대한민국 나노 과학 기술 연구를 주도한다
대한민국 나노 과학 기술 연구를 주도한다
  • 박성래 기자
  • 승인 2013.01.28 13:25
  • 댓글 0
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2013년, 새로운 그래핀 연구로 과학 기술 발전에 기여할 것
[이슈메이커=박성래 기자]

2013년 한국의 인물

 

연세대학교 NEMD연구실 전성찬 교수

 

나노기술은 100만 분의 1을 뜻하는 마이크로를 넘어서는 미세한 기술로서 1981년 스위스 IBM연구소에서 원자와 원자의 결합상태를 볼 수 있는 주사형 터널링 현미경(STM)을 개발하면서부터 본격적으로 등장하였다. 우리나라에서는 2002년 나노기술개발촉진법을 제정하여 국가적으로 나노기술의 육성 및 발전을 꾀하고 있는데 연세대학교 NEMD(Nano ElectroMechanical Device: 나노전자기계 디바이스)연구실은 비약적으로 향상될 것으로 전망되는 국내 나노 기술 연구 분야를 주도하며 새로운 2013년 국내 과학 기술 발전에 큰 축을 담당할 것으로 기대를 모으고 있다.

 

연세대학교 NEMD(Nano ElectroMechanical Device) 연구실

연세대학교 기계공학과에 속해있는 NEMD 연구실은 Nano ElectroMechanical Device의 약자이다. Nano ElectroMechanical Device(나노 전자기계 디바이스)는 나노스케일에서 전기 및 기계적 신호를 활용하여 작동되는 디바이스를 의미하는데, 이러한 의미와 동일하게 NEMD 연구실에서는 나노 디바이스의 설계 및 제작, 성능 측정과 분석을 진행하여 활용 분야의 확대를 목표로 연구를 진행하고 있다. 연세대학교 나노그린에너지 중점 연구소(한국연구재단 지원)에 속해 있는 NEMD 연구실은 나노융합 그린에너지 원천 기술의 개발을 목표로 하고 있기도 하다. NEMD연구실을 이끌고 있는 전성찬 교수는 “저희 연구실이 맡은 분야는 에너지 변환 소자로부터 저장 소자까지 효율적인 에너지 전송 기술을 개발하기 위한 탄소 소재의 고효율 인터커넥터(전송선) 연구입니다”라며 본 연구를 통해서 나노 스케일의 탄소 구조체 생성법을 개발 및 응용하고 전송선으로써의 가능성을 입증하였다고 밝혔다.

 

Best R&D Group

연세대학교 NEMD 연구실에서 주로 진행하고 있는 연구 분야는 다음과 같다. 첫 번째로 향후 기존의 통신 소자를 대체할 것으로 기대되는 NEMS(Nano Electromechanical System) 기반의 Nano-resonator(나노공진기)의 상용화 연구이다. NEMS 중 하나인 나노공진기는 무선 통신 분야에서 기기의 소형화와 그에 요구되는 동작전력을 최소화시킬 수 있는 기술로서 기대를 받고 있다. 나노공진기 분야는 무선 통신 분야에서 기기의 소형화가 요구되는 동작전력을 최소화시킬 수 있는 기술로 매우 높은 기계적 반응도를 유지하는 동시에 극도로 높은 주파수 동작이 가능하기 때문에 센서·필터·발진기·위상변환기(phase shifter)로 큰 주목을 받고 있다. 전성찬 교수는 “이전의 세계 각국의 연구에서는 주로 고진공, 저온 조건에서 공진기의 특성을 측정하여 상용화에 어려움을 가지고 있었으나 NEMD 연구실에서는 나노공진기 제작 기술과 상용화를 위한 상온, 상압에서의 구동기술을 가지고 있다”며 이러한 노하우를 바탕으로 우수한 기계적·전기적 특성을 가지고 있는 그래핀 복합 나노 공진기에 대한 연구를 추진하고 있다고 밝혔다. 다음으로는 2010년 노벨물리학상(콘스탄틴 노보셀로프, 39)으로 주목 받고 있는 2차원 탄소 구조체인 그래핀(graphene)의 전자 디바이스 적용에 관한 연구이다. 그래핀은 현재 반도체 산업에서 전송선으로 활용되고 있는 금속 소재인 구리를 대체할 것으로 기대되고 있는데 이것은 그래핀이 현재 금속 중 가장 낮은 저항도를 가지고 있다는 은(silver) 보다도 낮은 저항도를 가지고 있다는 전기적 특성 때문이다. NEMD 연구실은 이러한 그래핀의 우수한 특성을 활용하여 고주파 전기 신호에서 작동되는 RF 디바이스의 전송선 적용에 대한 연구를 진행하고 있다. 마지막으로는 나노 디바이스의 바이오센서 적용 연구를 진행하고 있는데 전성찬 교수는 이를 통해 기존 센서의 성능을 극대화 시키고 소형화를 가능하게 할 것이라고 말했다. 바이오센서는 임상 및 식품 진단 등에서 고속감지와 최소의 크기 그리고 최소의 피분석물의 양 덕분에 최근 많은 관심을 받고 있고 환경보존 등 상당한 부분에 영향을 미칠 것으로 예상되고 있다. 전상찬 교수는 “저희 연구실에서는 포도당을 이용한 바이오센서의 활발한 연구가 진행 중에 있습니다”라며 이러한 바이오센서는 미세전자제어기술 등으로 불리는 것으로, 반도체 공정기술을 기반으로 하는 나노 테크놀로지라는 초소형, 초고밀도 집적회로의 기술을 접목하여 기존에 알려져 있는 기술에 보다 효과적인 센서의 구조를 구현할 수 있을 것이라고 설명했다. NEMD 연구실은 현재 센서의 최적의 상태를 구현하려는 시도가 이미 상당한 성과를 이루어낸 바가 있으며, 이에 한걸음 더 나아가 포도당을 이용한 바이오센서에 최적화에 대한 연구를 중점적으로 추진하고 있다.

 

2013년, 그래핀(graphene) 연구를 주도한다

NEMD 연구실의 2012년 하반기 중점 연구분야는 ‘그래핀(graphene)’이었다. 이는 곧 새로운 2013년 NEMD연구실에 대한 기대이기도 하다. 전성찬 교수는 “저희 연구실에서는 생산성이 매우 뛰어난 산화그래핀(graphene oxide, GO)이 열처리를 통하여 환원 되었을 경우 광학적인 빛의 흡수가 그래핀과 똑같이 나온다는 사실을 처음 발견하여, 산화그래핀이 환원되었을 때 가질 수 있는 물리적인 성질 그래핀과 동일하다는 것을 매우 명확하게 규명하였습니다”라고 밝혔다. 또한 자외선, 적외선, 테라헤르츠 등 다양한 빛의 영역에서 산화그래핀이라는 재료가 보이는 물리적인 특성을 규명·분석함으로서 산화그래핀이 가지는 기본적인 광학적인 성질을 발견하였다고 전했다. 뿐만 아니라 NEMD연구실에서는 산화그래핀의 발광성질을 플라즈마 처리나 금속 촉매의 부착, 그리고 다양한 기판 효과 등을 가지고 조절할 는 연구를 진행하였다. 이는 발광성질은 재료가 나타나는 특정한 색깔을 연구하는 것으로서 태양전지, LED등에 직접적으로 연관이 되어있는 연구이다. 전 교수는 “이러한 연구들을 통하여 산화 그래핀의 발광 영역, 즉 색깔이 조절 가능하다는 점을 확인할 수 있었는데, 이 연구 결과는 미래 탄소 기반 OLED, 태양전지에 직접적으로 쓰일 수 있는 매우 의미 있는 기술의 진보입니다”라고 밝혔다. 새로운 2013년, 우리나라 과학 기술을 이끌어갈 젊은 과학자 전성찬 교수와 그가 이끄는 NEMD연구실이 국내는 물론 세계적인 연구실로 거듭나길 기대해 본다.


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