한국전기연구원, 고효율 신축 열전소자 연구결과 국제 학술지 게재 음(-)의 푸아송비를 지닌 가스켓을 이용한 부분 공기층 활용…웨어러블 기기 적용 기대 한국전기연구원(KERI) 전기변환소재연구센터 최혜경·윤민주 박사팀이 자연계에 없는 ‘메타물질’을 활용해 열전발전 소자의 신축성과 효율성을 세계 최고 수준으로 높일 수 있는 기술을 개발했다. 일반적으로 힘을 가해 물질을 가로 방향으로 늘리면 세로 방향이 줄어드는 것이 정상이다. 고무공을 누르면 옆으로 납작하게 퍼지고, 고무줄을 당기면 팽팽하게 늘어나는 것과 같다. 이렇게 힘을 받은 수직방향으로 압축·팽창하는 비율을 ‘푸아송비(Poisson's ratio)’라고 한다. 반대로 메타물질은 자연계 물질과 달리 가로 방향으로 늘려도 세로 방향도 함께 늘어나는 인공적으로 설계된 물질이다. 메타물질은 음(Negative)의 푸아송비를 가진다. KERI는 이러한 메타 구조를 지닌 ‘개스킷(gasket)’을 활용해 열전소자의 신축성을 최대 35%까지 높이는 데 성공했다. 열전소자는 양 끝의 온도 차이를 전기에너지로 바꾸는 원리다. 일상생활에서 낭비되는 열을 전력으로 활용할 수 있어 차세대 친환경 에너지 하베스팅 소자로 불린다.
광학은 빛을 다루는 학문이다. 빛은 대상에 반사돼 눈이라는 기관에 들어온다. 시각 정보를 제공하는 빛이 없으면 인간은 아무것도 볼 수 없다. 오늘날 허블 망원경과 제임스 웹 망원경 등은 우주 관측에 활용되고 있다. 현미경은 역사적으로 전염병 극복에 결정적인 역할을 한 광학장치다. 미세한 물체를 확대해서 보는 기능 뿐만 아니라 반도체 공정에서도 사용되고 있다. 카메라는 인간이 기록을 남기고 보존하는 데 필요한 핵심 기구다. 광학 장치의 발전은 19세기 후반 레이저, 홀로그래피 등 기술이 등장하면서 관련된 빛의 개념이 서서히 정립됐고, 이를 발전시켜 광섬유, 컴퓨터가 등장하는 등 광학 산업이 발전하게 됐다. 제임스 웹 망원경은 디지털 기술과 아날로그 기술의 집합체로서, 인류의 '보는 욕구'가 집적된 광학장치다. 이를 통해 인류는 우주 기원을 찾기 위해 망원경을 우주로 보냈다. 광학 장치의 발전은 과학, 의학, 산업 등 다양한 분야에서 활용되고 있으며, 광학 산업은 계속해서 발전할 전망이다. 광학의 역사 망원경은 대표적인 광학 장치로, 1609년 갈릴레오는 이를 통해 불가침의 진리로 여겨지던 천동설을 무너뜨렸다. 천문학적 발견을 이루어냈다는 그 상징성으로 망원경은
한국기계연구원(이하 기계연)이 이미지의 왜곡 없이 25% 늘어나는 신축성 메타 마이크로 LED 디스플레이 기술을 개발했다. 기계연 나노역학장비연구실 장봉균 선임연구원과 연구진은 잡아당기는 방향에 따라 늘어나면서도 이미지 왜곡이 없는 마이크로 LED 신축성 메타 디스플레이 기술을 개발하고, 관련 연구성과를 ‘Advanced Functional Materials’에 발표했다. 이번 성과는 과학기술정보통신부 글로벌프론티어 사업 파동에너지극한제어연구단의 지원을 받아 2019년도 수행하고 있는 ‘Micro-LED 기반 메타 디스플레이 기술 개발’ 과제를 통해 개발됐다. 기계연 나노역학장비연구실은 2008년부터 마이크로 LED 전사 기술을 연구하고 있다. 연구진은 자연계에 존재하지 않는 역학적인 특성을 갖는 역학 메타물질의 설계와 제조 기술을 활용하여 세계 최초로 신축 디스플레이를 잡아당겨도 이미지의 왜곡이 없는 3인치급 마이크로 LED 메타 디스플레이를 구현했다. 고무와 같이 자연계의 신축성이 있는 물질 대부분은 가로 방향으로 늘렸을 때, 세로 방향으로는 줄어든다. 따라서 신축성 디스플레이를 구현했을 때, 표시된 이미지가 왜곡된다. 이는 신축 디스플레이도 마찬가지였다
헬로티 함수미 기자 | 한국세라믹기술원 김종영·이은실 연구팀과 서울대학교 정인 교수, 포항공과대학교 노준석 교수 연구팀은 전통적인 세라믹 소결공정을 이용한 메타물질의 대량 제조법과 물성을 제어하는 기술을 개발하였다. 세라믹기술원과 서울대는 소재를 개발했고, 포항공대는 관측 결과의 이론적 시뮬레이션을 담당했다. 메타물질은 자연계에 존재하지 않는 특이성질을 보이는 인공물질을 말하며, 이 물질을 활용하면 투명망토나 슈퍼렌즈, 스텔스 기술 등에 적용이 가능하다. 지금까지 메타물질은 이론적으로 계산된 특정 소재를 깎거나 2차원의 나노두께로 쌓아올린 구조로 만드는 등 첨단 나노가공기술이 필요함에 따라 극한의 난이도는 물론, 양산 가능한 크기의 벌크소재로 개발된 바가 없다. 특히, 메타물질은 구조가 물성을 결정하기 때문에 물성에 대한 정밀 제어가 거의 불가능했기에 메타물질 개발의 결정적 장애였다. 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 ‘하이퍼볼릭 메타물질’을 제어하여 메타물질의 대량 제조법과 메타물질의 물성을 제어하는 기술을 개발하였다. 하이퍼볼릭 메타물질은 굴절율이나 유전율과 같은 광학적 성질이 방향에 따라 달라지는 물질로 음굴절과 같은 자연계에 존재하지 않는 광학 현
[첨단 헬로티] 물속에서는 전자파나 레이더가 닿지 않기 때문에 음파를 쏜 다음 반사된 파동으로 물체를 탐지한다. 음파는 물체가 있으면 반사되고 없으면 계속 나아간다. 그런데 누구나 알만한 이 상식을 깨는, 그 자리에 있지만 없는 것처럼 탐지되는 물질이 탄생했다. 국내 연구진이 수중에서 음파를 반사시키지 않고, 들어온 그대로 투과시키는 물질을 개발했다. 마치 물체가 존재하지 않는 것과 같은 효과를 낼 수 있어 수중 스텔스의 핵심기술로 적용될 것으로 전망된다. ▲KRISS, GIST 연구진이 개발한 ‘제로 굴절률 메타물질’ 한국표준과학연구원(이하 KRISS) 안전측정센터 최원재 책임연구원과 광주과학기술원(이하 GIST) 기계공학부 왕세명 교수팀은 제로 굴절률의 메타물질을 구현하고 수중실험에 성공했다. 이 메타물질은 음파를 투과시킬 뿐만 아니라 원하는 방향으로 제어할 수 있어 군사, 기계, 의학 등 다양한 분야에 적용 가능하다. 최근 자연계에 없는 특성을 가진 메타물질에 대한 관심이 뜨겁다. 투명망토는 메타물질을 활용한 가장 대표적인 기술로 꼽힌다. 투명망토는 원래 양(+)의 방향으로 굴절되는 빛을 극단적으로 제어하고, 나아가 음(-) 또는
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