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그래핀·탄소나노튜브 등 국내 핵심소재 기술, 국제표준화 추진산업통상자원부 국가기술표준원(원장 진종욱)에 따르면 4월 22일부터 26일까지 서울 코트야드메리어트 호텔에서 '나노전기전자 분야(IEC/TC 113) 기술위원회'를 온·오프라인으로 동시에 개최했다. 이날 기술위원회에 한국, 미국, 일본, 독일 등 7개국 표준 전문가 50여 명이 참석했다. IEC/TC 113 기술위원회는 한국이 강점을 가진 반도체, 디스플레이, 이차전지에 사용되는 나노소재 기술의 표준을 논의했다. 기술위원회는 한국 전문가가 2022년부터 의장을 맡고 있다. 특히 나노분야는 한국이 주력산업의 핵심소재로서 현재 논의 중인 58종의 표준 중 20여 종을 우리가 주도해 제안하는 등 활발하게 활동하고 있다. 또한 총회에서 한국은 전기차, 이차전지의 효율성을 증가하고 충전 시간을 단축할 수 있는 나노소재에 대한 국제표준안 4종을 신규로 제안했다. 그래핀, 탄소나노튜브는 강도가 높고 출력 특성이 우수하여 전기차 등의 효율성을 향상할 수 있으며, 배터리의 에너지 밀도를 높여 충전 시간을 단축할 수 있다. 이번에 제안한 표준은 나노소재의 전기적 특성 및 전자기파에 대한 차폐 성능을 평가하는 방법을 개발한 것으로 향후 반도체, 전기차, 이차전지의 안정성 및 효율 향상에 기여할 것으로 예상된다. 오광해 표준정책국장은 “이번 총회가 한국에서 개최됨에 따라 독일·미국 등 선도국들과 나노기술 분야의 표준협력을 강화하는 계기를 마련했으며, 나노소재는 향후 글로벌 시장에서 지속적인 수요 증대가 예상되는 산업으로 국제표준 협력을 강화하고 국제표준화 활동에 적극 참여하겠다”고 의지를 전했다.
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그래핀·탄소나노튜브 등 국내 핵심소재 기술, 국제표준화 추진산업통상자원부 국가기술표준원(원장 진종욱)에 따르면 4월 22일부터 26일까지 5일간 서울 코트야드메리어트 호텔에서 나노전기전자 분야(IEC/TC 113) 기술위원회를 온·오프라인으로 동시 개최했다. 기술위원회에 한국, 미국, 일본, 독일 등 7개국 표준 전문가 50여 명이 참석했다. 위원회는 한국이 강점을 가진 반도체, 디스플레이, 이차전지에 사용되는 나노소재 기술의 표준을 논의했다. 2022년부터 한국 전문가가 의장을 맡고 있으며 특히 나노분야는 우리나라 주력산업의 핵심소재로서 현재 논의 중인 58종의 표준 중 20여 종을 우리가 주도해 제안하는 등 활발하게 활동하고 있다. 이번 총회에서 우리나라는 전기차, 이차전지의 효율성을 증가하고 충전 시간을 단축할 수 있는 나노소재에 대한 국제표준안 4종을 신규로 제안했다. 그래핀, 탄소나노튜브는 강도가 높고 출력 특성이 우수하여 전기차 등의 효율성을 향상할 수 있으며 배터리의 에너지 밀도를 높여 충전 시간을 단축할 수 있다. 금번에 제안한 표준은 나노소재의 전기적 특성 및 전자기파에 대한 차폐 성능을 평가하는 방법을 개발한 것으로 향후 반도체, 전기차, 이차전지의 안정성 및 효율 향상에 기여할 것으로 예상된다. 오광해 표준정책국장은 “이번 총회가 한국에서 개최됨에 따라 독일·미국 등 선도국들과 나노기술 분야의 표준협력을 강화하는 계기를 마련했다."며 "나노소재는 향후 글로벌 시장에서 지속적인 수요 증대가 예상되는 산업으로 국제표준 협력을 강화하고 국제표준화 활동에 적극 참여하겠다”고 의지를 전했다.
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2023 나노융합성과전, 나노소재와 혁신산업이 함께 만나다산업통상자원부(장관 방문규)는 11월 30일(목) 차세대융합기술원(광교)에서 열린 「2023 나노융합성과전」에서 현대자동차, LG이노텍 등 주요 나노소재 수요기업이 참여한 가운데, 나노기술과 타산업 간 융합 및 산학연 교류·협력의 확대를 목표로 하는 위 행사를 성공적으로 개최했다. 참고로, 나노소재란 나노기술을 기반으로 제조된 소재다. 그 구조나 특성이 나노미터 크기로 나타나는 소재를 뜻하기 때문에 독특하고 특수한 물성을 가지고 있어 다양한 방면으로 응용되고 있다. 대표적으로 전자공학 및 반도체 산업과 더불어 의료 분야, 에너지 분야 등에서도 혁신적인 솔루션으로 부각되고 있다. 이번 행사에서는 나노기업과 수요기업 간의 협력을 강화하기 위해 「나노소재 산업 활성화 포럼」을 신설했다. 이를 통해 나노소재와 부품에 대한 수요기업의 관심을 높이고, 이들 간의 협력을 촉진하는 데 주력했다. 나아가, 나노산업 유공자에게는 정부표창이 수여되었으며, LG전자의 기조강연과 함께 「수요 관점의 나노기술 기회와 과제」에 대한 토론도 진행되었다. 올해의 나노산업 유공자로는 석경에이티의 임형섭 대표와 케이비엘러먼트의 배경정 대표가 선정되었다. 석경에이티는 기능성 무기 나노소재의 다양한 개발과 바이오헬스 분야 등에서의 성공적인 적용으로 인해 대통령 표창을 수여받았으며, 케이비엘러먼트는 비산화 그래핀 양산을 통한 기여로 국무총리 표창을 수상하였다. 산업부 장관표창은 LG이노텍 김유선 책임, 롯데에너지머터리얼즈 유종호 상무, 대구테크노파크 김효진 센터장, 한국생산기술연구원 홍성우 수석에게 수여되었다. 첨단산업정책관인 이용필은 개회사에서 “나노소재의 활용과 확산은 첨단산업 기술의 핵심이자 순환경제 전환에 기여하는 핵심 요소”라며 “향후 발표할「나노소재 산업 육성전략」을 통해 나노소재 산업의 체계적 육성을 통해 지속가능한 첨단산업 초격차를 달성하겠다”고 밝혔다. 나노기술과 혁신산업의 결합을 추진했던 이번 행사는 나노산업의 미래를 밝히는 데 한발 다가갔다는 평가를 받았다.
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표준연, 세계 최고 수준 감도 지닌 유해가스 센서 개발이산화질소를 세계 최고 감도로 모니터링할 신소재 센서가 개발됐다. 기존 가스센서의 한계를 극복한 이번 기술은 정부 규제 대응을 위한 수준을 뛰어넘어 국내 대기환경 모니터링을 더 정밀한 수준으로 끌어올릴 것으로 전망된다. 한국표준과학연구원(KRISS)이 세계 최고 수준의 감도를 지닌 유해가스 센서를 개발했다고 밝혔다. 대기 중 유해가스인 이산화질소를 상온에서 저전력·초고감도로 정밀 모니터링할 수 있으며 반도체 공정 잔류가스 감지, 수전해 촉매 등에도 활용이 기대된다. 화석연료를 고온에서 연소할 때 발생하는 이산화질소(NO2)는 주로 자동차 배기가스, 공장 매연 등으로 배출되며 대기오염으로 인한 사망률 증가의 원인 중 하나다. 국내에서는 대통령령으로 대기 중 연평균 이산화질소 농도를 30 ppb(10억분의 1) 이하로 규제하고 있다. 이처럼 극히 낮은 농도의 가스를 정확하게 감지하기 위해서는 감도가 매우 우수한 센서가 필요하다. 특히 반도체 등 첨단산업의 발전으로 인체에 치명적인 유해가스 사용도 늘고 있어 실험실이나 공장 등에서는 안전사고 방지를 위해 반도체식 센서가 사용되고 있다. 문제는 이 센서의 반응감도가 사람의 코로 인식할 수 있는 수준의 유해가스도 감지하지 못할 만큼 낮다는 점이다. 여러 가스가 혼재된 환경에서 특정 가스를 정확히 선택해 감지하는 능력도 떨어지고 민감도를 높이려면 고온에서 동작시켜야 해 에너지 소모가 크다. 이번에 개발한 센서는 신소재 기반의 차세대 반도체식 유해가스 센서로 성능과 실용성이 기존 센서보다 대폭 향상됐다. 화학반응감도와 선택적 감지능력이 모두 뛰어나 기존에 보고된 반도체식 센서보다 이산화질소를 60배 이상 높은 감도로 감지할 수 있다. 상온에서 동작 가능해 전력 소모가 적고, 최적의 반도체 제조공정으로 저온에서 대면적 합성이 가능해 제작단가도 낮다. 기술의 핵심은 KRISS가 자체개발한 이황화몰리브덴(MoS2) 나노브랜치(nanobranch) 소재다. 통상 2차원의 평면 구조로 사용되는 MoS2 소재를 나뭇가지 형태의 3차원 구조로 합성해 민감도를 높였다. 대면적으로 균일한 소재 합성이 가능할 뿐 아니라, 추가적인 공정 없이 원료 물질에 포함된 탄소 비율을 조절하는 것만으로 3차원 구조를 만들어낼 수 있다는 것이 특징이다. KRISS 반도체측정장비팀은 개발한 가스센서로 대기 중 이산화질소를 5 ppb 농도까지 감지할 수 있음을 실험을 통해 증명했다. 이를 바탕으로 계산된 센서의 감지 한계는 1.58 ppt(10조분의 1)로 세계 최고 수준이다. 이번 성과를 활용하면 대기 중 이산화질소를 낮은 소비전력으로 정밀 모니터링할 수 있다. 시간과 비용 측면의 경제성이 뛰어나고 우수한 분해능을 갖추고 있어 연평균 이산화질소 농도뿐 아니라 실시간 변화를 감지해 대기환경 개선 연구에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 이번 기술의 또 다른 특징은 소재 합성 단계에서 원료 물질에 포함된 탄소 함량을 조절해 소재의 전기화학적 특성을 변화시킬 수 있다는 점이다. 이를 이용하면 반도체 공정의 잔류가스 등 이산화질소 외의 다른 가스를 감지하는 센서도 개발 가능하다. 소재의 우수한 화학반응성을 응용하면 수소 생산을 위한 수전해 촉매의 성능도 향상시킬 수 있다. 문지훈 KRISS 반도체측정장비팀 선임연구원은 “기존 가스센서의 한계를 극복한 이번 기술은 정부 규제 대응을 위한 수준을 뛰어넘어 국내 대기환경 모니터링을 더 정밀한 수준으로 끌어올릴 것”이라며 “대기 중 이산화질소 모니터링 외에도 다양한 유해가스 센서 및 촉매 개발에 활용할 수 있도록 후속연구를 이어가겠다”고 밝혔다. KRISS 기본사업과 과학기술정보통신부 나노소재기술개발사업으로 수행한 이번 연구의 성과는 재료과학 분야 저명 학술지 ‘스몰스트럭처스(Small Structures, IF: 15.9)’ 8월호에 게재됐다.
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ETRI, 반도체 패키징분야 신소재 기술 최초개발국내 연구진이 최첨단 반도체 개발의 키를 쥐고 있는 패키징(Packaging) 분야의 핵심원천 신소재 기술개발에 성공했다. 한국전자통신연구원(ETRI)은 자체 보유한 나노 소재기술을 이용해 세계최초로 반도체 공정에 꼭 필요한 신소재를 개발해 냈다. 특히 본 기술은 기존 일본이 보유한 기술 대비 95% 전력 절감이 가능한 획기적인 반도체 칩렛 패키징 기술이다. 공정단계도 기존 9단계를 3단계로 대폭 줄였다. 연구진이 개발한 95% 절전 첨단 반도체 칩렛 패키징 기술은 반도체 웨이퍼에 연구원이 개발한 신소재인 비전도성 필름(NCF)을 붙인 후 타일처럼 생긴 칩렛에 면 레이저를 조사(照射)해 경화하는 총 3단계로 이뤄진다. 기존기술로는 칩렛 집적기술이 요구하는 수십 마이크로미터(㎛) 크기의 칩간 연결통로라 할 수 있는 접합부의 세척 불가능, 상온에서 접합의 필요성 등이 적용하기 어렵다는 단점도 있었다. 하지만, 연구진은 독자적으로 개발해낸 나노소재 설계기술과 나노신소재를 활용해 20여년 핵심원천기술 연구 끝에 기술 확보에 성공했다. 연구진이 개발에 성공한 핵심 신소재는 고분자 필름으로 만들었다. 10~20㎛두께의 에폭시 계열 소재에 환원제 등이 첨가된 나노소재이다. 본 소재에 레이저를 쏘면 반도체 후공정(패키징)의 단계에서 세척, 건조, 도포, 경화 등에 이르는 전 단계를 해결한다. 따라서 ETRI가 개발에 성공한 본 나노 신소재는 소재가 갖는 특수성으로 인해 반도체 후공정에 필요한 접합소재 역할과 각 단계에 이르는 소재 특징을 갖고 있는 셈이다. ETRI 연구진은 첨단 칩렛 집적과 마이크로 LED 전사·접합 공정에 적용해 기술의 확장성과 응용성을 확대할 예정이다. 해당 기술은 향후 반도체 디스플레이 업체가 필요로 하는 저전력·친환경 공법에 본 기술이 해답을 제공할 수 있을 것이다. ETRI 이일민 창의원천연구본부장은 “최근 ESG 경영이 반도체 디스플레이 업계의 화두이고 산업계에 친화적인 저전력 신공법을 누가 먼저 개발하느냐가 사활이 걸린 문제로 본 기술은 파급효과가 매우 큰 기술이다”고 말했다. ETRI은 그간 일본 소재와 장비 기술에 대한 의존도가 높았던 첨단 반도체 패키징, 마이크로 LED 디스플레이 분야에서 독자 기술을 개발해냈다는 사실을 강조했다. 더불어 앞으로 기술 격차를 좁혀가며 저전력, 친환경 등 새로운 시장에서의 원천 기술 상용화를 위해 노력하겠다고 밝혔다.
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ETRI, AI로 98% 정확도 피부부착 센서 개발국내 연구진이 피부의 늘어나는 크기와 방향을 동시에 정확히 측정할 수 있는 피부부착형 스트레인 센서를 개발했다. 새로운 센서 구조에 인공지능(AI) 알고리즘을 적용, 정확도와 신뢰성을 획기적으로 높여 향후 재활, 헬스케어, 로봇의 전자피부에 널리 활용될 전망이다. 한국전자통신연구원(ETRI)은 중앙대 연구팀과 함께 360도 전 방향에 걸쳐 늘어나고 줄어드는 신축량과 변형 방향을 98%의 정확도로 감지할 수 있는 스트레인 센서를 개발했다고 밝혔다. 본 성과는 세계적 학술지‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)’에 지난 1월 5일자로 온라인에 게재되었다. 기존 피부부착 스트레인 센서는 고무와 같은 신축성 소재와 그래핀, 탄소나노튜브(CNT) 등 전도성 나노소재를 더해 신축성 전도체 채널을 만든 뒤, 채널이 늘어나고 줄면서 변화하는 전기 저항값으로 변형의 크기를 감지했다. 하지만, 이러한 구조는 미리 정해진 특정 방향으로 가해지는 변형만을 감지할 수 있어 같은 부위라도 상황에 따라 여러 방향으로 늘어나는 피부의 특성을 정확히 측정할 수 없다는 한계가 있었다. ETRI-중앙대 연구진은 세계 최초로 늘어나는 크기와 방향을 동시에 잴 수 있는 스트레인 센서를 제작했다. 또한, 인공신경망 구조를 이용한 AI 알고리즘을 적용해 크기와 방향을 98% 정밀도로 예측하는 데 성공했다. 본 기술은 사람의 피부에 부착, 인체의 움직임을 측정할 수 있을 뿐 아니라 재활, 헬스케어, 로봇 등에 활용이 가능할 것으로 보인다. 본 기술의 핵심은 새로운 방향성 센서 구조다. 연구진은 일자 형태의 신축성 전도체 채널을 늘어나지 않는 두 개의 단단한 영역 사이에 걸쳐 360도로 늘어나는 방향에 따라 주기적인 저항 증감 특성을 나타내는 새로운 구조를 구현해 특허출원을 마쳤다. 또한, 세 개의 센서를 서로 다른 방향으로 인접하게 배치하여 이들 신호의 조합으로 특정 부위의 신축 방향과 변형량을 동시에 뽑아낼 수 있다. 아울러, 다양한 센서 데이터들을 인공신경망 알고리즘을 통해 학습, 분석해 30% 신축 범위에서 신축 방향과 변형량을 98% 정확도로 추출할 수 있었다. 기존에는 다양한 감각을 인지하기 위해 다량의 개별센서가 필요해 신호 해석 시간에 따른 지연 현상을 벗어나기 어려웠다. 본 연구에서는 단일 교차반응 센서에서 얻어진 복합신호에 인지학습을 통한 AI 알고리즘을 적용, 다양한 감각 특성을 동시에 추출하는 방식을 보였다. 본 센서에 사용된 소재들은 인체에 무해한 소재로 피부부착 및 인체 각 부위의 동작 감지에 널리 사용될 수 있다. 또한, 인쇄공정을 통해 제작이 간편하다. 제작 단가가 낮고 제작 시간도 짧으며 일반적으로 많이 쓰이는 저가의 소재를 사용하므로 일회용 센서로도 활용 가능하다. ETRI 플렉시블전자소자연구실 김성현 책임연구원은“연구진이 개발한 고정확 스트레인 센서는 간단한 구조로도 피부의 복잡한 변형 양상을 정확히 측정할 수 있어 재활치료 및 헬스케어, 로봇, 의족/의수, 웨어러블 기기 등 전자피부가 필요한 분야에 폭넓게 활용이 가능할 것이다”고 말했다. 중앙대 박성규 교수도 “개발된 기술은 인공지능 알고리즘을 이용하여 단순한 센서 모듈로도 다양한 특성을 동시에 인식하고 기존 방식의 시공간적인 제약을 탈피할 수 있는 획기적인 시도로 인공지능 기반 시스템에 두루 응용될 수 있다”고 밝혔다. 연구진은 3년 내 상용화를 목표로 향후 본 기술을 다양한 동작 하에서 근육 및 관절의 움직임 측정에 적용해 근골격 질환의 진단 및 상시 재활치료에 적용할 계획이라고 전했다. 본 연구는 과학기술정보통신부“스킨트로닉스를 위한 감각 입출력 패널 핵심 기술 개발” 과제와 “상시 근골격 모니터링 및 재활을 위한 무자각 온스킨 센서 디바이스 기술”과제로 수행되었다. 본 연구는 ETRI와 중앙대가 연구 책임을 맡아 성균관대학교 및 미국의 코네티컷 주립대와 공동으로 진행했다. 논문의 제 1저자는 ETRI 플렉시블전자소자연구실 김성현 박사와 중앙대 반도체디스플레이연구실 이준호 박사과정생이다.