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2024-11-22 (금)

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애플, '사상 최고 얇고 가벼운' 아이폰과 맥북·애플워치 계획

애플이 지난 5월 출시한 신형 아이패드 프로는 아이패드 나노보다 얇은 '사상 최고로 얇은 애플 제품'이라고 칭송받고 있다. 애플 전문기자인 블룸버그의 마크 거먼에 따르면, 애플의 이 같은 얇은 하드웨어 추구는 앞으로 아이폰을 포함한 다른 제품에도 확산될 전망이다. 다만 시장 출시는 내년 이후가 될 것이라고 한다. 거먼이 최신 뉴스레터 파워온에서 밝힌 바에 따르면, 신형 아이패드 프로는 새로운 장을 열었다고 한다. 보다 얇은 아이폰과 다른 기기의 선례라는 것이다. 최근 몇 년간 애플은 가능한 한 얇고 가볍게 한다는 방향성에서 벗어난 것처럼 보였지만, 이번 아이패드 프로를 기점으로 되돌아 왔다고 밝혔다. 거먼은 초기 아이폰 소문에 힘을 더해 아이폰17 시리즈가 출시되면서 슬림형 아이폰이 이르면 2025년에 출시될 수 있다고 전했다. 조만간 맥북 프로, 애플워치도 최고로 얇은 제품으로 탄생할 것이라는 예고다. 다만 맥북 프로와 애플워치 초박형 상품의 출시에 대한 구체적인 시기는 알려지지 않았다. 다만, 빠르면 내년 출시될 얇은 아이폰은 현재의 아이폰 프로 맥스보다 더 비쌀 것으로 예상되며, 화면 크기는 프로 맥스와 표준 아이폰의 사이가 될 것이라는 예측이다. 거먼은 올해 발표된 아이패드 프로가 애플위 '원점 회귀'라고 말했다. 아이패드 프로는 배터리 수명을 줄이지 않고 더 얇은 디자인을 구현했다. 그리고, 이 방향성은 애플의 향후의 신제품군의 표준이 될 것으로 보인다. 거먼은 특히, 얇은 아이패드 프로로 대 성공을 거둔 애플은 이제 "전체 기기를 초박형으로 재구상하는 동시에 중요한 신기능을 추가하는 방법을 발견했다"고 지적했다. 애플워치 울트라나 맥북 프로 등은 최근까지 점점 두꺼워지는 경향이 있었는데, 그 주된 이유는 배터리의 대형화였다. 배터리 부분이 기술적으로 해결될 가능성이 높아지면서 두께 문제가 해결될 수 있게 됐다는 추정이다. 애플의 최신 초박형 아이패드 프로가 종래의 아이패드나 태블릿과 같은 10시간의 배터리 수명을 실현한 것은, 애플이 배터리 수명을 최우선으로 고려하고 개발한 노력의 결과를 보여주고 있다. 동시에 더 많은 전력을 소비하는 새로운 기능까지 추가된 것을 생각하면, 배터리 성능 향상은 결코 작은 진보가 아니라는 평가다.
- IT/바이오
2024-06-18
[우주의 속삭임(15)] 화성, 적도 근처 화산서 '물서리' 발견

화성의 적도 지역에서 처음으로 물서리(수분을 많이 포함하는 액체상의 서리)가 발견됐다고 스페이스닷컴이 전했다. 그동안 화성의 적도 지역에서는 서리가 존재할 수 없는 것으로 알려져 왔다. 물서리 발견은 화성에서 물이 어디에 존재하는지, 그리고 대기와 지표면 사이에서 물이 어떻게 순환되는지 파악하는 데 도움이 될 것으로 기대된다. 특히 이는 머지 않아 시작될 화성 유인 탐사에 요긴한 정보가 될 것이라는 지적이다. 물서리는 지난 2016년 화성에 도착한 엑소마스 TGO(ExoMars Trace Gas Orbiter)와 지난 2003년부터 화성 궤도에서 화성을 탐사해 온 마스 익스프레스(Mars Express)등 두 대의 유럽우주국(ESA) 우주선을 통해 브라운대학교 연구원 아도마스 발란티나스를 비롯한 연구진이 발견했다. 발견 당시 발란티나스는 스위스 베른 대학의 박사과정 연구원이었다. 발란티나스는 "화성 적도 지역은 산 정상에서도 높은 온도를 유지하기 때문에 서리가 형성되는 것이 불가능하다고 여겨 왔다. 여기에서 서리의 존재를 확인한 것은 의미가 크다. 이 지역에 서리가 형성되는 예외적인 과정이 작용했을 수 있음을 암시하기 때문"이라고 말했다. 믈서리가 발견된 곳은 화성에서 가장 큰 화산 지대인 타르시스 지역으로, 여기에는 12개의 대형 화산이 있다. 그 중 올림푸스 몬스는 화성에서는 물론 태양계 위성에서도 가장 높은 봉우리다. 높이는 무려 29.9km로 지구에서 가장 높은 에베레스트 산의 약 2.5배에 달한다. 물서리는 일출 무렵 몇 시간 동안만 나타난 후, 햇빛이 비추면 증발한다. 서리는 또한 대단히 얇은 층을 형성, 인간의 머리카락 두께인 약 0.01mm에 불과했다. 서리 층은 얇지만 여러 화산의 광대한 지역을 덮고 있기 때문에, 수분 총량은 약 60개의 올림픽 규모 수영장을 채울 정도인 2940만 갤런(1억 1100만 리터)에 달한다. 이 물은 화성의 표면과 대기 사이를 매일 순환한다. 타르시스 지역은 올림푸스 몬스와 함께, 아스크라에우스, 아르시아 몬스, 파보니스로 알려진 타르시스 몬테스 화산이 있다. 타르시스 몬테스는 에베레스트 산과 높이가 비슷하다. 물서리는 올림푸스, 아르시아 아스크라에우스 몬스, 케라우니우스 톨루스에서 발견되었다. 각각의 화산 봉우리에는 분화 중에 마그마 활동으로 생성된 칼데라라고 불리는 깊은 웅덩이가 있다. 소위 용암으로 굳어진 거대한 분화구다. 연구진은 타르시스 지역 위에서 순환하는 공기가 화산이 위치한 전역의 기후와 칼데라에 미세기후를 형성하고 있다고 추정했다. 서리 막이 만들어지는 것은 바로 이 미세기후 때문이라는 지적이다. 바람이 산의 경사면을 따라 이동하면서 표면의 습한 공기를 높은 고도로 끌어올리면 밤에 이 공기가 응축되고 서리를 형성한다는 것이다. TGO의 화성 표면 이미징 시스템(CaSSIS)의 연구원이자 베른 대학교의 학자인 니콜라스 토마스는 연구팀이 화성 화산 꼭대기에서 본 물서리는 칼데라의 그늘진 지역, 특히 기온이 낮은 지역에서 형성되는 것으로 보인다고 설명했다. 토마스는 이번 연구는 산 경사면에서 밀어 올리는 습한 공기가 서리로 응축될 수 있다는 것을 밝혀냈다는 점에서 큰 발견이며, 이는 지구와도 유사한 현상이라고 말했다. 이 연구 결과는 '네이처 지구과학(Nature Geoscience)' 저널에 게재됐다.
- IT/바이오
2024-06-12
스위스 과학자, 카카오 과육 활용해 지속가능한 초콜릿 생산

스위스 과학자들이 벌레로 인해 고사 위기에 처한 카카오 나무 열매를 최대한 활용할 수 있는 기술을 개발했다고 예루살렘포스트가 26일(현지시간) 보도했다. 전 세계 초콜릿의 50%는 서아프리카 코트디부아르와 가나에 있는 카카오나무에서 생산된다. 하지만 이 지역 카카오나무는 '카카오 새싹 팽창 바이러스 감염병'이 빠르게 확산되면서 코코아 공급과 가격 급등에도 큰 영향을 미치고 있다. 코코아 콩(cocoa bean)은 건조된, 그리고 부분적으로 발효된 카카오나무 열매의 씨앗으로 초콜릿의 원료가 된다. 카카오의 꼬투리는 3cm 두께의 거칠고 가죽과 같은 외피를 가지고 있다. 이 꼬투리는 단 맛을 내는 점액질의 펄프로 가득차 있으며, 그 안에 30~50개의 아몬드처럼 생긴 큰 씨앗들이 담겨 있다. 세계적으로 인기 있는 간식인 초콜릿의 주성분은 카카오 열매에서 추출한 코코아 매스(카카오를 발효해서 만드는 초콜릿의 원료)와 코코아 버터다. 스위스 연방공립대학 ETH 취리히의 연구원들은 초콜릿 업계와 협력해 코코아 열매를 최대한 활용함으로써 코코아 재배의 수익성을 높이는 동시에 초콜릿을 더 건강한 기호식품으로 만들 수 있는 가능성을 조사하고 있다. 에리히 빈드하브 교수와 그의 연구팀은 지속 가능한 코코아 열매 재배에 전념하는 스트트업인 코아(Koa), 스위스 초콜릿 제조업체 펠클린(Felchlin)과 협력해 카카오 과육을 활용한 새로운 코코아 열매 초콜릿 레시피를 개발했다. 전 세계가 순환적이고 지속가능한 경제를 중심으로 재편성되면서 식품 분야에도 혁신적인 기술이 요구되고 있다. 식품 활용도를 극대화하여 관련 환경 부담을 줄이는 쪽으로 향하고 있는 것. 이는 코코아 재품과 같이 환경에 미치는 영향이 큰 식품의 경우 특히 중요하다. 이번 논문은 저명한 학술지 '네이처 푸드(Nature Food)'에 게재됐다. 「코코아 꼬투리 측면 스트림의 가치화로 초콜릿의 영양 및 지속 가능성 측면 개선」이라는 이번 논문의 주저자인 킴 미쉬라는 코코아 열매가 허니듀 멜론과 비슷하다고 말했다. 연구팀은 "카카오 열매와 허니듀는 구조가 비슷하다. 둘다 딱딱한 껍질을 가지고 있어 자르면 과육이 드러나고 안쪽에는 코코아 콩이나 멜론 씨앗과 같은 과육이 들어 있다"고 설명했다. 기존 초콜릿은 카카오 꼬투리 안에 들어 있는 코코아 콩만 사용하지만 연구팀은 '코코아 과일 초콜릿 레시피'에 과육과 과육의 속껍질을 사용했다. 연구팀은 이를 분말로 가공하고, 과육의 일부와 섞어 코코아 젤을 만들었다. 이 젤 물질은 매우 달콤하며 일반적으로 초콜릿에 첨가되는 가루 설탕을 대체할 수 있다. 연구팀은 완벽한 레시피를 찾기 위해 실험실에서 다양한 구성의 질감을 체계적으로 테스트한 끝에 이같은 결과물을 내놓았다. 과육에서 추출한 과즙을 너무 많이 넣으면 초콜릿이 덩어리가 졌고., 너무 적게 넣으면 단맛이 부족했다. 연구팀은 단맛과 식감 사이의 완벽한 균형을 찾기 위해 노력했다. 가루 설탕을 사용할 때는 덩어리 문제가 발생하지 않았다. 실험 결과 초콜릿에는 과육 젤이 최대 20% 함유될 수 있으며, 이는 5~10%의 가루 분말 설탕(이하 가루 설탕)이 함유된 초콜릿의 맛과 같았다. 일반 다크 초콜릿에는 가루 설탕이 30~40% 정도 함유돼 있다. 새로운 레시피를 테스트하기 위해 스위스의 베른 응용과학대학의 패널들은 각 5g 무게의 초콜릿 조각을 다양한 양의 가루 설탕이 함유된 초콜릿과 코코아 젤로 단맛을 낸 새로운 제품으로 나누어 데트스를 진행했다. 미쉬라 연구원은 "이를 통해 동일한 양의 가루 설탕으로 표현되는 우리 레시피의 단맛을 경험작으로 확인할 수 있었다"고 말했다. 새로 개발된 레시피는 코코아 젤을 감미료로 사용함으로써 코코아 과일 초콜릿은 일반 유럽산 다크 초콜릿보다 섬유질 함량(100g당 15g대 12g)이 더 높다. 유럽산 일반 다크 초콜릿에는 섬유질이 100g당 12g이 들어있지만 새로운 레시피에는 15g이 함유됐다. 또한 포화지방 함량도 일반 초콜릿의 33g에 비해 23g에 불과하다. ETH 연구팀은 포화 지방산을 약 30% 줄이면서 섬유질 함량을 약 20% 늘릴 수 있었다. 미쉬라 연구원은 "섬유질은 장 활동을 자연스럽게 조절하고 초콜릿 섭취시 혈당 수치가 너무 급격히 상승하는 것을 방지하기 때문에 생리학적 측면에서 가치가 있다. 포화 지방도 너무 많이 섭취하면 건강에 위험을 초래할 수 있다. 포화 지방의 섭취 증가와 심혈관 질환의 위험 증가 사이에는 관계가 있다고 말했다. 그는 "농부들이 코코아 콩을 판매할 수 있을 뿐만 아니라 과육과 과피에서 나오는 주스를 말려서 분말로 갈아서 판매할 수도 있다는 것을 의미한다"면서 "이렇게 하면 코코아 재배 농가의 수입을 더 많이 창출할 수 있으며, 코코아 열매의 가치 창출이 많아지면 지속 가능한 코코아 생산이 가능해진다"고 덧붙였다. 그렇다고 해서 코코아 열매 초콜릿이 곧 식료품점에 출시되는 의미는 아니다. 미쉬라는 "우리 초콜릿이 매력적이고 일반 초콜릿과 비슷한 감각적 경험을 제공한다는 것을 보여주었지만, 건조 시설이 필요한 코코아 농부부터 시작해 전체 가치 창출 사슬을 조정해야 할 것"이라고 말했다. ETH는 코코아 과육 초콜릿 레시피에 대한 특허를 출원했다. 코코아 과일 초콜릿의 개발은 기술, 영양, 친환경성, 소규모 농가를 위한 소득 다각화가 어떻게 코코아 공장의 전체 가치 창출 사슬을 개선할 수 있는지를 보여주는 유망한 사례다.
- 생활경제
2024-05-27
SKC, 미국정부서 반도체보조금 1천억원 받는다… 소부장 기업 최초

SKC의 반도체 유리 기판 계열사 앱솔릭스가 미국 정부로부터 반도체법(Chips Act)에 따른 7500만달러(약 1023억원) 상당의 보조금을 받게 됐다. 반도체 칩 제조사를 제외한 소부장(소재·부품·장비) 기업 중에서 반도체법에 따른 보조금을 받는 것은 SKC가 처음이다. 미국 상무부는 23일(현지시간) 앱솔릭스가 최근 준공한 조지아주 코빙턴의 고성능 반도체 패키징용 유리 기판 양산 공장에 이 같은 규모의 보조금 지급 계획을 발표했다. 상무부는 앱솔릭스에 지급될 보조금이 고성능 반도체 패키징 기술 개발에 쓰일 뿐 아니라 건설과 제조업, 연구개발(R&D) 등 분야에서 1200개의 신규 일자리를 창출할 것으로 전망된다고 밝혔다. 보조금 대상인 앱솔릭스 코빙턴 유리 기판 1공장은 세계 최초의 유리 기판 양산 공장으로, 연산 1만2000㎡ 규모다. 반도체 유리 기판은 반도체 제조의 미세 공정 기술 진보가 한계에 봉착한 상황에서 인공지능(AI) 등 대용량 데이터를 고속으로 처리하기 위한 '게임 체인저'로 꼽히고 있다. 유리 기판은 표면이 매끄럽고 큰 면적의 사각형 패널로 만들 수 있어 초미세 선폭 반도체 패키징 구현에 적합하다. 중간 기판이 필요 없어 기판 두께를 줄이기 쉽고 패키징 영역의 다른 소재에 비해 전력 소비도 적다. 2022년 11월 코빙턴 공장을 착공한 앱솔릭스는 최근 1공장을 완공, 현재 시운전 중이며 2분기 중 자체 샘플 테스트를 완료하고 올해 하반기부터는 본격적인 고객사 인증을 진행할 계획이다. 앱솔릭스는 지난해 1월 공장 건설을 위한 시설자금 약 1659억원을 조달하기 위해 제3자 배정 유상증자를 결정했고 SKC와 세계 1위 반도체 장비업체인 미국 어플라이드 머티리얼즈(AMAT)가 참여하기로 했다고 공시했다. 이 회사는 7만2000㎡ 규모 이상의 2공장 건설도 추진할 예정이다. SKC 관계자는 이번 보조금 지급 결정에 대해 "세계 최초로 반도체 유리 기판 상업화를 눈 앞에 둔 앱솔릭스의 기술력, 반도체 패키징 산업에서 유리 기판의 중요성 등을 인정받은 결과"라고 말했다.
- IT/바이오
2024-05-24
애플, 'AI용 최신 M4 탑재' 신형 아이패드 출시

애플은 7일(현지시간) 자사가 개발한 인공지능(AI)용 최신 칩인 M4를 공개하고 M4를 탑재한 신형 아이패드 프로를 출시했다. 애플이 자사가 개발한 최신 칩 'M4'를 내놓으며 지지부진했던 인공지능(AI) 경쟁과 아이패드 판매에서 반전을 모색하고 나선 것이다. 로이터통신 등 외신들에 따르면 애플은 이날 오전 온라인으로 '렛 루즈(Let Lose)' 이벤트를 열고 최신 태블릿 PC인 신형 아이패드 프로와 에어를 출시했다. 애플이 새로운 아이패드를 내놓는 것은 2022년 10월 이후 18개월여만이다. 아이패드 프로는 아이패드 시리즈 가운데 최고급형이고 에어는 고급형이다. 아이패드 프로는 11인치와 13인치 모델의 두 가지 크기로 출시됐다. 11인치는 5.3㎜, 13인치는 5.1mm 두께로 역대 가장 얇은 제품이라고 설명했다. 11인치 무게는 450g도 되지 않고, 13인치는 이전보다 100g 이상 가벼워졌다. 디스플레이는 유기발광다이오드(OLED)를 이용한 '울트라 레티나 XDR'(Ultra Retina XDR)이 적용됐다. 기존에는 LCD가 사용됐으며 OLED는 아이폰에만 탑재돼 왔다. '울트라 레티나 XDR'는 두 개의 OLED 패널을 조합해 화면을 최대한 더 밝게 해주는 '탠덤 OLED'라는 기술이 적용됐다. 애플은 "세상에서 가장 앞선 디스플레이로 한층 탁월한 시각적 경험을 선사한다"고 설명했다. 특히 아이패드 프로에는 'M4'라는 애플의 최신 칩이 탑재됐다. 이는 기존 프로에 적용돼던 M2는 물론, 애플의 최신 노트북에 사용되는 M3 칩보다 앞선 칩이다. 2세대 3나노미터 공정으로 제작된 시스템온칩(SoC)인 M4를 통해 전력 효율성과 함께 얇은 디자인, 새로운 디스플레이 엔진 장착이 가능하다고 애플은 설명했다. 또 'M4' 칩이 "강력한 인공지능을 위한 칩"이라고 밝혔다. M4에는 AI의 기계 학습을 가속하기 위한 애플의 가장 빠른 뉴럴 엔진(neural engine)이 탑재됐다. 이 뉴럴 엔진은 초당 38조 회에 달하는 연산 처리 능력을 갖추고 있고, 애플의 A11 바이오닉 칩에 처음 탑재됐던 뉴럴 엔진 대비 속도는 60배 더 빠르다. 애플의 플랫폼 아키텍처 담당 부사장인 팀 밀레는 "뉴럴 엔진은 M4를 AI를 위한 강력한 칩으로 만든다"며 "뉴럴 엔진과 M4는 오늘날 어떤 AI PC의 신경망처리장치(NPU)보다 더 강력하다"고 설명했다. 가격은 11인치는 899달러, 13인치는 1199달러부터 시작한다. 애플은 이와 함께 새로운 아이패드 에어도 공개했다. 아이패드 에어는 11인치와 13인치로 출시되며, 모두 애플의 M2 칩을 장착했다. M2 칩은 M1 칩을 향상시킨 칩으로, M1을 장착한 아이패드 에어 대비 약 50%의 속도가 향상됐다. 또 중앙처리장치(CPU)의 기계학습(ML) 가속기와 강력한 그래픽처리장치(GPU) 등을 결합해 획기적인 AI 성능을 제공한다고 애플은 설명했다. 아이패드 에어는 또 화상 회의에 더 적합하도록 아이패드 프로와 같이 가로형 전면 카메라가 탑재됐다. 11인치는 599달러, 13인치는 799달러부터 시작한다. 팀 쿡 애플 최고경영자(CEO)는 이날 온라인 행사에 나와 "역대 가장 강력한 아이패드 라인업이 나왔다"고 말했다. 애플은 이와 함께 아이패드 프로 신작을 위해 새롭게 제작된 매직 키보드와 영화 제작 등에 쓰이는 아이패드용 편집 시스템 파이널 컷 프로2, 이용자의 센서를 더 잘 감지하는 애플 펜슬 프로도 선보였다. 아이패드 프로와 에어는 이날부터 미국 등 29개 국가에서 주문할 수 있고 오는 15일부터 매장에 전시된다. 우리나라 출시 일정은 아직 알려지지 않았다.
- IT/바이오
2024-05-08
[우주의 속삭임(3)] 화성 잉카시티에서 거미 수백 마리 위성 사진에 포착?

화성에서 거미 이미지가 위성 사진에 포착됐다. 그러나 거미 공포증이 있는 사람들이 이를 두려워할 필요는 없다. 유럽우주국(ESA)이 포착한 이 거미 이미지는 실제로는 화성에서 이산화탄소 가스의 분출을 보여주는 이미지라고 과학 전문 매체 라이브사이언스가 전했다. 거미 이미지는 화성의 남극 지역에 있는 잉카시티(Inca City)로 알려진 지층에서 발견되었다. ESA의 마스 익스프레스(Mars Express) 궤도선과 엑소마스 가스 추적(ExoMars Trace Gas) 궤도선이 찍은 이 사진은 매우 작은 다리를 가진 새끼 거미들이 옹기종기 모여 있는, 다수의 점들의 어두운 무리를 보여주고 있다. 이 지층은 실제로는 폭이 50m~1km 정도인 가스 채널이다. 지층은 화성이 봄을 맞이하는 동안 남반구에서 날씨가 따뜻해지면, 이산화탄소가 다량 포함된 얼음층이 녹을 때 발생한다. 따뜻한 기온으로 인해 가장 낮은 층에 있는 얼음이 가스로 변해 승화하는 것이다. 가스가 팽창하고 상승하면서 얼음층에서 폭발하고, 단단한 표면의 어두운 먼지를 운반한다. 이 먼지는 얼음에서 간헐적으로 분출되어 최상층으로 쏟아져 지표면에 내려앉으면서, 작은 다리가 달린 거미 모양의 패턴을 만든다. ESA에 따르면, 어떤 곳에서는 폭발은 1m 두께의 얼음을 뚫고 솟아오른다. 잉카시티는 앵거스투스 미로(Angustus Labyrinthus)로도 알려져 있다. 잉카시티는 한때 석화된 사구 또는 고대 화성 빙하의 잔재로 여겨졌던 선형의 폐허 같은 능선 때문에 붙여진 이름이다. 이 능선이 높은 퇴적물 벽을 남겼을 것으로 추정된다. 그러나 2002년 화성 궤도선은 잉카시티가 대략 86km 폭의 원형 지형의 일부임을 밝혀 냈다. 이 지형은 오래된 충돌 분화구일 수도 있는데, 이는 기하학적 능선이 퇴각한 우주 암석에 부딪힌 후 금이 가고 가열된 화성의 지각을 통해 솟아오른 마그마 침입일 수도 있음을 시사한다. 이 분화구는 퇴적물로 채워졌을 것이며, 퇴적물은 이후 침식되어 고대 유적을 연상시키는 마그마 층을 부분적으로 드러냈다.
- IT/바이오
2024-04-29
[신소재 신기술(38)] 한국 과학자팀, 상온 상압에서 다이아몬드 최초 합성

한국 기초과학연구원 연구원들이 새로운 액체 금속 합금 시스템을 사용해 상온 상압에서 다이아몬드 합성에 성공했다. 기초과학연구원(IBS)은 다차원탄소재료연구단 로드니 루오프 연구단장 팀이 갈륨, 철, 니켈, 실리콘으로 구성된 액체 금속 합금을 이용해 1기압과 1025°C의 상온 상압 조건에서 다이아몬드를 합성하는 데 세계 최초로 성공했다고 25일 밝혔다. 이 연구는 기존의 다이아몬드 합성 방법을 획기적으로 발전시킬 수 있는 성과라고 사이언스얼럿과 과학기술 웹사이트 Phsy 등에서도 비중있게 다뤘다. 기존의 다이아몬드 합성은 고온 고압(HPHT) 방법을 사용하며, 고온고압 조건을 유지하기 위한 압력 셀 제한 크기 때문에 다이아몬드 크기도 작아서 약 1㎠로 제한된다. 일반적으로 다이아몬드는 액체 금속 촉매를 사용해 '기가파스칼 압력 범위'(일반적으로 5~6GPa, 1GPa는 약 1만 기압)와 1300~1600°C의 고온에서만 다이아몬드를 생산할 수 있다. 천연 다이아몬드는 지하 깊은 곳의 극식한 압력과 온도에서 형성되는 데 수십억년이 걸린다. 합성 다이아몬드는 최대 몃 주 동안 강력한 압착이 필요하다. IBS 연구팀이 이번에 개발한 액체 금속 혼합을 기반으로 한 새로운 방법은 기존 다이아몬드 합성 패러다임을 깨고,1025도 온도 및 1기압 압력 조건에서 처음으로 다이아몬드를 합성했다. 이는 우리가 해수면에서 느끼는 압력과 동일하며 일반적으로 요구되는 압력보다 수만 배 더 낮다. 연구팀은 빠르게 가열과 냉각이 가능한 'RSR-S'라는 냉벽 진공 장치를 자체 제작해 통상 3시간 걸리는 기존 장치들과 달리, 15분이면 끝날 수 있게 했다. RSR-S는 온도와 압력을 빠르게 조절해 액체 금속 합금을 만드는 장치다. 연구팀은 메탄과 수소에서 갈륨 77.75%, 니켈 11.00%, 철 11.00%, 실리콘 0.25%로 구성된 액체 금속 합금을 만들어 하부 표면에서 다이아몬드 구성 물질인 탄소가 성장하는 것을 확인했다. 이 연구는 '네이처(Nature)' 저널 온라인에 게재됐다. 현재 다양한 산업 공정, 전자 제품, 심지어 양자 컴퓨터에 사용되는 대부분의 합성 다이아몬드를 만드는 데 사용되는 공정은 며칠이 걸리며 훨씬 더 많은 압력이 필요하다. 이 새로운 기술이 그 잠재력을 발휘한다면 다이아몬드 제작은 훨씬 더 빠르고 쉬워질 것이다. UNIST 석좌교수이기도 한 루오프 소장은 "이 선구적인 돌파구는 인간의 독창성과 끊임없는 노력, 그리고 많은 공동 연구자들의 협력이 만들어낸 결과"라고 말했다. 연구팀은 "액체 금속을 사용하는 일반적인 접근 방식은 다양한 표면에서 다이아몬드의 성장을 가속화하고 발전시킬 수 있으며 아마도 작은 다이아몬드(씨앗) 입자에서 다이아몬드의 성장을 촉진할 수 있다"라고 썼다. 루오프 소장은 "우리는 대형 챔버(내부 용적이 100리터인 RSR-A 챔버)에서 파라미터 연구를 진행했는데, 공기를 펌핑(약 3분)하고 불활성 가스로 퍼지(90분)한 다음 다시 진공 수준으로 펌프 다운(3분)하여 챔버를 1기압의 매우 순수한 수소/메탄 혼합물로 채우고(다시 90분) 실험을 시작하는 데 3시간 이상 소요되는 시간 때문에 다이아몬드 성장을 위한 파라미터 탐색이 더뎠다!"고 밝혔다. 이어 성원경 박사는 "메탄과 수소의 혼합물에 노출된 액체 금속으로 실험을 시작하고 완료하는 데 필요한 시간을 크게 줄이기 위해 훨씬 더 작은 챔버를 설계하고 제작하도록 요청했다"고 말했다. 성 박사는 "우리가 새로 제작한 시스템 즉, 내부 용적이 9리터에 불과한 RSR-S은 총 15분 만에 메탄/수소 혼합물을 펌핑, 퍼지, 배출, 채우기까지 완료할 수 있다. 매개변수 연구가 크게 가속화되었고, 이를 통해 액체 금속에서 다이아몬드가 성장하는 매개변수를 발견할 수 있었다"라고 설명했다. 제1저자인 얀 공 UNIST 대학원생은 "어느 날 RSR-S 시스템으로 실험을 진행한 후 흑연 도가니를 식혀 액체 금속을 고형화한 후 고형화된 액체 금속 조각을 제거했을 때, 이 조각의 바닥면에 수 밀리미터에 걸쳐 '무지개 무늬'가 퍼진 것을 발견했다. 그 무지개 색이 다이아몬드 때문이라는 사실을 알게 되었다! 이를 통해 다이아몬드의 재현 가능한 성장에 유리한 매개변수를 파악할 수 있었다"라고 말했다. 연구팀은 또 '광 발광 분광법' 실험으로 물질에 빛을 쏘아 방출되는 파장 빛을 준석해 다이아몬드 내 '실리콘 공극 컬러 센터' 구조도 발견했다. 이 구조는 액체 금속 합성 구성요소 중 하나인 실리콘이 탄소로만 이루어진 다이아몬드 결정 사이에 끼어들어 있는 것이다. 실리콘 공극 컬러 센터 구조는 양자 크기의 자성을 가져 자기 민감도가 높고, 양자 현상(양자적인 특성)을 보인다. 그로 인해 향후 나노 크기의 자기 센서 개발과 양자 컴퓨팅 분야의 응용이 기대된다. 논문 공동 저자인 메이후이 왕 박사는 "실리콘 공극 컬러 중심을 가진 이 합성 다이아몬드는 자기 감지 및 양자 컴퓨팅에 응용될 수 있을 것"이라고 말했다. 연구팀은 이러한 새로운 조건에서 다이아몬드가 핵을 형성하고 성장할 수 있는 메커니즘에 대해 심도 있게 연구했다. 시료의 단면을 고해상도 투과전자현미경(TEM)으로 촬영한 결과 다이아몬드와 직접 접촉한 고체 액체 금속에 약 30~40nm 두께의 비정질 표면 영역이 존재하는 것으로 나타났다. 공동 저자인 최명기 박사는 "이 비정질 영역의 상부 표면에 존재하는 원자의 약 27%가 탄소 원자였으며, 탄소 농도는 깊이에 따라 감소하는 것으로 나타났다"고 말했다. 연구팀은 또한 실리콘이 다이아몬드의 새로운 성장에 중요한 역할을 한다는 사실도 발견했다. 합금의 실리콘 농도가 최적 값보다 증가함에 따라 성장한 다이아몬드의 크기는 작아지고 밀도는 높아진다. 실리콘을 첨가하지 않으면 다이아몬드를 전혀 성장시킬 수 없었으며, 이는 실리콘이 다이아몬드의 초기 핵 형성에 관여할 수 있음을 시사한다. 루오프 소장은 "이 액체 금속에서 다이아몬드의 핵 형성과 성장에 대한 우리의 발견은 매우 흥미롭고 기초 과학을 위한 많은 흥미로운 기회를 제공한다. 이제 우리는 핵 형성과 그에 따른 다이아몬드의 빠른 성장이 언제 일어나는지 탐구하고 있다. 또한 탄소와 기타 필요한 원소의 과포화를 먼저 달성한 다음 온도를 빠르게 낮춰 핵 생성을 촉발하는 '온도 강하' 실험도 유망한 연구"라고 말했다.
- 포커스온
2024-04-25
삼성전자, 업계 최초 '9세대 V낸드' 양산…290단 적층 구현

삼성전자가 업계 최초로 '1Tb(테라비트) TLC(Triple Level Cell) 9세대 V낸드' 양산을 시작해 메모리 기술에서 리더십을 강화했다. 이 기술은 인공지능(AI) 시대의 고용량 및 고성능 낸드에 대한 수요 증가에 대응하기 위한 것이다. 삼성전자는 23일, '더블 스택' 구조를 적용한 최고 단수 제품인 9세대 V낸드를 양산한다고 발표했다. 이 제품은 현재 주력 제품인 236단 8세대 V낸드를 뒤이어, 약 290단 수준의 기술로 구현되었다고 한다. 더블 스택 기술은 낸드플래시 메모리의 각 레이어를 두 번의 '채널 홀 에칭' 과정을 통해 나누고 이를 단일 칩으로 결합하는 고난도의 제조 방식을 의미한다. 삼성전자는 이 채널 홀 에칭 기술을 통해 한 번의 공정으로 업계 최대의 단수를 달성하는 생산 효율성을 크게 향상시켰다고 설명했다. 채널 홀 에칭 기술은 몰드층을 순차적으로 쌓은 후 한 번에 전자가 이동하는 홀(채널 홀)을 형성하는 방식으로, 적층 단수가 높아질수록 한 번에 더 많은 채널을 생성할 수 있어 생산 효율이 증가한다. 이 과정은 높은 정밀도와 고도의 기술이 요구된다. 낸드 메모리의 적층 경쟁이 치열해지면서 적층 공정의 기술력이 더욱 중요해지고 있다. V낸드에서 원가 경쟁력은 가능한 적은 공정 단계로 높은 적층 단수를 달성하는 데 있어, 스택 수가 적으면 거쳐야 하는 공정 수도 줄어들어 시간과 비용을 절감할 수 있어 경쟁력을 높인다. 삼성전자는 업계 최소 크기 셀(Cell), 최소 몰드(Mold) 두께를 구현해 '1Tb TLC 9세대 V낸드'의 비트 밀도(단위 면적당 저장되는 비트의 수)를 이전 세대에 비해 약 1.5배 증가시켰다. 더미 채널 홀(Dummy Channel Hole) 제거 기술로 셀의 평면적을 줄이고, 셀 크기 축소로 인한 간섭 현상을 제어하기 위해 셀 간섭 회피 기술과 셀 수명 연장 기술을 적용해 제품의 품질과 신뢰성을 향상시켰다. 9세대 V낸드는 차세대 낸드플래시 인터페이스인 '토글(Toggle) 5.1'을 적용해 8세대 V낸드 대비 33% 향상된 최대 3.2Gbps(초당 기가비트)의 데이터 전송 속도를 구현했다. 삼성전자는 이를 토대로 PCIe 5.0 인터페이스를 지원하며 고성능 SSD 시장을 확대하여 낸드플래시 기술의 리더십을 강화할 계획이다. 또한, 9세대 V낸드는 저전력 설계 기술을 적용해 이전 세대 제품에 비해 전력 소비를 약 10% 줄였다. 삼성전자는 올해 하반기에 'QLC(Quad Level Cell) 9세대 V낸드'의 양산을 시작하는 등 AI 시대의 요구에 부응하는 고용량, 고성능 낸드 개발에 박차를 가할 예정이다. 삼성전자 메모리사업부 플래시개발실장 허성회 부사장은 "낸드플래시 제품의 세대가 진화함에 따라 고용량, 고성능 제품에 대한 고객의 요구가 증가하고 있다"며 "극한의 기술 혁신을 통해 생산성과 제품 경쟁력을 향상시켰다. 9세대 V낸드를 통해 AI 시대에 적합한 초고속, 초고용량 SSD 시장을 선도할 것"이라고 말했다. 시장조사기관 옴디아의 보고에 따르면, 낸드플래시 매출은 2023년 387억 달러에서 2028년에는 1148억 달러로 성장할 것으로 예상되며, 이는 연평균 약 24%의 성장률을 보일 전망이다. 이러한 성장은 AI 서버 시장의 확대와 직결되어 있으며, 높은 데이터 전송 속도와 성능을 요구하는 신규 AI 서버 설치가 증가함에 따라 SSD에 대한 수요도 증가하고 있다. 옴디아는 "AI 관련 작업에서의 훈련 및 추론 수요 증가와 함께, 대규모 언어 모델(LLM)과 추론 모델에 필요한 데이터 저장을 위해 더 큰 저장 용량이 요구되고 있다"고 말했다. 이러한 시장 수요 증가로 인해 낸드 적층 기술의 경쟁도 치열해지고 있다. 삼성전자는 작년 3분기 실적 발표에서 2030년까지 1,000단 V낸드 개발 계획을 발표했다. SK하이닉스는 작년 8월 미국에서 열린 '플래시 메모리 서밋 2023'에서 업계 최초로 300단을 넘는 '1Tb TLC 321단 4D 낸드' 샘플을 공개하며, 이를 2025년 상반기부터 양산할 계획임을 밝혔다. 마이크론은 2022년에 세계 최초로 232단 낸드를 양산하기 시작했다. 후발주자인 중국의 YMTC(양쯔메모리테크놀로지)도 지난해 232단 낸드 생산을 시작한 데 이어 올해 하반기에는 300단 이상의 제품 출시를 계획하고 있다. 한편, 삼성전자 주식은 이날 '9세대 V낸드' 양산 발표 이후 소폭 상승했다. 이날 23일 11시 27분 현재 삼성전자 주가는 전일 대비 0.26% 올라 7만6300원에 거래됐다.
- IT/바이오
2024-04-23
[신소재 신기술(33)] 원자 1개 두께의 이상한 형태의 금

스웨덴 과학자들은 단일 원자층으로 구성된 아주 얇은 박막의 금 소재를 개발했다. 이 새로운 물질은 '골덴'이라고 명명되었으며 반도체 특성을 지니고 있다. 과학 전문매체 사이언스 얼럿은 스웨덴 린쇼핑 대학교(Linköping University) 연구원들은 금을 더 이상 얇아질 수 없는 원자 1개 두께의 납작한 박막 시트 형태로 만들어내는 새로운 방법을 개발했다며 지난 16일(현지시간) 이같이 보도했다. 재료 과학의 명명 관습에 따라 연구팀은 이 새로운 2차원 물질에 '골덴(goldene)'이라는 이름을 붙였다. 골덴은 3차원 형태의 금에서는 볼 수 없는 몇 가지 흥미로운 특성을 가지고 있다. 스웨덴 린쇼핑 대학교의 재료 과학자 슌 카시와야는 "그래핀처럼 물질을 매우 얇게 만들면 놀라운 일이 일어난다"며 "금도 마찬가지다. 아시다시피 금은 보통 금속이지만, 단일 원자층 두께로 만들면 금이 반도체가 될 수 있다"라고 설명했다. 금은 서로 뭉치는 경향이 있기 때문에 2차원 구조로 동축하는 것은 매우 어렵다. 이전의 시도는 몇 원자 두께의 얇은 시트를 만들거나 다른 물질 사이에 또는 그 위에 단층을 끼워 분리할 수 없는 결과를 낳았다. 카시와야와 연구팀은 금을 만들려고 시작한 것이 아니라 우연히 공정의 첫 단계를 발견하게 됐다고 전했다. 린쇼핑 대학교의 나노 공학 분야의 연구를 이끌고 있는 재료 물리학자 라르스 튈트만(Lars Hultman)은 "우리는 완전히 다른 응용 분야를 염두에 두고 기본 재료를 만들었다"면서 "우리는 실리콘이 얇은 층으로 이루어진 티타늄 실리콘 카바이드라는 전기 전도성 세라믹으로 시작했다. 그런 다음 이 소재를 금으로 코팅해 접촉을 만드는 것이 아이디어였다. 하지만 부품을 고온에 노출시켰을 때 실리콘 층이 기본 재료 내부의 금으로 대체됐다"라고 설명했다. 튈트만 교수는 금속 나노구조의 합성 및 특성 연구에 선구자적인 역할을 했다. 특히, 금속 나노입자, 나노선, 나노막 등 다양한 금속 나노구조를 합성하고, 그들의 광학적, 전기적, 촉매적 특성을 연구해 다양한 응용 분야에 활용 가능한 새로운 재료를 개발하는 데 기여했다. 앞서 연구팀은 단층 금을 만들려는 시도에서 중요한 단계에서 한계에 도달해 연구 과정이 중단됐다. 몇 년 동안 연구팀이 만든 인터칼레이티드 티타늄 금 카바이드는 티타늄과 탄소 층 사이에 있는 초박막 금 층을 추출할 방법이 없어 그냥 그 상태로 남아있었다. 이에 연구팀은 무라카미 시약이라는 에칭 용액에 기반한 기술을 사용해 지난 연구의 한계를 돌파했다. 무라카미 시약은 금속 가공에 사용되는 화학 물질의 혼합물로, 탄소를 에칭하고 강철을 얼룩지게 하여 일부 일본 칼에서 볼 수 있는 무늬를 만들어낸다. 연구팀은 혼합물의 농도와 에칭 공정이 금을 둘러싼 티타늄과 탄소를 부식시키는 시간대를 다르게 시도했다. 무라카미 시약의 에칭 효과는 페로시아나이드 칼륨이라는 부산물을 생성한다. 이 화합물은 빛에 노출되면 시안화물을 방출하여 금을 녹이기 때문에 연구팀은 에칭 공정을 완전히 어둠 속에서 진행해야 했다. 게다가 얇은 금 시트는 말리거나 뭉치는 경향이 있었다. 이에 연구팀은 층이 접히거나 달라붙는 것을 방지하는 계면활성제를 추가해 금의 단일 원자층의 무결성을 유지했다. 연구팀은 이론적 시뮬레이션에서 예측한 대로 이 까다로운 단계를 거쳐 마침내 안정적인 금을 형성하는 데 성공했다. 이번 연구는 학술지 '네이처 신티시스(Nature Synthesis)'에 게재됐다. 일반적으로 금은 우수한 전기 전도성 물질이다. 원소가 2차원 시트 형태를 취할 때 원자는 두 개의 자유 결합을 가지며 도체와 절연체 사이의 전도 특성을 가진 반도체로 변모한다. 이는 전도도를 조절할 수 있기 때문에 유용하다. 다시 말하면, 전기 전도성이 우수하고 부식에 강한 금은 반도체 소자의 접점, 연결 부품, 패키징 등에 사용된다. 금은 나노 크기의 입자로 제조될 수 있으며, 이러한 금 나노 입자는 차세대 반도체 소자의 제작에 활용될 수 있다. 예를 들어, 금 나노 입자는 트랜지스터의 게이트 전극, 메모리 소자의 저장 매질, 광전자 소자의 광 감지 소자 등으로 사용될 수 있다. 게다가 금은 생체 적합성이 우수하고 전기 전도성이 높기 때문에 생체 의료 분야에서 사용되는 뇌-컴퓨터 인터페이스, 심장 박동기 리드, 인공 근육 등의 전극 소재로 활용될 수 있다. 그러나 금은 높은 비용과 가공의 어려움, 제한된 반도체 특성 등의 단점도 존재한다. 금은 반도체 특성이 제한적이기 때문에 고성능 트랜지스터 제작에는 적합하지 않다.
- 포커스온
2024-04-18
남극 빙붕 붕괴, 해류와 따뜻한 바닷물로 더 가속화될 수 있어

남극의 빙붕은 기후 변화에 대응해 지구 생태계를 지킬 수 있는 몇 안 되는 존재다. 빙붕은 남극 대륙에서 이어져 바다에 떠 있는 얼음 덩어리로 두께가 300~900m에 달한다. 남극 전체 얼음 면적의 10%를 차지하며, 연중 일정하게 유지된다. 그런 빙붕이 위험에 처했다는 연구 보고서가 발표돼 주목된다고 과학 전용 사이트 PHYS가 홈페이지를 통해 전했다. '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)'에 게재된 새로운 연구에 따르면, 해류의 흐름과 해저 사이의 상호작용으로 인해 따뜻한 물이 위로 떠올라 얕은 깊이로 이동하면서 빙붕을 녹이는 속도를 높이고 있다. 지구 온난화로 인해 남극 바다의 온도가 계속 올라가는 것이 주된 요인이다. 이러한 메커니즘은 서남극의 아문센 해에 있는 초거대 빙붕 용융을 가속한다. 빙붕은 빠르게 불안정해지고 해수면 상승에 기여한다. 이 연구는 서울대 박태욱 연구원과 일본 나카야마 요시히로가 이끄는 극지연구소, 홋카이도 대학, 서울대학교의 국제 연구팀이 수행했다. 연구팀은 첨단 해양 모델링 기술을 사용해 빠른 속도로 녹는 빙붕 뒤에 숨겨진 근본적인 원인을 조사했다. 이 연구는 빙붕 용해를 주로 남대양 상공의 바람과 연결시키는 과거의 가정과 이론에서 벗어나, 해안을 따라 흐르는 해류와 해수면 사이의 상호작용이 용융 과정을 촉진하는 데 더 중요한 역할을 하고 있다고 지적했다. 남극에서 가장 거대한 빙붕인 파인 아일랜드와 스웨이츠 빙하(Thwaites Glacier)는 최근 가장 빠른 속도로 녹고 있다. 이들 빙붕은 따뜻한 바닷물에 특히 취약하기 때문에 과학자들의 관심이 각별히 높다. 이 빙붕은 거대한 산맥을 형성하면서 그들 뒤에 있는 빙하들이 바다로 흘러 들어가는 것을 막는 장벽의 역할을 한다. 스웨이츠 빙하는 미국 플로리다주 정도의 크기로 폭이 약 130㎞로 세계에서 가장 넓으며, 모두 녹을 경우 해수면을 65㎝ 상승시킬 수 있는 양의 얼음이 저장됐다. 스웨이츠 빙하는 대륙 빙상이 바다로 흘러내리는 것을 막아 서남극 빙상의 안정성을 조절한다는 점에서 특히 중요하게 여겨진다. 그러나 빙붕의 빠른 융해와 높아지는 붕괴 가능성은 전 세계적인 해수면 상승으로 인해 세계 해안 지역 사회에 심각한 위협이 되고 있다. 이번 연구는 극심층수로 알려진 차가운 표층수 아래 따뜻한 해수층이 빙붕의 하단을 녹이는 메커니즘 구명에 초점을 맞추었다. 박태욱 연구원은 "빙붕들을 둘러싸고 흐르는 해류가 따뜻한 해수의 유입을 이끌고, 이는 빙붕들의 녹는 속도를 높인다"고 설명했다. 해류와 연결된 바다가 기후 변화에 큰 영향을 미친다는 사실을 보여주는 것이다. 연구원들은 따뜻한 심층수와 차가운 지표수 사이의 경계면에 주목했다. 이 경계면의 변화가 빙붕으로 향하는 따뜻한 물의 유입에 큰 영향을 미친다는 사실이 이번 연구에서 규명됐다. 앞서 지적했듯이 지금까지의 이론은 아문센해 북쪽의 강한 편서풍이 대륙붕을 따라 해류를 밀어내고, 더 따뜻한 물을 빙붕의 빈 구멍 쪽으로 운반한다는 것이었다. 그러나 이번 연구 결과는 해류의 흐름과 따뜻한 바닷물의 부상이 빙붕을 녹이는 데 더 큰 역할을 한다는 새로운 발견이었다. 나카야마는 "이번 국제팀 연구 결과는 일반적인 통념을 달리 해석하고 있다"면서 "우리의 연구는 해류와 해저 사이의 상호작용이 상승 속도를 끌어 올려 따뜻한 바닷물을 더 얕은 깊이로 운반한다는 점을 강조한다. 이 따뜻한 물은 해양의 경계면에 도달해 빙붕이 녹는 것을 가속화한다"고 부연했다. 거대한 빙붕의 아랫부분을 따뜻한 바닷물이 녹여 빙붕의 무게를 지탱하지 못하는 수준까지 도달하게 되면 빙붕은 붕괴할 수밖에 없다. 현재 빙붕 붕괴가 가속화되고 있는 것도 이 때문일 가능성이 높다는 것이다. 연구 보고서는 "빙붕이 녹는 과정에 대한 이번 연구는 우려를 높인다"고 경고했다. 연구팀은 빙붕이 대거 무너지면 해수면 상승으로 해안 도시들이 물에 잠기고 각종 기후 재해가 잇따를 것이므로 이에 시급히 대비해야 한다고 강조했다.
- IT/바이오
2024-04-15
[신소재 신기술(21)] 홍게껍질로 반도체 및 에너지 저장 기능 갖춘 나노시트 개발

일본 과학자들이 홍게의 껍질에 포함된 키토산으로 만든 나노섬유에서 반도체와 에너지 저장 특성을 발견했다. 26일(이하 현지시간) 뉴스마이네비에 따르면 일본 도호쿠대학(東北大學) 연구팀은 홍게 껍질에 포함된 불용성 식이섬유의 일종인 '키토산'으로 만든 나노섬유(ChNF) 조직을 제어해 만든 나노미터 두께의 시트 소재에서 반도체 특성과 에너지 저장 특성을 나타내는 것을 발견했다고 25일 밝혔다. 이번 성과는 도호쿠대 미래과학기술공동연구센터 후쿠하라 미키오 학술연구원, 동 대학 하시타 토시유키 특임교수, 도쿄대 이소카이 아키라 특임교수 등의 공동연구팀에 의해 이루어졌다. 연구 결과는 미국 물리학 협회에서 발행하는 학술지 'AIP-Advances'에 게재됐다. 이번 연구는 친환경적인 반도체와 에너지 저장 소재 개발에 기여할 것으로 기대된다. 반도체는 실리콘으로 대표되는 원소 반도체와 갈륨비소(GaAs) 및 '파이(π) 공액 고분자'와 같은 화합물 반도체로 크게 두 가지로 분류된다. 두 반도체 모두 광물이나 인공 화합물에서 금속을 정제해 만드는데, 생산 과정에서 많은 양의 에너지가 필요하고 환경에 미치는 영향이 크다. 연구팀은 절연체로 인식되는 종이와 셀룰로오스의 나노 크기 미세 구조체인 케나프 식물에서 추출한 셀룰로오스 나노섬유(Cellulose Nanofibers·CNF)를 이용해 전하 분포와 전자 이동을 측정했다. 그 결과, '템포 산화 CNF(TEMPO-oxidized CNF, TEMPO 촉매를 사용해 산화 처리된 셀룰로오스 나노섬유)'는 고전압 단시간 충전 특성을, CNF는 n형 음의 저항을 나타내는 n형 반도체의 다양한 특성을 발견했다. 이 연구에서는 식물 셀룰로오스와 분자 구조가 유사하고 지구상에서 두 번째로 풍부한 바이오매스 화합물인 동물성 키토산에 초점을 맞췄다. 연구팀에 따르면, 키토산에는 케나프(CNF)에서 발현되지 못했던 고속 충전 특성이 발견됨과 동시에 액체 누출 등의 문제를 극복할 수 있는 고체형 축전지를 제공할 수 있는 잠재력을 가지고 있는 것으로 밝혀졌다. 또한 키토산과 같은 자연 유래의 해양 바이오매스 소재를 반도체, 에너지 저장 분야에 활용할 수 있다면 폐기물을 줄여 자원순환형 사회 조성에 기여할 수 있다. 이번 연구에서는 홍게 껍질로 만든 키토산 나노섬유(ChNF)를 대표적인 동물성 소재로 활용하고, 섬유 길이를 300nm 이하로 제어한 ChNF 시트에 Al 전극을 부착한 소자를 제작했다. ChNF 시트 소자의 I(전류)-V(전압) 특성, AC(교류) 임피던스, 주파수 분석, 축전성을 측정한 결과, 전압 제어에 의한 전압 유도 반도체와 같은 특성이 나타나는 것을 확인했다. 또한, ChNF 시트의 -210~+80V 범위에서 동작 속도 1.24V/s의 승강 전압에 대한 I-V 특성에서 음전압 영역에서 전류의 전압 의존성이 역전되는 거동, 이른바 n형 반도체 특성을 보였다. 즉, I-V 특성은 옴의 법칙을 따르지 않고, 전압 상승에 따라 일정 전압 이상에서 전류가 감소하는 음극 저항이 발현된 것이다. 반면, R(저항)-V(전압) 특성을 분석한 결과, 승압 -1V~0V, 강압 +2V~0V 사이에서 3자리 스위칭 효과를 보이는 특성이 관찰됐다. 또한 10~500V에서 2mA의 전류로 5초간 충전한 후 1μA의 정전류로 방전했을 때 충전 전압 대비 저장 용량의 변화를 조사한 결과, 전압 증가에 따라 저장 용량이 선형적으로 증가하며 450V부터 급격히 증가하는 것으로 나타났다. 다음으로 ChNF 시트의 AC 임피던스 특성을 측정한 결과, 저저항과 고저항의 두 개의 반원을 가진 나이키스트 선도(The Nyquist diagram)를 얻었다. 두 개의 반원은 원자간력 현미경 이미지 관찰을 통해 각각 120~350nm의 바늘 모양과 구형으로 이루어진 갑각류 외골격과 세포벽 조직의 기여하는 것으로 추론했다, 이 나이키스트 선도의 특성으로부터 ChNF 시트는 직류와 교류 영역에서 동일한 회로를 가질수 있음을 시사했다. 연구팀은 또한, 반도체 특성의 전자의 기원을 규명하기 위해 ESR 분석을 시도했다. 전자의 기원을 결정하는 단수 대칭의 피크를 관찰했고, 스펙트럼 강도의 선도가 횡축과 교차하는 자기장의 g값을 통해 키토산의 생성 전자는 비정질 키토산에서 발생하는 아미닐 라디칼(NH¯₂)에서 생성된 전자임을 확인했다. 연구팀은 이번 성과에 대해 "저밀도 경량 반도체 및 에너지 저장 장치 제작을 통해 천연 유래의 바이오 소재 자원을 활용함으로써 지구의 생물 순환 시스템을 활용한 바이오 일렉트로닉스가 발전할 수 있을 것으로 기대한다"고 밝혔다.
- 포커스온
2024-03-27
목성의 위성 유로파, 얼음 지각 두께 최소 20km

미국 천문학자들이 목성의 얼음 위성인 유로파의 얼음 지각 두께가 최소 20km(킬로미터)에 달한다고 밝혔다. 행성 과학자들은 최근 충돌 크레이터(분화구) 이미지와 물리 법칙을 이용해 유로파의 얼음 두께를 측정했다. 유로파는 얼음 지각으로 둘러싸인 지구의 두 배에 달하는 바닷물이 있는 암석의 위성이다. 과학자들은 오랫동안 유로파가 태양계에서 외계 생명체를 찾기에 가장 좋은 곳 중 하나라고 추정했다. 생명체의 존재 가능성과 성격은 얼음 껍질의 두께에 따라 크게 달라지는데, 천문학자들은 아직 이 부분을 밝혀내지 못했다. 20일(이하 현지시간) 과학전문 웹사이트 피즈닷오그(Phys. ORG)에 따르면 미국 퍼듀대학교 과학대학 지구, 대기 및 행성 과학과의 브랜든 존슨 부교수와 연구 과학자 시게루 와키타 등 행성 과학 전문가로 구성된 연구팀이 유로파의 얼음 지각의 두께가 최소 20km에 달한다고 발표했다. 또다른 매체 IFL사이언스도 이날 갈릴레오 탐사선의 데이터 분석에 따르면 유로파의 바다를 보호하는 얼음 지각의 두께는 최소 20km에 달하는 것으로 시사한다고 전했다. 행성 과학자들은 유로파의 대형 분화구를 연구하고 다양한 모델을 실행하여 어떤 물리적 특성의 조합이 그와 같은 표면 구조를 만들 수 있는지 조사했다. MIT의 시게루 와키타(Shigeru Wakita) 박사가 이끄는 팀은 유로파의 '타이어(Tyre)'와 '칼라니쉬(Callanish)'로 알려진 두 개의 분지가 지각 두께를 결정하는 데 핵심이 될 수 있음을 발견했다. 타이어(Tyre)와 칼라니쉬(Callanish)는 모두 다중 고리 분지다. 와키타 박사와 연구팀은 적절한 크기의 소행성이 서로 다른 두께의 지각에 충돌할 때 어떤 일이 일어날지 모델링하고 두께가 20km 이상인 얼음만이 유로파 표면과 같은 결과를 가져올 것이라고 추정했다. 이 연구는 학술 저널 ‘사이언스 어드밴스’에 게재됐다. 와키타 박사는 "유로파의 이렇게 큰 분화구에 대한 연구는 이번이 처음이다"라고 말했다. 그는 "이전 추정치에서는 두꺼운 바다 위에 매우 얇은 얼음층이 있는 것으로 나타났다. 그러나 우리 연구에 따르면 두꺼운 얼음층이 있고, 그 두께가 너무 두꺼워 이전에 논의되었던 얼음 대류가 일어났을 가능성이 높다"고 설명했다. '얼음 대류(Ice convection)'는 얼음 내부에서 열이나 다른 물리적 성질의 차이로 인해 발생하는 물질의 이동 과정을 말한다. 얼음 대류의 기본 원리는 물질이 온도에 따라 밀도가 변한다는 점에 기반한다. 이 현상은 특히 대규모 얼음층이나 얼음이 두꺼운 행성의 위성, 예를 들어 유로파와 같은 곳에서 중요한 역할을 할 수 있다. 얼음 대류는 얼음의 내부나 얼음과 액체 물 사이에서 열을 전달하는 중요한 메커니즘 중 하나다. 유로파의 얼음 층 아래에 있는 액체 물이 얼음 층과 접촉하는 부분에서 얼음을 녹이면 상대적으로 더 따뜻한 물이 위로 상승하고, 냉각되어 얼음이 될 때 다시 내려갈 수 있다. 과학자들은 오랫동안 유로파의 얼음 두께에 대해 논쟁을 벌여왔지만, 아무도 직접 방문해서 측정한 적이 없다. 이에 과학자들은 유로파의 얼음 표면에 있는 크레이터(분화구)를 활용했다. 존슨 박사는 1998년 유로파를 탐사한 우주선 갈릴레오의 데이터와 이미지를 사용해 충돌 크레이터를 분석해 유로파의 얼음 지각 구조를 분석했다. 행성 물리학 및 거대 충돌 분야의 전문가인 존슨은 태양계의 거의 모든 주요 행성을 연구해 왔다. 그는 "충돌 크레이터는 행성을 형성하는 가장 보편적인 표면 과정"이라며 "분화구는 우리가 지금까지 본 거의 모든 고체에서 발견된다. 분화구는 행성을 변화시키는 주요 동인"이라고 부연했다. 존슨은 "유로파의 분화구의 크기와 모양을 이해하고 수치 시뮬레이션으로 그 형성을 재현함으로써 얼음 지각의 두께에 대한 정보를 유추할 수 있다"고 덧붙였다. 유로파는 얼어붙었만, 빙하 속에는 바위로 이루어진 핵이 있다. 하지만 얼음 표면은 정체되어 있지 않다. 해양의 판구조론과 대류, 얼음 때문에 유로파는 표면이 자주 바뀐다. 유로파는 표면에 크레이터가 거의 없는 특이한 위성으로 얼음 지각이 계속해서 새로 생성되면서 크레이터를 없앴다는 주장이 힘을 얻고 있다. 이는 지표면 자체의 나이가 5000만 년에서 1억 년에 불과하다는 것을 의미하는데, 인간과 같이 수명이 짧은 생물에게는 오래된 것처럼 보이지만 지질학적 시기로 보면 젊다는 지적이다. 표면이 매끄럽고 젊다는 것은 분화구가 명확하게 구분되어 있고 깊지 않다는 것을 의미한다. 분화구는 유로파의 암석 중심부에 대한 많은 정보를 전달하기보다는 얼음 지각과 그 아래 존재할 수 있는 수중 바다에 대해 더 많은 것을 담고 있다. 존슨은 "얼음의 두께를 이해하는 것은 유로파의 생명체 존재 가능성에 대한 이론을 세우는 데 필수적이다"라고 말했다. 그는 "얼음 지각의 두께는 그 안에서 어떤 과정이 일어나고 있는지를 제어하며, 이는 지표와 바다 사이의 물질 교환을 이해하는 데 매우 중요하다. 이는 유로파에서 일어나는 모든 종류의 과정을 이해하는 데 도움이 되며, 생명체의 가능성을 이해하는 데도 도움이 될 것"이라고 말했다. 국립과천과학관에 따르면 천문학자들은 이전 연구를 통해 목성의 위성인 유로파, 가니메데, 칼리스토에 지구의 바다보다 6배나 되는 양의 물을 표면 아래에 품고 있다는 사실을 발견했다. 생명체가 살기 위해서는 물, 원소, 에너지라는 3가지 요소가 필요하다. 외행성계 위성에는 이 3가지 요소가 적절하게 있는 것으로 추측되고 있다. 목성은 태양에서 멀기 때문에 표면 온도가 영하 110도이며, 목성의 위성인 유로파의 표면 온도는 영하 220도에 이른다. 유로파의 얼음 지각의 두께는 생명체가 존재할 수 있는 잠재적인 물 존재의 환경을 숨기고 있을 수 있다. 물 존재는 행성에서 생명의 가능성을 탐색하는 데 있어 중요한 요소 중 하나가 될 수 있다. 그러나 실제로 생명체가 존재하는지 여부를 확인하기 위해서는 유로파에 대한 추가적인 탐사와 연구가 필요하다.
- IT/바이오
2024-03-22
아이패드 에어 2024, 베젤 최소화·두께 감소⋯출시 시기는?

애플이 올봄 출시 예정으로 알려진 '아이패드 에어 2024'는 베젤(테두리)이 더욱 작아진 것으로 알려졌다. 9TO5맥은 20일(현지시간) 아이패드 에어 2024(iPad Air 2024)의 출시 가능성에 대한 기대감이 계속 커지고 있는 가운데, 업그레이드된 태블릿이 이달 말 또는 다음 달 초 출시를 앞두고 이미 미국으로 배송되고 있다는 새로운 루머가 나왔다고 전했다. 최근 톰스가이드는 맥루머(MacRumors)의 보도를 인용해 '인스탄트 디지털(Instant Digital)'로 알려진 아이패드 에어 프로 유출자는 중국 소셜 미디어 사이트 웨이보에 다가오는 아이패드 에어 2024 출시를 앞두고 "모든 것이 준비되어 있다"고 밝혔다고 전했다. 유출자에 따르면 애플이 이번 주나 다음 주 또는 4월 초에 아이패드 에어의 다음 버전을 발표할 가능성이 있다는 것이다. 애플은 아직 차기 아이패드 에어 출시를 공식적으로 발표하지 않았지만, 이미 다음 버전의 기기에 대해 꽤 많은 것을 알려졌다. 새로운 아이패드 에어에는 M2 칩이 탑재될 뿐만 아니라 새롭게 디자인된 후면 카메라와 블루투스 5.3 및 Wi-Fi 6E 연결 기능이 제공될 예정이다. 또한 차기 아이패드 에어는 두 가지 크기로 출시될 예정이다. 이전 두 세대와 마찬가지로 10.9인치 모델이 출시될 예정이며, 아이패드 프로와 마찬가지로 12.9인치 디스플레이를 갖춘 더 큰 버전도 출시된다. 웨이보의 인스턴트 디지털 계정에 따르면 메탈 테두리를 제외한 새로운 아이패드 프로 베젤 크기는 11인치 베젤은 7.12mm, 12.9인치 베젤은 7.08mm로 전해졌다. 맥루머에서 지적했듯이 이는 2018년 이후 현재 세대의 아이패드 프로 모델보다 약 10~15% 더 얇아진 것이다. 지난달 처음 보도한 바와 같이 새로운 아이패드 프로는 베젤이 더 작아질 뿐만 아니라 이전 제품보다 훨씬 더 얇아질 것으로 예상된다. 포브스는 20일 소문이 사실이라면 애플의 아이패드 에어 신제품은 업데이트된 디자인과 OLED화면, 재설계된 여러 액세서리를 갖춘 완전히 새로운 제품이 될 것이라고 전했다. 애플은 향후 계획에 대해 아무 것도 공개하지 않고 있으며, 발표 직전까지 출시 시기를 바꿀 수 있기 때문에 아직 판매 시기를 단정하기는 어렵다고 포브스는 덧붙였다.
- IT/바이오
2024-03-21
목성의 달 '유로파'에 생명체 존재할 수 있을까?

목성의 달 유로파(Europa)에 산소와 탄소가 있는 것이 알려지면서 지하 바다의 생명 존재에 대한 기대감도 더욱 커지고 있다. 태양계에서 목성의 위성 유로파만큼 사람들의 상상력을 사로잡는 곳은 거의 없다. 과학자들은 유로파에 외계 생명체가 존재할 수 있다고 오랫동안 의심해 왔다. 거대한 얼음덩어리를 닮은 '유로파'는 20~30km 두께의 얼음 껍질 아래에 액체 상태의 바닷물 바다가 존재하는 것으로 알려졌다. 이는 보이저호와 갈릴레오 우주 탐사선의 측정과 모델 계산에 의한 추정이다. 독일 매체 메르커닷컴(Merker)은 11일(현지시간) 몇 달 전, 연구자들은 '유로파'에서 생명체의 가장 중요한 구성 요소인 탄소를 발견했다고 전했다. 그러나 유로파에서 생명체를 가능하게 할 수 있는 또 다른 원소인 산소는 이전에 추정했던 것보다 훨씬 더 희귀할 것이라는 관측이 나왔다. 비즈니스 인사이더는 지난 9일(현지시간) 미 항공우주국(NASA·나사)의 주노(Juno) 탐사선은 목성의 얼음 위성 유로파가 24시간마다 1000톤의 산소를 생산한다는 사실을 발견했다고 보도했다. 유로파에서 매일 발생하는 1000톤이라는 산소는 1백만 명의 사람이 하루 동안 숨을 쉴 수 있는 충분한 양이지만 이전에 생각했던 것보다 훨씬 적은 양이다. 이 새로운 데이터는 유로파가 광대한 지하 바다에서 생명체를 유지할 수 있는 확률이 낮아질 수 있다. NASA, 유로파 산소 생산량 현저히 낮아 NASA의 연구원들은 '유로파' 표면이 이전 연구에서 추정했던 것만큼 많은 산소를 생산하지 못한다고 계산했다. 지난 3월 4일, NASA는 유로파가 24시간마다 1000톤의 산소를 생산한다며 이는 이전 추정치보다 86배 이상 적은 양이라고 발표했다. NASA에 따르면 유로파에 생명체가 존재한다면 미생물처럼 보일 수도 있고 더 복잡한 것일 수도 있다. 하지만 그것들은 얼어붙은 사막인 유로파 표면에서는 보이지 않을 수도 있다. 유로파 표면의 산소 생산량 데이터는 NASA의 주노(Juno) 탐사선에서 가져온 것이다. 목성의 위성인 유로파는 초당 12kg(킬로그램)의 산소를 생산하는데, 이는 이전에 생각했던 것보다 휠씬 적은 양이다. 이전 연구에서 추정치는 초당 몇 킬로그램에서 1000킬로그램 이상까지 다양했다. 유로파, 수중기도 탐지 NASA에 따르면 1979년 7월 9일 보이저(Voyager) 우주선은 목성의 위성 중 하나인 유로파(Europa)의 근접 촬영 이미지를 처음으로 촬영했다. 이를 통해 달의 얼음 표면을 자르는 갈색 균열이 드러났는데, 유로파는 마치 핏줄이 있는 눈알처럼 보였다. 그 이후로 수십 년 동안 외부 태양계에 대한 임무는 유로파에 대한 충분한 추가 정보를 축적하여 NASA의 생명체 탐색에서 최우선 조사 대상이 됐다. NASA는 2019년 11월 17일 메릴랜드 주 그린벨트에 있는 NASA의 고다드 우주 비행 센터 의 국제 연구팀이 유로파 표면 위에서 처음으로 수증기를 감지했다. 이 연구팀은 하와이에 있는 세계 최대 망원경 중 하나를 통해 유로파를 들여다보며 증기를 측정했다. 당시 유로파의 물 탐지 조사를 주도한 NASA 행성 과학자 루카스 파가니니는 “생명의 세 가지 요구 사항 중 두 가지인 필수 화학 원소(탄소, 수소, 산소, 질소, 인, 황)와 에너지원은 태양계 전체에서 발견된다. 그러나 세 번째인 액체 물은 지구 밖에서는 찾기가 다소 어렵다”라고 말했다. 유로파가 산소를 생산하는 방법 산소 생산은 지구와 유로파에서 매우 다르다. 지구는 광합성을 통해 산소를 얻는 반면, 유로파는 모행성인 목성으로부터 얻는다. 목성은 유로파에 고에너지 입자를 쏟아붓는 강력한 방사선을 방출한다. 이 입자들은 달 표면의 얼어붙은 얼음(H₂O)과 상호작용한다. 유로파에서 입자들의 상호 작용은 H₂O 분자를 수소와 산소 가스로 분리한다. 그러나 그 산소가 어디로 가는지는 아직 상세히 밝혀지지 않았다. 산소 중 일부는 얼음 속에 갇힐 수도 있고, 일부는 우주로 탈출할 수도 있으며, 일부는 유로파의 지하 바다로 내려가는 경우도 있다. 충분한 산소가 지하에 도달한다면, 이는 유로파의 바다가 우리가 알고 있는 생명체에 중요한 요소 중 하나를 가지고 있다는 것을 의미한다. 뉴저지 주 프린스턴 대학교의 과학자 제이미 샬레이는 "'유로파'는 목성의 알려진 95개 위성 중 네 번째로 큰 위성이며 목성의 방사선 벨트 중간에 있다. 이 거대 가스 행성은 위성에 하전 입자 또는 이온화 입자를 쏟아붓는다. 이것들은 물 분자를 두 부분으로 나누어 얼음 표면에 산소를 생성한다"고 말했다. 샬레이는 "유로파는 흐르는 시냇물 속에서 서서히 물을 잃어버리는 얼음 덩어리와 같다"면서, 입자들이 표면의 얼음을 분자 단위로 분해하는 과정을 비교했다. 그는 "어떤 면에서, 전체 얼음 표면은 해변으로 밀려온 하전 입자의 파도에 의해 지속적으로 침식된다"라고 말했다. NASA의 주노 탐사선은 유로파 표면에서 생성되는 총 산소량에 대해 더 많은 정보를 제공한다. 그러나 지하 바다로 얼마나 많은 양의 산소가 스며드는지는 아직 확실하지 않다. 유로파에서 산소 측정 유로파 표면에서 생성되는 산소의 양을 측정하기 위해 과학자들은 주노에 탑재된 목성 오로라 분포 실험(JADE) 장비를 사용했다. JADE는 목성의 오로라 영역 에서 하전 입자를 측정하도록 설계됐다. 그러나 2022년 9월 주노가 유로파를 비행했을 때 JADE는 최초로 달 대기에서 떨어져 나온 하전 입자를 성공적으로 측정했다. 과학자들은 JADE 데이터를 사용해 유로파의 얇은 대기에 있는 수소(산소 아님) 가스의 총량을 추정했다. 물 분자에는 수소(H) 원자 2개당 산소(O) 원자 1개가 있기 때문에 과학자들은 수소 가스 데이터를 사용해 표면에서 생성된 산소의 양을 계산할 수 있다. NASA의 과학자들은 이제 생산된 산소의 일부가 달 표면 아래로 떨어질 수 있다고 추정한다. 그곳에서 산소는 지하 소금 바다로 추정되는 곳에서 대사 에너지원이 될 수 있다. NASA에 따르면 연구원들은 "표면 아래에서 생명을 유지할 수 있는 조건의 잠재력에 대해 궁금해하고 있다"고 한다. 목성의 위성이 생명체가 거주 가능한지 아닌지에 대한 질문은 앞으로도 계속 될 것이다. 샌안토니오에 있는 사우스웨스트 연구소의 주노 수석 연구원인 스콧 볼튼은 "아직 끝나지 않았다. 더 많은 달 비행과 목성의 가까운 고리와 극지방의 대기에 대한 첫 번째 탐사는 아직 오지 않았다"고 말했다. NASA의 유로파 클리퍼(Europa Clipper) 탐사선은 2024년 10월에 발사될 예정이다. 이 탐사선의 주요 목표는 유로파가 거주 가능한지 여부를 결정하는 것이다. 유로파에 도착하면 클리퍼 탐사선은 유로파 표면, 기;ㅍ은 ㅁ내부, 얇은 대기, 지하 바다와 잠재적으로 더 작은 활성 통풍구에 대해 자세한 조사를 수행항 계획이다.
- 산업
2024-03-12
[퓨처 Eyes(26)] 소형 원자로 건설 혁명, 획기적인 전자빔 용접으로 1년 공정 하루로 단축

소형 모듈 원자로(SMR) 건설에서 1년 걸리는 공정을 하루 만에 끝낼 수 있는 획기적인 전자빔 용접 기술이 개발됐다. 영국 대형 제조회사 셰필드 포지마스터스(Sheffield Forgemasters)는 풀사이즈 소형 모듈형 원자로(SMR) 용기를 일반적인 공정 기간인 12개월이 아닌 단 24시간 만에 용접에 성공하면서 소형 원자로 건설 시장이 급변하고 있다. 이 획기적인 기술은 소형 원자로 보급에 엄청난 파급력을 가져올 것으로 예상된다. 소형 원자로(Small Modular Reactor, SMR·소형 모듈 원전)는 그 이름처럼 작은 크기의 원자로를 의미하며, 경제성, 유연성, 안전성, 확장성 등의 장점을 지닌다. 특히, 최근 급격한 기후 변화의 위협으로 탄소 배출을 최소화하는 에너지원에 대한 수요가 급증하면서 미래의 주요 전력 공급 수단으로 주목받고 있다. 소형 원자로는 기존 대규모 토목 프로젝트 형태의 원자력 발전소 건설 방식을 공장 생산 방식으로 전환해 원자력 산업에 혁명을 일으킬 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 모듈형 원자로는 표준화된 설계로 대량 생산이 가능하며, 지역 수요에 맞게 필요한 수만큼 설치할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 또한, 기존 원자로와 달리 엄청나게 비싼 건물이 필요하지 않아 경제성이 높다. 소형 원자로는 원자력 연료 재사용 기술을 통해 연료 수명을 연장하고 방사성 폐기물 발생량을 감소시킨다. 이는 지속 가능한 에너지 공급을 위한 중요한 기술로 평가된다. 또한, 초기 투자 비용이 상대적으로 적기 때문에 소규모 전력 시장과 개발도상국에서도 원자력 발전 도입이 용이해진다. 소형 원자로는 크기와 디자인의 유연성을 바탕으로 외딴 지역, 도시 인근, 심지어 산업 시설 내부에도 설치가 가능하다. 대부분의 부품은 공장에서 사전 제작되어 현장 설치 과정을 빠르고 효율적으로 진행할 수 있다. 필요에 따라 여러 개의 소형 원자로를 한 지역에 설치해 발전 용량을 조절할 수 있어, 전력 수요 변동에 유연하게 대응하고 안정적인 전력 공급을 가능하게 한다. 소형 원자로는 앞서 언급된 장점들로 인해 투자자들에게 상업적으로 매력적인 대안으로 떠오르고 있다. 특히, 전통적인 대형 원자로에 비해 빠른 수익 회수가 가능하다는 점에서 투자 가치가 높게 평가된다. 혁신적인 국소 전자빔 용접(LEBW) 기술 모든 규모의 원자로 건설에서 발생하는 주요 과제는 원자로 노심을 담는 용기를 용접하여 외부 환경과 격리하는 것이다. 기존 용접 기술은 이 작업에 1년 이상 소요되었지만, 셰필드 포지마스터스는 국소 전자빔 용접(LEBW) 기술을 통해 하루 만에 완료하는 획기적인 결과를 달성했다. 국소 전자빔 용접은 국소 진공 상태에서 고출력 전자총을 사용해 고에너지 밀도 융합 공정을 통해 두 개의 금속 조각을 용접하는 혁신적인 기술이다. 기존 용접 방식에 비해 작업 효율을 95% 향상시키고, 깊은 침투와 높은 깊이 대 너비 비율을 구현할 수 있다. 셰필드 포지마스터스는 지난 2월 20일 국소 전자빔 용접 기술을 이용해 직경 3미터, 두께 200밀리미터(8인치)의 벽을 결함 없이 저렴하게 용접하는데 성공했다고 밝혔다. 또한, 혁신적인 슬로핑 인 및 아웃 기술을 통해 용접 시작과 마무리 과정을 개선했다. '슬로핑 인(Sloping In)'은 원자로 용기 내부의 핵연료봉을 용기 벽면에서 중심부로 향해 경사지게 배치하는 방식이다. 핵연료봉 간 간격을 넓히고 중심부 밀도를 높여 핵연료 활용도를 극대화하고, 냉각재 흐름 개선으로 냉각 효율을 높여 과열 위험을 낮춘다. 핵출력 증가 또한 가능하다. '슬로핑 아웃(Sloping Out)'은 '슬로핑 인'과 반대로 핵연료봉을 배치하는 방식이다. 핵연료봉 간 간격 확대로 냉각 효율을 높이고 핵연료봉 밀도 감소로 핵출력을 조절하여 안전성을 강화한다. 또한, 용기 내부 공간 확보에도 유리하다. 셰필드 포지마스터스의 수석 개발 엔지니어이자 프로젝트 책임자인 마이클 블랙모어는 "이 기술이 원자력 산업에 미치는 영향은 기념비적이며, 잠재적으로 고비용의 용접 공정을 없앨 수 있다"고 강조했다. 블랙모어는 "LEBW 기술은 용접 접합부가 모재(parent material, 원물질)를 완벽하게 복제하기 때문에 용접 검사의 필요성을 줄일 수 있다는 점에서 획기적이다. 또한 영국과 전 세계 SMR 원자로의 상용화 속도를 크게 높일 수 있다"고 설명했다. 세계 최초로 성공적인 전자빔 용접 시연을 완료한 셰필드 포지마스터스는 수십 년 동안 정체되었던 영국 원자력 산업에 새로운 활력을 불어넣을 것으로 기대된다. 이 기술은 앞으로 핵잠수함용 원자로, 시범 발전소, 핵연료 처리 분야뿐만 아니라 SMR 원자로 건설에도 적용될 수 있다. 영국 정부는 이제 롤스로이스가 건설할 모듈형 원자로 15기를 포함한 새로운 원전 건설 계획을 통해 원자력 르네상스를 이끌 계획이다. 셰필드 포지마스터스의 혁신적인 전자빔 용접 기술은 이러한 계획의 성공적인 실행에 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. 한국 소형원자로 건설 현황 원전 강국인 한국도 세계적인 추세인 소형 모듈 원전 건설을 주도하고 있다. 우리나라 원전 산업의 중심지인 경상남도는 지난 2월 28일 정부의 원전 산업 집중 육성 방침에 발맞춰 핵심 전략을 담은 '경상남도 원전 산업 육성 방안'을 발표했다. 이에 앞서 2월 22일 윤석열 대통령은 경남도청에서 열린 '다시 뛰는 원전산업, 활력 넘치는 창원·경남'이라는 주제의 14번째 민생토론회에 참석했다. 이 자리에서 정부는 원전 생태계 완전 복원, 소형 모듈 원자로(SMR) 독자기술 개발, 경남도·창원시를 글로벌 SMR 클러스터로 육성한다는 구체적인 계획을 공개했다. 경상남도는 정부의 정책 방향에 적극적으로 호응하며, 정부 지원과 별도로 지역 원전 기업에 대한 경영 및 시설 자금 중심의 금융 지원을 강화하겠다는 방침을 밝혔다. 이는 지역 원전 산업의 경쟁력 강화와 지속가능한 성장을 위한 중요한 발걸음이 될 것이다. 경상남도는 SMR 제조 기술, 신형로 설계, 친환경 원전 해체 기술 등 6개 원전 기술을 조세 특례 제한법에 명시된 '국가 전략 기술'로 지정해 달라고 정부에 건의할 예정이다. 또한 경상남도는 SMR 혁신 제작 기술 정부 공모 사업에 지역 업체 참여를 추진하는 등 SMR 독자 기술 확보를 위해 적극적인 노력을 기울일 계획이다. 이를 통해 지역 기업의 경쟁력 강화와 SMR 산업 발전을 동시에 도모할 수 있을 것으로 보인다. 아울러 경상남도는 창원 방위·원자력 융합 국가 산업 단지 조속 추진, 원자력 산업 종합 지원 센터 신설, 원자력 연구원 분원 및 글로벌 SMR R&D 센터 유치 등을 통해 글로벌 SMR 클러스터로 발돋움할 수 있는 구체적인 청사진을 제시했다. 경상남도는 창원시를 중심으로 세계 유일하게 원자력 발전소 주기기 일괄 생산이 가능한 창원 국가 산업 단지 내 두산 에너빌리티를 비롯해 300여 개 협력 업체가 자리잡고 있다. 원자력 발전소 주기기는 원자로, 증기발생기, 터빈, 발전기, 냉각 시스템 등 원자력 발전의 핵심 과정에서 주요한 역할을 하는 장치들을 말한다. 걍상남도는 이러한 유리한 조건을 바탕으로 차세대 원전의 글로벌 제조 거점으로 도약할 수 있는 잠재력을 갖추고 있다. 류명현 경남도 산업국장은 "대통령이 참석한 경남 민생 토론회의 핵심은 경남도·창원을 글로벌 SMR 클러스터로 육성한다는 것이었다"며 "정부 정책에 맞춰 경남이 차세대 원전 글로벌 제조 거점이 되도록 노력하겠다"라고 밝혔다.
- 포커스온
2024-03-07
삼성·LG전자, 독일 'iF 디자인 어워드' 104개 부문 수상…디자인 탁월성 입증

삼성전자와 LG전자가 세계 3대 디자인상 중 하나인 독일 국제 디자인 공모전 'iF 디자인 어워드 2024'에서 104개 부분을 수상하며 디자인 우수성을 입증했다. 삼성전자는 OLED TV(모델명 S95C)와 갤럭시 Z 플립5 메종 마르지엘라 에디션 패키지로 금상을 수상하는 등 제품 부문에서 38개, 사용자 경험(UX) 및 사용자 인터페이스(UI) 부문에서 16개, 콘셉트 부문에서 10개, 커뮤니케이션 부문에서 9개, 패키지 부문에서 1개, 서비스 부문에서 1개 등 총 75개의 상을 수상했다고 29일 발표했다. 극도로 얇은 두께를 가진 금상 수상 OLED TV는 벽면에 매립된 듯한 설치를 통해 빈틈없는 결합을 이루고, 이는 감각적인 몰입감을 극대화하는 경험을 제공한다. 콜라보레이션의 새로운 장을 여는 갤럭시 Z 플립5 메종 마르지엘라 에디션은 프랑스 패션 브랜드 '메종 마르지엘라'와 두 번째로 협업한 제품으로 특별 제작된 패키지 박스를 통해 마치 수납함에서 옷을 꺼내는 듯한 언박싱(Unboxing) 경험할 수 있다. 패브릭 질감의 종이와 브랜드의 정수를 담은 디자인은 고급스러운 촉감과 함께 감각적인 경험을 제공한다. 혁신적인 세탁·건조 시스템을 갖춘 올인원 솔루션 '비스포크 AI 콤보', 예술과 기술의 조화로운 결합을 보여주는 액자형 스피커 '뮤직 프레임', 혁신적인 커버 스크린 사용 경험을 제공하는 폴더블 스마트폰 '갤럭시 Z 플립5'와 '갤럭시 Z 폴드5' 등이 수상했다. 사용자 중심의 지능형 서비스 플랫폼 '삼성 나우 플러스', AI 기반 최적화된 몰입형 사운드 시스템 'Q 심포니', 리뉴얼된 사용자 친화적인 인터페이스의 '디자인삼성 웹사이트' 등이 우수 디자인에 선정됐다. 노태문 삼성전자 디자인경영센터장(사장)은 "제품의 본질적인 가치를 드러내는 디자인을 최우선으로 생각한 결과"라고 밝히며 "끊임없는 디자인 발전을 통해 소비자 중심의 디자인 철학을 실천하고, 감성적인 가치를 더하는 디자인으로 소비자의 변화하는 라이프스타일과 조화를 이루고 의미있는 고객 경험을 제공하겠다"고 강조했다. LG전자, 29개 부문 수상 LG전자는 2024년 iF 디자인 어워드에서 제품 부문 22개, UX 부문 7개 등 총 29개의 상을 휩쓸며 디자인 경쟁력을 다시 한번 입증했다. 국내 최초 히트펌프 방식 올인원 세탁건조기인 'LG 시그니처 세탁건조기'는 제품 부문과 UX 부문에서 모두 상을 받으며 혁신적인 디자인과 사용자 친화적인 경험을 인정받았다. 이 외에도 제품 부문에서는 LG 본보야지, LG 마이크로 LED TV, LG 스탠바이미 고, LG 클로이, LG 전기차 충전기 등이 디자인 우수성을 인정받았다. UX 부문에서는 LG 아트쿨 에어컨 등이 사용자 중심의 디자인으로 돋보였다. 1953년부터 시작된 iF 디자인 어워드는 세계 3대 디자인상 중 하나로, 제품, 패키지, 커뮤니케이션, 콘셉트, 인테리어, 건축, 서비스 디자인, UX, UI 등 총 9개 부문에서 디자인 차별성과 영향력을 종합적으로 평가한다. 삼성전자와 LG전자의 이번 수상은 끊임없는 디자인 혁신을 통해 사용자에게 최고의 가치를 제공하려는 노력의 결과다.
- 산업
2024-02-29
[신소재 신기술(6)] 지열로 대기 중 이산화탄소 직접 회수하는 기술 개발

미국 과학자들이 청정 지열에너지를 이용해 대기 중 이산화탄소를 직접 회수하는 획기적인 기술을 개발했다. 지열에너지는 지구 내부의 열을 활용하는 지속 가능한 에너지원 중 하나다. 지구 내부의 열은 주로 지구의 형성 과정에서 발생한 열, 방사성 붕괴로 인해 발생하는 열, 그리고 마그마의 이동 등 지구 내부의 압력으로 인한 열 등이 있다. 26일(현지시간) 싱크 지오에너지에 따르면 오하이오 주립대 연구팀이 개발한 'DACCUS'라는 시스템은 회수를 위한 에너지를 지열로 충당함으로써 깨끗하고 안전하게 공기에서 이산화탄소를 제거할 수 있다고 한다. 연구팀이 수행한 연구에 따르면 직접 공기 CO₂ 포집 기술(DACC)과 CO₂ 플룸 지열을 결합한 시스템을 개발하는 방법을 제안했다. 이들은 CO2 배출량이 거의 없이 대규모 CO2 제거가 가능한 기후 친화적인 직접 공기 CO₂ 포집, 활용 및 저장(DACCUS) 시스템을 만들 수 있다. 대기 중 이산화탄소를 회수해 지하에 가두는 기술은 대량의 에너지를 필요로 하기 때문에 잘 못하면 오히려 이산화탄소를 배출하는 결과를 초래할 수 있다. 사례 연구 분석 결과, 지층의 두께가 100미터 이상이며 최대 CO₂ 주입 속도가 연간 1MtCO2/유정으로 제한되는 조건에서, 5년간의 초기 활성화 기간(priming period)이 충분한 것으로 나타났다. 보다 두꺼운 지층의 경우, CO₂ 플룸의 지열 시스템 활용에 앞서, 5년 이상의 기간 동안 지질학적 CO₂를 저장해야 한다. 이산화탄소 포집-지하 저장 기술 지구 온난화의 주요 원인 중 하나는 화석 연료의 연소로 인해 대기 중으로 방출되는 이산화탄소다. 따라서 지구 온난화를 억제하기 위해서는 탄소 중립, 즉 탄소 배출을 줄이거나 제로(0)로 만드는 것이 중요하다. 그러나 인간의 활동에는 에너지가 필수적이기 때문에, 이산화탄소 배출을 완전히 제로로 줄이는 것은 현실적으로 어려운 과제다. 이 문제에 대한 창의적인 접근 방법 중 하나는 배출된 이산화탄소를 포집하여 지하에 저장하는 기술, 즉 '이산화탄소 포집 및 저장(CCS)' 기술이다. 이 기술은 대기 중으로의 이산화탄소 방출을 줄이는 데 기여할 수 있다. 그러나 기존의 CCS 기술은 이산화탄소 포집 효율이 낮아, 실제로는 예상과 다르게 이산화탄소 배출을 증가시킬 수 있는 역효과를 낳을 가능성이 있다. 지열에너지를 활용하면 이산화탄소를 포집하면서 동시에 발전을 진행할 수 있다. 오하이오 주립대 연구팀은 이 점에 착안해 '이산화탄소 포집 및 저장(CCS)' 기술에 지열 에너지를 통합하여 운영하는 새로운 접근 방식을 개발했다. 이들이 도입한 시스템은 'DACCUS'(직접 공기 중 이산화탄소 포집 및 활용 저장)로, 대기 중에서 직접 이산화탄소를 분리해내고 이를 지하에 저장하는 동시에, 지열을 활용해 이 과정에 필요한 에너지를 충당한다. 지열은 지속가능하고 청정한 에너지원으로, DACCUS 시스템은 이를 활용하여 대기 중의 이산화탄소를 효과적으로 포집하고 지하에 안전하게 저장한다. 이 과정에서 포집된 이산화탄소는 지하의 지열을 활용하여 지표면으로 열을 전달하는 데 사용한다. DACCUS의 혁신적인 장점은 이산화탄소를 단순히 저장하는 것에서 그치지 않고, 이를 활용하여 지열 발전을 촉진하고 발전 과정에서 에너지를 생산한다는 점이다. 이로 인해 지속 가능한 에너지 생산과 온실가스 감축이라는 이중의 이점을 동시에 달성할 수 있다. 멕시코만서 실증 실험 연구팀은 이 획기적인 시스템의 가능성을 증명하기 위해 지열이 풍부한 미국 멕시코만 지역에서 실증 실험을 진행하고 있다. 연구팀에 따르면, 멕시코만 연안에는 석탄 및 천연가스 발전 시설과 같은 CO₂의 점 공급원이 존재하며, 이산화탄소를 저장하기에 적합한 지질과 DACCUS를 가동하기에 충분한 지열이 있다. 이 시스템을 설치하면 효율적으로 이산화탄소를 회수할 수 있는 것으로 나타났다. 연구팀은 2050년까지 멕시코만 연안의 한 지층에 25개의 DACCUS 시스템을 가동하는 것을 목표로 하고 있다. 이를 통해 이 획기적인 기술의 가능성을 보여줄 수 있다. 그러나, 현재 DACCUS 시스템의 구축에는 몇 가지 도과제가 있다. DACCUS 기술을 효과적으로 활용하기 위해서는 초기 5년간 공장 등의 이산화탄소 배출원으로부터 배출되는 이산화탄소를 저장하는 과정이 필수적이다. 이 과정은 마치 펌프에 물을 채워야 물이 나오는 마중물과 같아서, 초기 단계에서 필요한 '프라이밍' 작업으로 볼 수 있으며, 이 단계를 완료해야만 대기 중 이산화탄소의 포집이 가능해진다. 2025년까지 DACCUS 기술을 적용할 수 있다면, 실제로 대기에서 이산화탄소를 제거하기 시작하는 시점은 2030년경이 될 것으로 예상된다. 마르티나 레베니와 제프리 M. 비엘리키의 이번 연구 전체 논문은 '환경 연구 편지 저널(Environmental Research Letters)'에 게재됐다.
- 포커스온
2024-02-27
삼성전자, 반도체업계 최초 '12단 HBM3E' 개발

삼성전자가 업계 최초로 36GB(기가바이트) 'HBM3E' 12H(12단 적층) D램 개발에 성공했다. 삼성전자는 27일 24Gb(기가비트) D램 칩을 TSV(실리콘 관통 전극) 기술로 12단까지 적층해 업계 최대 용량인 36GB HBM3E 12H를 구현했다고 밝혔다. HBM3E는 5세대 고대역폭메모리다. 삼성전자는 상반기 양산 예정인 이 제품을 통해 고용량 HBM(고대역폭메모리) 시장 선점의 '터닝포인트'로 삼겠다는 계획이다. 'HBM3E 12H'는 1024개의 입출력 통로(I/O)에서 초당 최대 1280GB의 대역폭과 현존 최대 용량인 36GB을 제공한다. 성능과 용량 모두 전작인 HBM3 8H(8단 적층) 대비 50% 이상 개선됐다. 삼성전자는 'Advanced TC NCF(열압착 비전도성 접착 필름)' 기술로 12H 제품을 8H 제품과 동일한 높이로 구현해 HBM 패키지 규격을 만족시켰다. 이 기술을 적용하면 HBM 적층 수가 증가한다. 특히 칩 두께가 얇아지면서 발생할 수 있는 '휘어짐 현상'을 최소화할 수 있는 장점이 있어 고단 적층 확장에 유리하다. 삼성전자는 NCF 소재 두께도 지속적으로 낮춰 업계 최소 칩 간 간격인 '7마이크로미터(㎛)'를 구현했다. 이를 통해 HBM3 8H 대비 20% 이상 향상된 수직 집적도를 실현했다. 또한 칩과 칩 사이를 접합하는 공정에서 신호 특성이 필요한 곳과 열 방출 특성이 필요한 곳에 각각 다른 사이즈의 범프를 적용함으로써 열 특성을 강화하는 동시에 수율도 극대화했다. 삼성전자에 따르면 이번 12단 HBM3E를 사용할 경우 GPU(그래픽처리장치) 사용량이 줄어 기업들이 총소유 비용(TCO)을 절감할 수 있다는 설명이다. 가령 서버 시스템에 HBM3E 12H를 적용하면 HBM3 8H를 탑재할 때보다 평균 34% 인공지능(AI) 학습 훈련 속도 향상이 가능하며, 추론의 경우에는 최대 11.5배 많은 AI 사용자 서비스가 가능할 것으로 기대된다. 삼성전자는 HBM3E 12H의 샘플을 고객사에 제공하기 시작했으며 올해 상반기 양산할 예정이다.
- IT/바이오
2024-02-27
[신기술 신소재(4)] 혁신적인 비독성 고품질 산화그래핀 생산 기술 개발

스웨덴 과학자들이 가장 일반적인 방법으로 생산되는 물질에 비해 결함이 훨씬 적은 그래핀 산화물을 합성하는 새로운 방법을 발견했다. 과학전문 매체 싸이키ORG는 지난 20일 스웨덴 우메오 대학 연구팀 그래핀 산화물 합성에 새로운 비독성 방법을 개발하여 기존 주요 방법보다 결함이 현저히 적은 물질을 얻는데 성공했다고 보도했다. 이전에는 유사한 품질의 그래핀 산화물을 얻기 위해서는 매우 독성이 강한 발연 질산을 사용하는 위험한 방법밖에 없었다. 그래핀 산화물은 일반적으로 산소를 제거하여 그래핀을 제조하는데 사용된다. 하지만 그래핀 산화물에 구멍이 존재하면 그래핀으로 전환될 때도 구멍이 생기게 된다. 따라서 그래핀 산화물의 품질은 매우 중요하다. 우메오 대학의 알렉산드르 탈리진(Alexandr Talyzin)박사와 그의 연구팀은 안전하게 고품질 그래핀 산화물을 만드는 방법을 발견했다. 이 연구 결과는 '카본(Carbon)' 저널에 게재됐다. 첨단 나노소재인 그래핀은 유연성, 높은 기계적 강도, 전도성 등 뛰어난 특성으로 인해 경이로운 물질로 불린다. 하지만 모든 그래핀 특성은 결함에 영향을 받는다. 그래핀 산화물로부터 제조된 그래핀은 기대보다 훨씬 낮은 기계적 특성과 전도성을 보인다. 많은 연구에 따르면 가장 많이 사용되는 '험머스(Hummers)' 방법으로 합성하면 항상 많은 결함이 생기는 것으로 나타났다. 험머스 방법은 그래핀 옥사이드(GO, graphene oxide) 제조에 널리 활용되는 대표적인 화학적 합성 기술이다. 1958년 윌리엄 험머스(William S. Hummers)와 리처드 오프만(Richard E. Offeman)에 의해 처음 소개된 이 방법은 강력한 산화제를 사용하여 그래파이트(graphite)를 산화시켜 그래핀 옥사이드를 생산하는 과정으로 이루어진다. 기존 방법들에 비해 안전성이 높고, 합성 속도가 빠르며, 환경 친화적이라는 장점을 지녀 대량 생산에 적합하며 널리 활용되고 있다. 구체적인 합성 과정에서는 황산(H2SO4)을 주요 용매로 사용하고 칼륨 퍼망가네이트(KMnO4)를 산화제로 활용한다. 엄격하게 조절된 온도 조건에서 반응을 진행하여 그래파이트를 산화시키고 그래핀 옥사이드를 생성한다. 이렇게 얻어진 그래핀 옥사이드는 물과 같은 용매에 분산될 수 있으며, 이를 통해 다양한 응용 분야와 연구에 활용될 수 있다. 특히 전자 소자, 에너지 저장 장치, 복합 재료 등 여러 분야에서 험머스 방법으로 제조된 그래핀 옥사이드의 활용도가 높아지고 있다. 훨씬 오래된 '브로디(Brodie)' 방법은 거의 구멍이 없는 그래핀 산화물을 제공하지만 아직 어떤 기업도 이 유형의 그래핀 산화물을 생산하지 않고 상업적으로 이용하지 못하고 있다. 탈리진은 "단순히 너무 위험하고 산업 생산에 적합하지 않다"고 말했다. 브로디 방법은 그래핀 옥사이드 합성에 활용되는 고전적인 화학적 방법이다. 1859년 벤저민 콜린스 브로디(Benjamin Collins Brodie)에 의해 처음 소개된 이 방법은 험머스 방법과는 차별화된 접근 방식을 통해 그래핀 옥사이드를 제조한다. 브로디 방법의 핵심은 강력한 산화제인 질산(HNO3)과 염소산(KClO3)을 사용하여 그래파이트(graphite)를 산화시키는 과정이다. 험머스 방법에 비해 긴 반응 시간과 낮은 온도 조건을 특징으로 하며, 이를 통해 높은 수준의 산화와 기능화를 가진 그래핀 옥사이드를 얻을 수 있다. 장점으로는 브로디 방법으로 제조된 그래핀 옥사이드는 험머스 방법으로 제조된 그래핀 옥사이드보다 높은 수준의 산화와 기능화 수준을 가진다. 이는 특정 응용 분야에서 유용할 수 있다. 또한 브로디 방법은 고도로 산화된 그래핀 옥사이드의 제조에 특히 적합하다. 반면, 브로디 방법의 단점은 긴 반응 시간과 위험한 산화제 사용 등이 있다. 험머스 방법에 비해 반응 시간이 길어 대량 생산에 적합하지 않다. 반응 조건을 엄격하게 제어해야 원하는 결과를 얻을 수 있다. 아울러 질산과 염소산은 위험한 산화제이며 취급에 주의가 필요하다. 브로디 방법은 주로 연구 목적으로 사용된다. 특히 고도로 산화된 그래핀 옥사이드가 필요한 경우 선택적으로 사용되고 있다. 이번 연구팀은 험머스 방법의 산(H2SO4)과 브로디 방법의 산화제(염소산 칼륨)를 결합하여 브로디 방법과 동일하게 결함이 적은 그래핀 산화물을 제조할 수 있는 새로운 방법을 발견했다. 하지만 합성 과정은 험머스 산화만큼 간단하다. 탈리진은 "이 방법은 연구팀의 바르토스 구르제다(Bartosz Gurzeda) 연구원의 이름을 따서 구르제다(Gurzeda) 방법으로 명명되어야 한다"라고 주장했다. 탈리진은 결함 없는 그래핀 산화물이 필요한 경우 구르제다 방법이 험머스 방법만큼 널리 사용될 가능성이 높다고 여긴다. 이 방법은 산소 그룹을 제거하여 그래핀을 만들거나 가스 보호 코팅, 반투과성 막, 센서 등 다양한 응용 분야에 활용될 수 있다. 최근 10여 년 동안 그래핀 산화물 자체의 응용 분야에 대한 관심도 높아지고 있다. 층층 구조의 그래핀 산화물 재료는 해수에서 간단한 여과를 통해 식수를 생산하거나 톨루엔과 같은 유해한 유기 오염 물질을 차단하면서 물만 통과시키는 반투과성 보호 코팅 제작을 위한 막 응용 분야에서 집중적으로 연구되고 있다. 탈리진은 "저희는 연구 커뮤니티가 이 새로운 그래핀 산화물을 응용 분야에 적용하여 시험하고 차이를 확인하기를 바란다. 그래핀 산화물은 하나의 물질이 아니라 다양한 특성을 가진 물질 그룹이며 무한한 새로운 응용 가능성을 제공한다"고 말했다. 한편, 그래핀은 탄소 원자가 단원자층 두께의 이차원 결정 격자를 이루며 구성된, 탁월한 특성을 지닌 신소재다. 그래핀은 동일 두께의 다이아몬드보다 강하며, 존재하는 재료 중 최고 수준의 강도를 자랑한다. 약 130GPa의 인장 강도를 가지고 있으며, 얇음에도 불구하고 압도적인 강도를 유지한다. 또한 그래핀은 탁월한 전기 전도성을 지니고 있어, 전자가 거의 무저항으로 빠르게 이동할 수 있다. 이는 그래핀을 전자 소자, 전도성 잉크, 투명 전극 등에 유용하게 활용할 수 있게 한다. 그래핀은 압도적인 열 전도성을 가지고 있어, 열을 매우 효율적으로 전달한다. 이 특성으로 그래핀은 열 관리 분야의 핵심 소재로 주목받고 있다. 그래핀은 놀라운 유연성과 높은 신축성을 동시에 지닌다. 이러한 특징은 그래핀을 플렉서블 전자기기나 착용 가능한 웨어러블 기술에 이상적인 소재로 꼽힌다. 아울러 그래핀은 극도로 높은 투명성을 가지고 있으며, 약 97.7%의 빛을 투과시킨다. 이는 터치스크린, 라이트 패널, 심지어 태양 전지판 등의 응용 분야에서 획기적인 가능성을 제시한다. 그래핀은 뛰어난 화학적 안정성을 지니고 있어, 대부분의 환경에서 산화되거나 분해되지 않는다. 이는 다양한 화학적, 생물학적 환경에서 안심하고 활용할 수 있게 한다. 이러한 그래핀의 탁월한 특성들은 전자, 에너지, 복합 재료, 바이오메디컬 분야 등 다양한 산업 분야에서 혁신적인 변화를 이끌 핵심 동력이 될 것이다.
- 포커스온
2024-02-23
토성의 위성 미마스, '지하 바다' 존재⋯생명체 존재 가능

토성의 소형 위성 미마스(Mimas)에서 지하 바다가 발견되었다는 사실은 과학계에 큰 파장을 일으켰다. 영화 '스타워즈'에 등장하는 '데스 스타(Death Star)'와 흡사한 외관을 가진 미마스에서 생명체 존재 가능성을 암시하는 바다가 발견되었다는 것은 과학적 흥미뿐만 아니라 대중의 상상력을 사로잡았다. 포브스 재팬은 미마스 내부에 바다가 존재할 수 있다는 발견이 지질학적으로 활발한 천체에만 해당될 것이라는 기존의 생각을 뒤집는, 실로 놀라운 발견이라고 지난 14일 보도했다. 프랑스 파리 천문대의 발레리 레이니 박사팀은 지난 2월 8일 과학 저널 '네이처(Nature)'에 게재된 연구에서 토성 탐사선 카시니(Cassini)의 관측 자료를 분석한 결과, 미마스가 수많은 충돌 분화구로 덮인 얼음 표면 아래에 비교적 최근에 형성되어 여전히 진화 중인 바다가 존재할 가능성이 있다고 발표했다. 지름이 390km로 토성의 주요 위성 중 가장 작으며 가장 안쪽 궤도를 22시간 만에 공전하는 미마스는 표면이 분화구(crater, 운석 충돌 등으로 생기는 거대한 구덩이)로 덮여 있고 변화가 없다는 점에서 지질학적으로 비활성 상태로 여겨져 왔다. 하지만 2010년 카시니 탐사선이 관찰한 미마스의 '흔들림(libration)' 현상은 과학자들의 관심을 끌었다. 이는 미마스 내부에 액체 상태의 물이 존재할 가능성을 시사하는 중요한 증거였다. 미마스는 표면의 광범위한 부분을 차지하는 거대한 충돌 분화구 '허셜'로 인해 영화 '스타워즈'에 등장하는 우주 요새 '데스 스타(Death Star)'와 유사한 외관을 가지고 있다. 허셜은 1789년 미마스를 처음 확인한 천문학자 윌리엄 허셜의 이름을 딴 분화구를 말한다. 하지만 미마스에서는 지질 활동의 징후가 발견됐다. 특히 남극 지역의 크레이터가 다른 지역의 크레이터보다 작게 보이는 것은, 이 지역에서 최근에 융해 현상이나 새로운 표면 형성이 일어나고 있음을 간접적으로 나타내고 있다. 일반적으로 얼음이나 다른 고체 표면 아래 존재하는 바다는 액체 상태로 인한 내부 역학이 표면에 변형을 일으키며 드러나곤 한다. 연구팀은 그러나 미마스의 경우, 표면 변화가 거의 관찰되지 않아, 그 아래에 액체 상태의 바다가 존재할 가능성이 매우 낮은 후보로 여겨졌다고 밝혔다. 카시니 탐사선의 관측 데이터를 활용한 이전 연구에서 미마스의 자전 운동과 궤도상의 흔들림 현상이 관찰됐으며, 이러한 현상을 설명하기 위해 내부에 길게 뻗은 암석 핵이 존재하거나, 심지어는 내부에 전체적으로 바다가 있을 수 있다는 가설이 제시됐다. 지질학적으로 활동하지 않는 것으로 여겨졌던 미마스 이번 연구를 요약한 논문에 따르면, 미마스의 바다는 약 20~30km 두께의 얼음층 아래에 위치하며, 형성 시기는 약 2500만 년 전보다 젊은 것으로 추정된다. 네이처에 따르면 미마스 내부에 전구적 규모의 액체 상태의 물로 이루어진 바다가 존재하는 것으로 확인됐다. 이 바다는 대략 1500만년에서 500만년 전 사이에 형성된 것으로 추정된다. 논문의 공동 저자이자 영국 런던 대학교 퀸 메리 대학의 물리화학 및 천문학 부문 명예 연구원인 닉 쿠퍼는 "이번 발견으로 미마스가 엔켈라두스나 유로파와 같이 내부 바다를 가진 위성 가운데 하나로 자리매김하게 됐다. 미마스의 바다가 특히 눈에 띄는 점은 그 젊은 나이다"라고 말했다. 미마스 내부의 바다는 토성과 미마스 간의 조류력 상호작용을 통해 탐지됐다. 연구 결과, 미마스 궤도의 불규칙성이 지하 바다에 의해 발생할 수 있는 현상이 아님을 밝혀냈다. 이 연구에는 미국 항공 우주국(NASA)의 토성 궤도 탐사선 카시니가 2004년부터 2017년까지 13년 동안 수집한 관측 데이터가 활용됐다. 미마스는 반경이 198km에 불과한 작은 천체이지만, 이번 발견이 큰 파장을 일으킬 수 있다고 포브스 재팬은 강조했다. 활발한 지질 활동의 징후가 없는 작은 위성이 숨겨진 바다를 가지고 있으며, 이로 인해 생명 유지에 필수적인 조건을 제공할 가능성이 있다는 것은, 과학자들이 태양계 어느 곳에서든 생명의 존재 가능성을 탐색할 수 있는 새로운 전망을 열어준다는 것이다. 바다 연대 젊어 생명체 없을 수도 영국의 일간지 가디언은 지난 7일 미마스의 바다 연대가 너무 젊어 생명체가 출현할 충분한 기회가 없었을 수 있다는 주장이 제기됐다고 보도했다. 가디언에 따르면 프랑스 파리 천문대의 천문학자 발레리 레이니는 미마스 내부에 따뜻한 암석과 접촉하는 물이 존재함으로써 생명체가 존재할 가능성을 완전히 배제할 수 없다고 말했다. 그러나 이 숨겨진 바다의 연대가 수천만 년에 불과하다면, 생명체가 출현할 기회가 부족했을 가능성도 있다. 레이니는 "바다의 나이가 생명체 출현에 충분히 오래되었는지 여부에 대해 아무도 확신할 수 없다"고 덧붙였다. 일반적으로 위성의 암석질 핵과 지하 바다 사이의 상호작용으로 인해 생명 유지에 필요한 화학 에너지가 생성될 수 있다고 여겨진다. 쿠퍼는 "최근에 발견된 액체 상태의 물 바다는 생명의 기원을 연구하는 학자들에게 미마스를 주요 조사 대상이 됐다"고 말했다. 미마스에서 바다가 발견되었다는 사실이 예상 밖일 수 있지만, 태양계 내 다른 행성의 위성에서 바다가 발견된 것은 이번이 처음이 아니다. 토성의 위성 엔켈라두스와 타이탄, 그리고 목성의 위성 유로파, 가니메데, 칼리스토에서 이미 행성 해양학자들이 지하 바다를 탐지해 왔다. 미마스에서의 이러한 바다 발견은 예상치 못한 장소에서 이루어졌으며, 이는 태양계 곳곳의 소형 얼음 위성에 대한 철저한 조사가 곧 시작될 것임을 시사한다.
- 산업
2024-02-16