 과학기술 및 산업 발전에 이바지할 계획이다.

  센터는 국내·외 다수의 전문 연구진들로 구성되어 다기능 융·복합 신물질의 개발과 이해를 목표로 공동연구센터 내의 자체 시간분해 연구 설비 구축해 LBNL의 거대 시설 사용 기회를 안정적으로 확보하고 DGIST의 설비와 연계 활용을 통한 연구개발 효율의 증대를 추구하고 있다. 이를 통해 DGIST에서 자체적으로 시간분해 연구를 수행할 수 있는 환경 조성이 가능해질 전망이다. 

  센터를 이끌고 있는 권용성 교수는 “센터는 나노급, 펨토급의 분해능을 이용해 나노 과학의 새로운 이슈를 해결하고, 기능성물질에서의 신기능을 이해하고자 합니다. 이는 복잡한 다기능성 융합물질의 물성을 이해할 것으로 생각되어 미래의 혁신적 기능성 물질을 탐구하는데 중요한 열쇠가 될 것으로 전망됩니다. 더불어 학계 및 사회적으로도 큰 영향을 줄 것으로 생각합니다”라며 센터 사업에 대한 자부심을 내비쳤다.


▲미국 로렌스버클리 국립연구소(LBNL)에 DGIST-LBNL 공동연구센터 분소 개소식 - 센터장 권용성 교수, 패트릭 롤러(Patrick Naulleau) 박사


원천기술 확보 통해 국가발전에 이바지

  신생기관인 DGIST는 인적구성의 규모는 크지 않다. 때문에 13명의 노벨상을 배출한 LBNL을 유치함에 상당한 어려움이 있었다고 권 교수는 전한다. 하지만 지난 2012년, DGIST 내에 설립된 DLJRC는 학교와 산업체, 시·군의 적극적인 지원을 바탕으로 다기능 융합물질 개발 체계 구축을 위한 시설을 확충하여 에너지, 나노 및 바이오 융합물질의 시료를 합성할 수 있는 인력을 구성해 연구를 진행했다. 이를 통해 거시적·미시적인 기초물성연구를 수행하여 신물질을 발견하였고, 연도별 단계적인 계획을 바탕으로 우수한 성과를 도출해내고 있다. 지난 2012년, 센터의 참여연구원 이재동 교수는 물리학에서 최고 학술지인 Phys. Rev. Lett에 논문을 게재했으며, 지난해 역시 참여연구원 다수가 세계적인 학술지에 20여 편 이상의 논문을 게재하는 성과를 거뒀다. 뿐만 아니라 나노 물질 및 단결정 제작 장비와 자성 도메인 관찰용 현미경 설비, 시간분해 분광장치를 구축해 첨단 물성측정기술을 도입하며 센터 연구를 활성화 시키고 그 범위를 확장시켰다. 더불어 세계 자원 전쟁의 중심에 있는 ‘희토류’(稀土類; Rare Earth Elements)에 대한 연구를 진행해, 희토류 금속을 포함된 자석을 사용하지 않는 에너지 절약형 산업용 모터를 개발하기 위해 고성능 이방성 나노 복합체의 개발을 추진하고 있다. 이를 통해 최종적으로 탈 희토류원소의 자석을 제작하고자 현재 설비를 완성하여 활발한 연구를 진행 중이다.

  센터는 그동안 이 같은 연구사업을 수행하며 연구 인프라 구축 및 성과도입 단계를 거쳐 앞으로 2단계, 4년간의 연구를 수행하게 된다. 앞으로 본격적으로 성과확산이 기대되는 ‘연구기관 유치강화프로그램’을 추진하여 세계적인 연구소로 발전을 도모하고, 원천기술 확보를 통해 지역 및 국가의 신성장동력 산업육성 및 발전에 이바지할 전망이다.

  권용성 교수는 “현재는 LBNL연구소의 CXRO(Center for X-Ray Optics) 연구부와 공동연구를 진행하고 있습니다. 앞으로 이번 공동연구에서 큰 성과를 내어 다른 연구부와 공동연구를 추진하기 위한 제2, 제3의 분소를 개소하고자 하며, 분소를 CXRO 뿐만 아니라 다른 연구부와도 분소를 내어 세계적인 다기능성 융합물질의 메카로 성장할 수 있는 연구소로 자리매김할 것으로 생각합니다”라며 자신감을 내비쳤다.




혁신적인 물질 개발 위한 소신 있는 연구 진행

  지난 20여 년간 에너지 분야의 다기능성 융합물질 중 열전소재 및 초전도 소재 합성 분야의 기초연구를 꾸준히 수행해오고 있는 권용성 교수는 그동안 180여 편의 SCI급 논문을 발표하는 등 세계적인 연구 성과를 도출해내며 연구의 우수성을 입증받고 있다. 특히, 열전소재 분야에서 세계 최초로 인듐셀레나이드(In4Se3-x) 단결정을 합성하는 연구를 통해 고에너지의 이온빔을 주사한 콘도계 물질에서 열전도도를 크게 낮춰 열전 성능을 크게 향상시킬 수 있는 사실을 발견해 2009년 Nature 지에 논문을 게재하고 미국에 국제특허를 등록했다. 또한, 고온 초전도체인 LiFeAs의 양질의 단결정을 세계 최초로 성장시켜 Appl. Phys. Lett.에 게재하였으며, 현재 열전물질에서의 열전달제어를 통한 열전성능을 향상시키는 연구를 진행하고 있다.

  권용성 교수는 “지금까지 20년 이상을 기초연구 분야에 매진해오며 학문적 발전의 밑거름을 쌓아왔습니다. 하지만 앞으로 남은 시간은 실용적인 연구를 진행하여 국가차원에서 경제적 가치를 창출할 수 있는 연구를 수행해 나갈 계획입니다. 에너지 문제를 해결해나갈 수 있도록 열전소재 분야의 집중적인 연구로, 원자력이 아닌 폐열을 이용해 전기를 발생시키는 혁신적인 물질을 개발하고자 전력을 다할 생각입니다”라며 연구자로서의 열정을 내비쳤다.

  ‘마부위침’(磨斧爲針). 도끼를 갈아 바늘을 만든다는 뜻으로, 이루기 힘든 일을 끊임없는 노력과 인내로 성공해 낸다는 뜻이다. 연구를 진행하며 한계라는 벽에 부딪히고, 어려운 난관에 직면해도, 인내를 바탕으로 끝까지 성실하게 노력한다면 자신의 목표를 달성할 수 있다고 힘주어 말하는 권용성 교수. 이러한 그의 소신 있는 연구자세가 많은 후학들과 연구자들에게 희망의 씨앗이 되어, 국가 신성장동력 산업 발전에 훌륭한 밑거름이 되기를 희망해 본다.



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