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2024-11-22 (금)

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삼성전자, 업계 최초 '1Tb QLC 9세대 V낸드' 양산…AI 시대 초고용량 스토리지 혁신 주도

삼성전자는 12일 인공지능(AI) 시대에 필요한 대용량 서버 저장장치(SSD)를 구현하기 위한 '1테라비트(Tb) 4비트(QLC) 9세대 V낸드'를 세계 최초로 대량 생산에 돌입했다고 발표했다. 삼성의 9세대 V낸드는 '채널 홀 에칭' 기술을 통해 두 개의 낸드 층을 수직으로 쌓는 '더블 스택' 구조로 업계 최고 수준의 적층 단수를 달성했다. 채널 홀 에칭은 몰드 층을 차례대로 쌓은 후 한 번에 전자가 지나가는 통로(채널 홀)를 만드는 기술이다. 특히 이번에 개발된 QLC 9세대 V낸드는 데이터 저장 공간(셀)과 주변 회로(페리)의 크기를 최소화하여 이전 세대 QLC V낸드보다 데이터 저장 밀도를 약 86% 향상시켰다. V낸드의 적층 단수가 높아질수록 층과 층 사이, 그리고 각 층 내의 셀 특성을 균일하게 유지하는 것이 더욱 중요하다. 이에 삼성전자는 이번 V낸드 제품에 '디자인드 몰드' 기술을 적용해 이전 제품보다 데이터 보존 성능을 20% 향상시켰다고 설명했다. 디자인드 몰드는 셀의 특성을 균일하게 하고 최적화하기 위해 셀을 작동시키는 워드라인(WL) 사이의 거리를 조정하여 층층이 쌓는 기술이다. 이번 QLC 9세대 V낸드는 셀의 상태 변화를 예측하여 불필요한 동작을 줄이는 '예측 프로그램 기술' 혁신을 통해 이전 세대 제품에 비해 쓰기 성능은 두 배, 데이터 읽고 쓰는 속도는 60% 향상됐다. 또한, 낸드 셀을 구동하는 전압을 낮추고 필요한 비트라인(BL)만 감지하여 전력 소모를 최소화하는 '저전력 설계 기술'을 통해 데이터 읽기, 쓰기에 필요한 전력 소비량도 각각 약 30%, 50% 감소했다. AI 시대에는 초고속 병렬 연산을 지원하는 고대역폭 메모리(HBM)뿐만 아니라 다양한 메모리 솔루션이 필요하다. 특히 언어 모델 데이터 학습을 위해서는 방대한 데이터를 저장할 공간이 필요하며, 추론 단계에서 알고리즘이 빠르게 작동하기 위한 고성능 저장장치가 필수적이다. 삼성전자는 고성능·고용량의 QLC 9세대 V낸드가 AI 서비스의 보편화를 앞당길 수 있는 혁신적인 제품이라고 기대하고 있다. 낸드플래시는 데이터 저장의 기본 단위인 셀에 몇 개의 비트를 저장할 수 있는지에 따라 SLC(1비트), MLC(2비트), TLC(3비트), QLC(4비트) 등으로 구분됩니다. 비트 수가 증가할수록 더 많은 데이터를 저장할 수 있다. 현재 데이터센터의 규모가 커지고 막대한 양의 데이터를 빠르게 처리해야 하는 요구가 증가하면서, 업계의 주류였던 TLC에서 QLC로의 전환이 가속화되고 있다. 시장조사기관 트렌드포스는 올해 낸드플래시 매출이 작년보다 77% 증가한 674억 달러에 이를 것으로 예측했다. 특히 올해 QLC가 낸드 출하량의 20%를 차지하고, 내년에는 이 비중이 크게 증가할 것으로 전망했다. 이러한 흐름에 발맞춰 삼성전자는 AI 서버용 제품을 중심으로 제품 라인업을 강화하고 있다. 중장기적으로는 온디바이스AI, 자동차 전자장비, 엣지 디바이스 등 미래 유망 분야의 제품 라인업을 확대할 계획이다. 허성회 삼성전자 메모리사업부 플래시개발실 부사장은 "9세대 TLC 양산 4개월 만에 9세대 QLC V낸드 또한 양산에 성공함으로써 AI용 고성능, 고용량 SSD 시장이 요구하는 최신 제품군을 모두 갖추게 되었다"며 "최근 AI 용으로 수요가 급증하고 있는 기업용 SSD 시장에서의 선도적인 위치가 더욱 강화될 것"이라고 말했다.
- IT/바이오
2024-09-12
삼성전자, 업계 최박형 12나노급 모바일 D램 양산 개시…초슬림 기기 설계 혁신 이끌어

삼성전자는6일 업계 최소 두께를 자랑하는 차세대 모바일 D램, 12나노급 LPDDR5X D램 12GB(기가 바이트) 및 16GB 패키지의 양산을 시작한다고 발표했다. 이번 신제품은 두께가 단 0.65mm에 불과해, 현존하는 12GB 이상 LPDDR D램 중 가장 얇은 초박형 솔루션이다. 삼성전자는 독보적인 반도체 기술력을 바탕으로 업계 최소 크기의 12나노급 LPDDR D램을 4단으로 적층하고, 첨단 패키지 기술 및 ECM 기술을 최적화해 이러한 혁신을 이뤄냈다. 이를 통해 기존 제품 대비 두께를 약 9% 감소시키고 열저항은 21.2% 개선하는 쾌거를 달성했다. 특히, 웨이퍼 박판화 기술인 백랩(Back-lap) 공정을 극대화해 궁극의 슬림함을 구현한 점이 주목할만하다. 모바일 D램은 저전력, 고성능, 고용량 특성은 물론, 얇은 패키징 기술 또한 중요한 경쟁력으로 꼽힌다. 최근 모바일 기기의 초슬림화 및 고성능화 추세에 발맞춰 모바일 D램 역시 점점 얇아지고 있다. 이는 곧 기기 내부 발열 관리에도 직결되는 문제다. 삼성전자의 이번 신제품은 얇아진 두께만큼 확보된 여유 공간을 통해 원활한 공기 흐름을 유도하고 기기 내부 온도를 효과적으로 제어한다. 일반적으로 고성능이 필요한 온디바이스 인공지능(AI)은 발열 때문에 기기 온도가 일정 구간을 넘기면 성능을 제한하는 온도 제어 기능이 작동한다. 이번 제품을 탑재하면 온디바이스 AI 구동 시 발생하는 발열 문제를 해결해, 속도와 화면 밝기 저하 등 기기 성능 저하를 최소화하고 사용자 경험을 극대화할 수 있다. 시장조사기관 옴디아는 고성능 스마트폰에 탑재되는 모바일 D램의 유닛당 용량이 2028년까지 약 2배 이상 증가할 것으로 전망했다. 이제 LPDDR D램은 모바일을 넘어 AI 가속기, PC, 전장 등 다양한 분야에서 핵심 메모리 솔루션으로 자리매김하고 있다. 삼성전자는 이번 0.65mm 모바일 LPDDR5X D램을 모바일 애플리케이션 프로세서 및 모바일 제조사에 신속하게 공급해 저전력 D램 시장의 지배력을 강화할 방침이다. 더 나아가, 6단 구조 기반 24GB 및 8단 구조 32GB 모듈 역시 업계 최박형 LPDDR D램 패키지로 개발해 기술 리더십을 공고하 할 계획이다. 배용철 삼성전자 메모리 사업부 상품기획실장은 "고성능 온디바이스 AI 시대의 도래와 함께 LPDDR D 램의 성능 향상 뿐만 아니라 효율적인 온도 제어 역량 또한 중요한 화두로 떠올랐다" 며 "삼성전자는 시장의 지석적인 초박형 저전력 D램 개발과 고객 맞춤형 솔루션 제공을 통해 시장의 요구에 부응하고 혁신을 선도해 나갈 것이다"라고 밝혔다.
- IT/바이오
2024-08-06
삼성전자, 불확실성 속 반도체 사장 전격 교체…전영현 부회장 발탁

삼성전자가 반도체 위기 극복 핵심 전략으로 전영현(64) 미래사업기획단장(부회장)으로 반도체 사업 수장으로 전격 발탁했다. 지난해 반도체 업황 악화로 15조원에 육박하는 적자를 낸 가운데 삼성전자는 불확실성이 큰 대내외 환경 속에서 반도체 사업 경쟁력을 강화하기 위해 '원포인트' 인사를 단행한 것으로 보인다. 삼성전자는 21일 전영현 부회장을 디바이스솔루션(DS)부문장에, 전 부회장이 맡고 있던 미래사업기획단장에 기존 DS부문장이었던 경계현 사장을 각각 임명했다고 발표했다. 삼성전자는 "이번 인사는 불확실한 글로벌 경영 환경하에서 대내외 분위기를 일신해 반도체의 미래 경쟁력을 강화하기 위한 선제적 조치"라고 설명했다. '반도체 신화'의 주역인 전 신임 DS부문장은 LG반도체 출신으로, 2000년 삼성전자 메모리사업부로 입사해 D램·낸드플래시 개발, 전략 마케팅 업무를 거쳐 2014년부터 메모리사업부장을 맡아 왔다. 2017년 삼성SDI로 옮긴 전 부회장은 5년간 삼성SDI 대표이사를 맡았으며, 작년 말 인사에서 '귀환', 신설된 미래사업기획단을 맡아 삼성의 미래 먹거리를 발굴하는 데 주력해왔다. 전 부회장은 DS부문을 이끌며 기술 혁신과 조직의 분위기 쇄신을 통해 반도체 기술 초격차와 미래 경쟁력 강화에 집중할 것으로 보인다. 삼성전자는 지난해 주력인 반도체 업황 부진으로 DS부문에서 연간 14조8800억원의 적자를 기록했다. IT 수요 침체 등의 영향이 컸지만, 최근 인공지능(AI) 시장 확대로 급성장한 고대역폭 메모리(HBM) 시장에서도 SK하이닉스에 주도권을 뺏기는 등 차세대 기술 개발이나 시장 선점에 제대로 대응하지 못했다는 지적도 나오고 있다. 올해 1분기에는 전방 수요 회복과 메모리 가격 상승 등에 힘입어 2022년 4분기 이후 5개 분기 만에 흑자 전환로 돌아섰으며, HBM 5세대인 HBM3E 12단 양산 등에 속도를 내고 있다. 삼성전자는 "전 부회장은 삼성전자 메모리 반도체와 배터리 사업을 글로벌 최고 수준으로 성장시킨 주역으로, 그간 축적된 풍부한 경영 노하우를 바탕으로 반도체 위기를 극복할 것으로 기대한다"고 밝혔다. 삼성전자는 내년 정기 주주총회와 이사회를 통해 전 부회장의 사내이사 및 대표이사 선임 절차를 밟을 계획이다. 한편, 경 사장은 최근 반도체 위기 상황에서 새로운 돌파구 마련을 위해 스스로 부문장에서 물러난 것으로 알려졌다. 한종희 디바이스경험(DX)부문장과 협의하고 이사회에도 사전 보고한 것으로 알려졌다. 다만 종전에 맡고 있던 SAIT(옛 삼성종합기술원) 원장은 경 사장이 계속 담당한다. 2020년부터 삼성전기 대표이사를 맡아 적층세라믹커패시터(MLCC) 기술 경쟁력을 끌어올린 경 사장은 2022년부터 삼성전자 DS부문장을 맡아 반도체 사업을 총괄해 왔으며, 향후 미래사업기획단을 이끌며 미래 먹거리 발굴을 주도할 예정이다 삼성전자는 부문장 이하 사업부장 등에 대한 후속 인사는 검토되지 않았다고 말했다. 한편, 삼성전자 주가는 이날 오전 10시 36분 현재 7만8900원으로 보합세를 보이고 있다.
- IT/바이오
2024-05-21
SK하이닉스 "3분기, HBM3E 12단 양산…내년 생산 HBM도 완판"

곽노정 SK하이닉스 최고경영자(CEO)는 2일 "고대역폭 메모리(HBM) 시장의 리더십을 강화하기 위해 세계 최고 성능을 자랑하는 HBM3E 12단 제품의 샘플을 5월에 공급하고 3분기에는 양산을 시작한 분비가 되어 있다"고 발표했다. 곽 CEO는 "올해 HBM 생산은 이미 '솔드아웃(완판)'된 상태이며, 내년에도 대부분의 제품이 솔드아웃 상태다"라고 덧붙였다. 곽 CEO는 이날 경기도 이천에 위치한 본사에서 'AI 시대, SK하이닉스의 비전과 전략'을 주제로 열린 기자간담회에서 '앞으로 글로벌 파트너사들과의 전략적 협력을 통해 세계 최고의 맞춤형 메모리 솔루션을 제공하겠다'고 말했다. SK하이닉스가 이천 본사에서 기자간담회를 연 것은 이번이 처음이라고 연합뉴스가 전했다. 용인 클러스터 첫 팹(fab·반도체 생산공장) 준공(2027년 5월)을 3년 앞두고 열린 이날 행사에는 곽 CEO와 함께 AI 인프라 담당 김주선 사장 등 주요 경영진이 참석했다. 2027년 5월에 준공 예정인 용인 클러스터의 첫 반도체 생산공장(팹·fab) 개소를 3년 앞둔 이날 행사에는 곽 CEO와 AI 인프라 담당 김주선 사장을 포함한 주요 경영진이 참석했다. 곽 CEO는 "현재 AI는 주로 데이터센터 중심으로 구축되어 있지만, 앞으로는 스마트폰, PC, 자동차 등 다양한 디바이스에서 활용되는 온디바이스 AI로의 확산이 예상된다"며 "이러한 변화는 AI에 최적화된 고속, 대용량, 저전력 메모리의 수요를 급증시킬 것"이라고 전망했다. 지난해 전체 메모리 시장에서 약 5%를 차지했던 HBM과 고용량 D램 모듈 등 AI 전용 메모리의 시장 점유율은 2028년에는 61%에 이를 것으로 보인다. 특히 HBM 시장은 중장기적으로 연평균 약 60%의 수요 성장률을 보일 것으로 예상된다. 곽 CEO는 "올해 이후 HBM 시장은 AI 성능 향상을 위한 파라미터 증가, AI 서비스 공급자의 확대와 같은 요인으로 인해 지속적인 성장이 예상된다"며 "올해는 지난해에 비해 수요 가시성이 훨씬 높아졌다"고 설명했다. HBM 과잉 공급 우려에 대해, 곽 CEO는 "올해 증가하는 HBM 공급 능력은 이미 고객과의 협의를 마친 상태에서 고객의 수요에 맞추어 조절되므로, 과잉 공급의 위험은 줄어들 것"이라고 밝혔다. 또한 "HBM4 이후에는 맞춤형(커스터마이징) 요구가 증가하면서, 제품이 트렌드화되고 주문형 비즈니스로 전환될 것"이라고 예측했다. 김주선 사장은 "프리미엄 제품인 HBM의 생산 캐파 할당이 증가함에 따라 일반 D램 생산이 줄어들 가능성이 있으며, 하반기부터는 전통적인 응용처의 수요 개선을 통해 메모리 시장이 더욱 안정적인 성장을 이룰 것"이라고 전망했다. HBM 후발주자인 삼성전자는 지난달 30일 1분기 실적 콘퍼런스콜에서 업계 최초로 개발한 HBM3E 12단 제품을 올해 2분기 내 양산한다고 발표하며 SK하이닉스를 바짝 추격하고 있다. 이에 대해 곽 CEO는 "고객의 요구에 맞는 기술을 적시에 개발하고, 그에 따른 생산능력도 고객의 요구에 맞춰 조절할 것"이라며 "자만하지 않고, 고객과 긴밀히 협력하여 시장의 요구에 부합하는 제품을 공급할 수 있도록 할 것"이라고 강조했다. 곽 CEO는 2016년부터 올해까지 예상되는 HBM 누적 매출에 대해서는 "하반기 시장 변화 등으로 해 정확히 말할 수는 없지만, 백수십억달러 정도가 될 것"이라고 밝혔다. SK하이닉스는 HBM 핵심 패키지 기술 중 하나인 MR-MUF 기술의 우수성도 강조했다. 최우진 패키징&테스트(P&T) 담당 부사장은 "일각에서 MR-MUF 기술이 고단 적층에서의 한계를 지적하나, 실제로는 이 기술이 칩의 휨 현상을 효과적으로 제어하는 고온·저압 방식으로, 고단 적층에 가장 적합하다"고 밝혔다. 최 부사장은 이어 "현재 16단 구현을 위한 기술 개발이 순조롭게 진행 중이며, HBM4에도 고급 MR-MUF 기술을 적용하여 16단 제품을 구현할 계획이다. 하이브리드 본딩 기술도 선제적으로 검토 중이다"고 덧붙였다. HBM 리더십 확보를 위한 노력에 대해서는 최태원 회장과 SK그룹 차원에서의 선제적 투자를 강조했다. 곽 CEO는 "AI 반도체의 경쟁력은 단기간 내에 확보하기 어렵다. SK그룹에 2012년 편입된 이후, 메모리 시장이 어려운 상황에서 대부분의 반도체 기업이 투자를 줄였지만, SK그룹은 오히려 투자를 늘렸다"고 설명했다. 또한 "당시 모든 분야에 걸쳐 투자 확대 결정은 시장 개방 시기의 불확실성을 포함하는 HBM 투자도 포함하고 있었다"며 "최태원 회장의 글로벌 네트워킹은 고객사 및 협력사와의 긴밀한 관계 구축을 통해 AI 반도체 리더십 확보에 크게 기여했다"고 말했다. SK하이닉스는 AI 메모리 수요에 대응하기 위해 용인 반도체 클러스터 첫 팹 가동 전에 청주에 M15X를 짓기로 했다. M15X는 연면적 6만3천평 규모의 복층 팹으로 EUV를 포함한 HBM 일괄 생산 공정을 갖출 예정이다. SK하이닉스는 AI 메모리 수요에 대응하기 위해 용인 반도체 클러스터의 첫 팹 가동 전에 청주에 위치한 M15X 팹을 건설하기로 결정했다. M15X는 6만3000평 규모의 복층 팹으로, EUV를 포함한 HBM 일괄 생산 공정을 갖출 예정이다. M15X는 내년 11월에 준공되어 2026년 3분기부터 본격적으로 양산을 시작할 계획이다. 용인 클러스터의 부지 조성 작업도 순조롭게 진행되고 있다. 또한 미국 인디애나주에 38억7000만달러(약 5조2000억원)를 투자해 AI 메모리용 어드밴스드 패키징 생산 시설을 짓고 2028년부터 차세대 HBM 등 AI 메모리 제품을 양산할 계획이다.
- IT/바이오
2024-05-02
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
삼성전자, 이르면 9월부터 엔비디아에 12단 HBM3E 단독 공급

삼성전자가 빠르면 9월부터 엔비디아에 12단 고대역폭 메모리(HBM) 제품을 단독 공급하게 될 것이라는 소식이 전해졌다. 디지타임스가 26일(현지시간) 삼성전자는 HBM 시장에서 빠르게 입지를 다지고 있다며 최근 12단 D램을 탑재한 HBM3E 개발에 성공했다고 발표한 이후 현재 선두주자인 SK하이닉스와 마이크론을 제치고 엔비디아의 유일한 12단 HBM3E 공급업체가 될 수 있다는 보도가 나왔다고 전했다. 업계 소식통에 따르면, 삼성은 12단 HBM3E 개발에서 경쟁사를 앞질러 이르면 2024년 9월부터 엔비디아의 독점 공급업체가 될 것으로 보인다. 이에 대해 삼성은 고객 정보를 공개할 수 없다고 밝혔다. 마이크론은 2024년 2월 말, 8단 HBM3E 양산 개시를 발표했다. 삼성도 36GB 12단 HBM3E 제품 개발에 성공했다고 공개했다. 삼성은 12단 HBM3E가 8단 HBM3E와 동일한 높이를 유지하면서 더 많은 레이어 수를 자랑한다고 강조했다. 최대 1280GB/s의 대역폭을 제공하는 12단 HBM3E는 8단 HBM3에 비해 50% 이상의 성능과 용량을 제공한다. 삼성은 2024년 후반에 12단 HBM3E의 양산을 시작할 것으로 예상된다. 한편, 인공지능(AI) 칩 선두주자인 미국 반도체 기업 엔비디아의 젠슨 황 최고경영자(CEO)는 최근 'GTC 2024'에서 삼성이 아직 HBM3E의 양산에 대해 발표하지 않았음에도 삼성의 HBM이 현재 검증 단계를 거치고 있다고 확인했다. 젠슨 황 CEO는 삼성의 12단 HBM3E 디스플레이 옆에 '젠슨 승인'이라고 서명까지 해 삼성의 HBM3E가 검증 과정을 통과할 가능성이 높다는 추측을 불러일으켰다. 젠슨 황 CEO는 지난 3월 19일 엔비디아의 연례 개발자 콘퍼런스 'GTC 24' 둘째 날 삼성전자의 고대역폭 메모리(HBM)를 테스트하고 있다고 밝혔다. 황 CEO는 '삼성의 HBM을 사용하고 있느냐'라는 질문에 "아직 사용하고 있지 않다"면서도 "현재 테스트하고(qualifying) 있으며 기대가 크다"고 말했다. HBM은 D램 여러 개를 수직으로 연결해 데이터 처리 속도를 크게 높인 제품으로 고성능 컴퓨팅 시스템에 사용되는 차세대 메모리 기술이다. 방대한 데이터를 신속하고 끊임없이 처리해야 하는 생성 AI를 구동하려면 HBM과 같은 고성능 메모리가 반드시 필요한 것으로 알려져 있다. 고성능 컴퓨팅 시스템에서는 대규모 시뮬레이션과 데이터 분석 과정에 HBM을 사용한다. 아울러 고성능 그래픽 카드에서는 게임, 가상현실(VR), 증강현실(AR) 등의 그래픽 데이터를 빨리 처리하기 위해 HBM이 사용된다. HBM은 1세대(HBM)-2세대(HBM2)-3세대(HBM2E)-4세대(HBM3)-5세대(HBM3E) 순으로 개발되고 있으며, HBM3E는 HBM3의 확장 버전이다. HBM3 시장의 90% 이상을 점유하고 있는 SK하이닉스는 메모리 업체 중 가장 먼저 5세대인 HBM3E D램을 엔비디아에 납품한다고 밝혔다. SK하이닉스는 2024년 3월부터 엔비디아에 8단 HBM3E를 공식 공급하기 시작했다. SK하이닉스는 GTC 2024에서 12단 HBM3E를 선보였으며, 이르면 2024년 2월에 엔비디아에 샘플을 제공할 것으로 알려졌다. SK하이닉스는 HBM4의 성능을 향상시키기 위해 하이브리드 본딩 기술을 활용할 것이라고 밝혔다. 16단 D램을 적층해 48GB 용량을 구현할 계획이며, 데이터 처리 속도는 HBM3E 대비 40%, 전력 소비는 70% 수준에 불과할 것으로 예상된다. 삼성은 지난 2월 18일부터 21일까지 열린 '2024 국제 반도체 회로 학회(ISSCC 2024)'에서 곧 출시될 HBM4가 초당 2TB의 대역폭을 자랑하며 5세대 HBM(HBM3E) 대비 66% 대폭 증가했다고 발표했다. 또한 입출력(I/O) 수도 두 배로 증가했다.
- IT/바이오
2024-03-27
SK하이닉스, 5조3천억원 투자 미국 인디애나주 반도체 패키징공장 건설

SK하이닉스가 미국 인디애나주 서부 웨스트 라피엣에 첨단 반도체 패키징 공장을 건설할 계획이다. 월스트리트저널(WSJ)은 26일(현지시간) 소식통을 인용해 SK하이닉스가 반도체공장 건설을 위해 40억 달러(약 5조3000억 원)를 투자하며 2028년 가동을 개시할 계획이라고 보도했다. SK하이닉스 이사회는 조만간 이 결정을 승인할 것으로 알려졌다. 소식통은 이 공장 건설로 800∼1000개의 일자리가 창출되며 미국 연방정부와 주 정부의 세금 인센티브 등 지원이 프로젝트 자금 조달에 도움이 될 것이라고 설명했다. 공장이 들어서는 인디애나주 웨스트 라피엣에는 미국 최대 반도체 및 마이크로 전자공학 프로그램을 운영하는 대학 중 한 곳인 퍼듀대학이 있다. SK하이닉스는 대만 반도체 기업 TSMC와 인텔 공장이 들어서는 등 반도체 산업이 급성장하고 있는 애리조나주도 고려했으나 퍼듀대를 통해 엔지니어 풀을 확보할 수 있다는 이점을 감안해 인디애나주를 최종 선택했다고 소식통은 지적했다. 패키징은 웨이퍼 형태로 생산된 반도체를 자르고 전기 배선 등을 연결해 전자 기기에 탑재할 수 있는 형태로 조립(패키징)하는 반도체 생산의 마지막 단계다. 이에 앞서 지난 1일 영국 파이낸셜타임스(FT)는 SK하이닉스가 인디애나주를 반도체 패키징 공장 부지로 선정했으며, 이 공장은 엔비디아의 그래픽처리장치(GPU)에 들어갈 고대역폭 메모리(HBM) 제조를 위한 D램 적층에 특화한 시설이 될 것이라고 복수의 소식통을 인용해 보도했다. 세미애널리틱스의 딜런 파텔 수석 애널리스트는 "SK하이닉스 공장은 미국에서 대규모 HBM(고대역폭 메모리) 패키징을 위한 첫 번째 주요 시설이 될 것"이라고 예상했다. HBM은 D램 여러 개를 수직으로 연결해 데이터 처리 속도를 혁신적으로 끌어올린 고성능 메모리다. 방대한 데이터를 신속하고 끊임없이 처리해야 하는 생성형 AI를 구동하려면 HBM과 같은 고성능 메모리가 반드시 필요한 것으로 알려졌다. SK하이닉스는 HBM 4세대인 HBM3 시장의 90%를 점유하고 있다. SK하이닉스는 HBM 5세대인 HBM3E도 이달 말부터 AI 칩 선두 주자인 엔비디아에 공급한다고 지난 18일 밝혔다. SK하이닉스의 HBM3E는 초당 최대 1.18테라바이트(TB)의 데이터를 처리한다. 이는 풀-HD급 영화(5GB) 230편 분량이 넘는 데이터를 1초 만에 처리하는 수준이다. SK하이닉스는 현재 국내에서 HBM 칩을 생산해 패키징하고 있는데, 이 중 일부를 새로 들어서게 되는 공장에서 처리하게 되며, 이 시설에서는 또 다른 유형의 첨단 패키징도 처리될 예정이라고 소식통은 전했다.
- 산업
2024-03-27
외신 "삼성, 칩 생산에 MUF 기술 도입 계획"…삼성, 부인

삼성전자가 SK하이닉스가 사용하는 반도체 제조 기술을 도입할 계획이라는 외신 보도를 부인했다. 연합뉴스는 로이터통신을 인용해 인공지능(AI) 붐에 따른 수요 급증에 대응해 반도체 업계의 고성능 반도체 경쟁이 가열되는 가운데, 삼성전자가 경쟁사인 SK하이닉스가 사용하는 반도체 제조 기술을 도입할 계획이라고 13일 보도했다. 로이터통신은 여러 익명 소식통을 인용해 삼성전자가 최근 '몰디드 언더필(MUF)' 기술과 관련된 반도체 제조 장비를 구매 주문했다고 전했다. 하지만 삼성전자는 반도체 칩 생산에 '매스 리플로우(MR)-MUF' 기술을 도입할 계획이 없다며 이 보도를 부인했다. AI 시장의 확대로 고대역폭 메모리(HBM)에 대한 수요가 증가함에 따라, 삼성전자는 이 분야에서 SK하이닉스나 마이크론과는 달리 선두 업체인 엔비디아와 HBM 칩 공급 계약을 체결하지 못한 상황이다. 이에 로이터는 애널리스트들을 인용해, 삼성전자가 경쟁에서 뒤처진 이유 중 하나로 비전도성 필름(NCF) 방식을 고수하고 있음에 따른 생산상의 문제점을 지적했다. HBM(High Bandwidth Memory) 칩은 고대역폭 메모리 기술로, 특히 고성능 컴퓨팅, 서버, 그래픽 처리 장치(GPU) 등에서 데이터 처리 속도를 향상시키기 위해 설계된 반도체 메모리다. HBM은 기존의 DDR(Dual Data Rate) 메모리보다 더 많은 데이터를 빠르게 전송할 수 있는 것이 특징이며, 이를 통해 시스템의 전반적인 성능을 크게 개선할 수 있다. HBM 기술은 여러 개의 메모리 레이어를 수직으로 적층하여 3D 패키징을 구현한다. 이러한 구조는 메모리 칩 사이의 거리를 단축시켜 데이터 전송 속도를 높이고, 전력 소모를 줄이며, 공간 효율성을 개선하는 장점이 있다. HBM 메모리는 그래픽 카드나 고성능 컴퓨팅 분야에서 요구되는 고대역폭과 낮은 전력 소모 요구 사항을 충족시키기 위해 널리 사용되고 있다. 반대로, SK하이닉스는 NCF 방식의 문제점을 해결하기 위해 MR-MUF 방식으로 전환했으며, 결과적으로 엔비디아에 HBM3 칩을 공급하는 성과를 이루었다. 현재 시장에서는 삼성전자의 HBM3 칩 수율이 약 10∼20% 정도인 반면, SK하이닉스의 수율은 60∼70%에 달한다고 추산된다. 삼성전자는 MUF 재료 공급을 위해 일본의 나가세 등 관련 업체와 협상 중인 것으로 알려졌다. 한 소식통에 따르면, 삼성전자가 추가적인 테스트를 진행해야 하기 때문에 MUF를 사용한 고성능 칩의 대량 생산이 내년까지는 어려울 것으로 예상했다. 또 다른 소식통은 삼성전자의 HBM3 칩이 엔비디아에 공급되기 위한 과정을 아직 통과하지 못했다고 밝혔다. 소식통에 따르면 삼성전자가 HBM 칩 생산에 기존 NCF 기술과 MUF 기술을 모두 사용할 계획이라고 전하기도 했다. 한편, MUF(Molded Underfill) 기술은 반도체 칩과 기판 사이의 공간을 채우기 위해 사용되는 고급 패키징 기술이다. 이 기술은 반도체 칩을 기판에 장착한 후, 칩과 기판 사이의 미세한 공간에 특정 물질을 주입하여 경화시키는 과정을 포함한다. MUF 기술은 칩의 열 관리를 개선하고, 기계적 강도를 증가시키며, 전기적 성능을 향상시키는 데 도움을 준다. 또한, 이 기술은 칩의 신뢰성을 높이고, 고밀도 패키징이 요구되는 반도체 제품에서 특히 유용하게 사용된다. NCF(Non-Conductive Film) 기술은 반도체 칩과 기판 사이의 연결 공정에서 사용되는 비전도성 필름을 말한다. 이 기술은 반도체 칩의 미세한 배선 패턴과 기판 사이를 연결할 때 사용되는데, 특히 고밀도 패키징 어셈블리에서 중요한 역할을 한다. NCF는 전기적으로는 비전도성이면서 열적, 기계적 성질을 개선해주어 칩의 신뢰성과 성능을 높이는 데 기여한다. 플립 칩(Flip-chip) 기술과 같은 패키징 공정에서 사용되며, 칩과 기판 사이의 미세한 불균일을 채우고, 열 확산을 도와주며, 기계적인 스트레스를 줄여주는 역할을 한다.
- IT/바이오
2024-03-13
수돗물 끓이면 미세플라스틱 해결 가능⋯생수 1리터에 24만개 플라스틱 입자 함유

수돗물을 끓여 마시는 것이 미세 플라스틱을 제거할 수 있는 해결책이 될 수 있다는 연구 결과가 발표됐다. 지난 2월 28일(현지시간) 미국 매체 더 힐에 따르면 뉴욕주 컬럼비아 대학 연구원들이 수돗물을 끓이면 물에 존재하는 가장 일반적인 세 가지 플라스틱 화합물(폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌)의 최소 80% 이상을 분해할 수 있음을 밝혀냈다. 이 연구 결과는 이미 동아시아 국가에서 흔히 사용하는 끓인 수돗물을 마시는 것이 플라스틱 병에 든 물을 마시는 것보다 더 안전할 수 있음을 시사한다. 컬럼비아 대학의 연구팀은 지난 달 연구에서 플라스틱 병에 든 물 1 리터당 최대 25만 개의 나노 플라스틱 조각이 포함될 수 있다고 밝혔다. 연구팀은 지난 1월 생수 내 나노입자의 화학 구조를 관찰, 계산, 분석할 수 있는 새로운 기술을 개발했다. 이 기술에 대한 연구 결과는 '미국 국립과학원 회보(Proceedings of the National Academy of Sciences)' 저널에 1월 8일 발표됐다. 당시 연구에 따르면, 표준 크기의 생수 1리터의 물에는 평균 24만 개의 플라스틱 입자가 포함되어 있으며, 이 중 90%가 나노플라스틱으로 구성되고 나머지 10%는 마이크로플라스틱으로 확인됐다. 나노입자는 그 크기가 매우 작아 현미경으로는 볼 수 없는 것으로 알려져 있다. 전문가들은 인간 머리카락의 평균 너비보다 1000배 더 작은 나노플라스틱이 소화기관이나 폐 조직을 통해 혈류로 이동, 전신과 세포에 잠재적으로 유해한 화학 물질을 퍼뜨릴 수 있다고 경고했다. 미세 플라스틱은 0.2인치(약 5mm) 미만에서 2만 5000분의 1인치(약 1마이크로미터)에 달하는 다양한 크기의 폴리머 조각을 말한다. 이보다 훨씬 작은 나노플라스틱은 10억분의 1미터(나노미터) 단위로 측정된다. 이 연구를 이끈 팀은 미국에서 판매되는 인기 있는 생수 브랜드 세 개에서 리터당 300개가 아닌 11만 개에서 37만 개 사이의 실제 플라스틱 조각이 포함되어 있다는 것을 발견했다. 그러나 연구자들은 어떤 브랜드의 생수를 분석했는지 구체적으로 밝히지 않았다. 공동 저자이자 환경 화학자인 컬럼비아 대학교 라몬트-도허티 지구 천문대의 부교수인 베이잔 얀(Beizhan Yan)은 지난 1월CNN에 "이 새로운 기술을 통해 실제로 물속에서 수백만 개의 나노 입자를 볼 수 있었으며, 이는 무기 나노 입자, 유기 입자 및 우리가 조사한 7가지 주요 플라스틱 유형 외에도 다른 플라스틱 입자일 수 있다고 말했다. 끓인 물, 플라스틱 제거 효과 컬럼비아 대학교 연구팀은 이번에는 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등 물에서 발견되는 세 가지 화합물에 대한 끓인 물의 영향을 조사했다. 이 화합물들은 완전히 분해되지 않기 때문에 바이러스 크기와 비슷한 나노 플라스틱으로 분해되어 인체 세포 기관과 장벽을 통과하며 위해를 끼칠 수 있다. 테스트된 화합물 중 가장 우려되는 것은 장에 염증을 일으키고 적혈구를 죽일 수 있는 폴리스티렌이다. 나머지 두 가지 화합물은 대체로 안전하다고 여겨지지만, 내분비학자들은 플라스틱의 안전성 여부를 판단하는 방법론에 심각한 문제가 있다고 주장했다. 연구에서 과학자들은 이 세 가지 플라스틱 화합물을 탄산 칼슘과 마그네슘 함량이 높은 미국 일반적인 담수 유형인 "경수"에 넣었다. 이러한 화합물은 주로 탄산 칼슘으로 구성된 지하 석회암 퇴적층의 공동에서 뽑아낸 지하수의 특징이다. 플라스틱이 포함된 물을 끓이면 이 탄산칼슘이 대부분의 미세 플라스틱 주위에 작은 덩어리를 형성하여 플라스틱을 캡슐화하고 무해하게 만든다. 연구 보고서는 "이 간단한 끓인 물 전략은 가정 수돗물에서 나노 및 미세 플라스틱(NMP)을 '제염'할 수 있으며 수돗물 섭취를 통한 인체 섭취를 무해하게 완화시킬 수 있는 잠재력이 있다"고 기술했다. 모든 플라스틱 폴리머 제거가 과제 하지만 이 연구에는 상당한 한계가 있다. 과학자들은 세 가지 가장 일반적인(폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 경우 가장 안전한) 플라스틱 폴리머만 조사했다. 지난달 연구에서 병에 든 물에서 발견된 심각한 우려 대상인 염화비닐은 연구에 포함되지 않았다. 또한 물을 끓여도 모든 폴리머를 제거하지 못했다. 내분비학회는 지난 26일 보고서에서 플라스틱 입자는 많은 중요한 생물학적 시스템을 실행하는 화학 메신저와 매우 유사하고 이러한 시스템은 매우 민감하기 때문에 안전한 노출 수준이 없을 수 있다고 밝혔다. 게다가 내분비학회와 같은 과학자들은 플라스틱 화합물 자체를 넘어서는 위험 외의 사항에 주목하고 있다. 이러한 폴리머는 종종 내분비, 순환 및 생식 시스템에 피해를 입힐 수 있는 BPA, PFAS 및 프탈레이트와 같은 '가소제'와 혼합된다는 사실에 점점 더 초점을 맞추고 있는 것. 끓는 물로 이러한 물질이 분해되는지는 확실하지 않다. 이 연구는 플라스틱 폴리머만 조사했을 뿐 이러한 잠재적 첨가제는 조사하지 않았다. 또한 물을 끓여서 미세플라스틱을 제거하는 방법을 사용하려면 경수 또는 탄산칼슘을 첨가해야 하는데, 이는 보편적이지 않은 방법이다. 그럼에도 불구하고 지난달 생수 속 미세 플라스틱에 대한 연구 결과를 종합하면, 이본 연구는 적어도 일부 형태의 플라스틱 오염으로부터 보호하는 방법에 대한 잠재적인 해답을 제시했다. 이번 연구는 2월 28일 '환경 연구 편지(Environmental Research Letters)'에 게재됐다.
- 생활경제
2024-03-01
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
美 MIT, 액체 금속 이용한 고속 3D 프린팅 기술 개발

미국 매사추세츠 공과대학(MIT) 연구진이 액체 금속을 사용해 대형 알루미늄 부품을 몇 분 만에 제작할 수 있는 새로운 3D 프린팅 기술을 개발했다고 미국 기술 전문 매체 엔가젯(Engadget)이 최근 보도했다. 액체 금속을 활용한 이 3D 프린팅 기술은 기존 금속 3D 프린팅 기술에 비해 상당한 시간 단축이 가능하며, 대형 알루미늄 부품을 빠르게 제작할 수 있다. 이 기술은 이미 테이블 다리와 의자 프레임 등 가구 부품 제작에 사용되고 있다. '액체 금속 프린팅(Liquid Metal Printing, LMP)'으로 불리는 이 기술은 용융된 알루미늄을 미리 정의된 경로를 따라 작은 유리 비드 층 위로 분사하는 방식으로 작동한다. 이 유리 비드들은 알루미늄이 빠르게 굳어지며 3D 구조를 형성하도록 한다. 연구팀은 이 기술이 기존 금속 제조 공정보다 최소 10배 더 빠르다고 밝혔다. 그러나, 해상도가 낮은 한계로 인해 복잡한 형상의 부품 제작보다는 저해상도의 부품 제작에 더 적합하다는 설명이다. 연구팀은 저해상도 한계가 미세한 디테일이 필수적이지 않은 더 큰 구조물의 구성 요소 제작에는 심각한 문제가 되지 않을 것이라고 말했다. 이러한 구성 요소에는 가구 부품뿐만 아니라 건설 및 산업 디자인 부품도 포함된다. 예를 들어, 액체 금속 프린팅 기술을 통해 테이블 다리 등과 같은 가구 부품을 몇 분 만에 제작할 수 있다. 이와 함께, 건물이나 공장 구조에 필요한 대형 알루미늄 부품의 제작도 가능하다. 이 기술이 아직 초기 단계임에도 불구하고, 금속 제조 분야에서 혁신적인 가능성을 제시하고 있다는 평가를 받고 있다. 액체 금속 프린팅의 한계 액체 금속 프린팅으로 제작된 부품은 해상도가 낮음에도 불구하고 높은 내구성을 지니며 추가 가공을 견딜 수 있는 것으로 나타났다. 연구팀은 이 기술로 제작된 제품이 기존의 와이어 아크 적층 제조 방식으로 제작된 제품보다 내구성이 뛰어나다고 보고했다. 또한, 연구팀은 빠른 속도와 높은 해상도가 동시에 필요한 작업에 대해 액체 금속 프린팅 기술을 다른 기술과 결합하는 것을 권장했다. 이 기술은 알루미늄 외에도 다양한 금속에 적용 가능하다. 연구팀은 알루미늄을 선택한 주된 이유로 건축 분야에서의 인기와 재활용 용이성을 들었다. 연구팀은 가열 과정의 일관성을 향상시키고, 금속의 고착 문제를 방지하며, 용융 금속의 흐름을 더 정밀하게 제어하기 위해 이 기술을 지속적으로 개선하는 작업을 계획하고 있다. 특히, 더 큰 노즐 직경으로 인해 불규칙한 인쇄를 일으키는 문제를 해결하는 것도 연구 과제 중 하나다. 연구팀은 이 기술이 금속 제조 분야에서 중대한 변화를 일으킬 수 있는 '게임 체인저'가 될 것으로 기대하고 있다. 최근 몇 년 동안 3D 프린팅 기술은 눈에 띄게 발전했다. 과학자들은 신체에 삽입되어 손상된 조직을 복구하고 청소할 수 있는 작은 3D 프린터를 개발했다. 또한 인간 심장의 작동 가능한 부분을 3D 프린팅하는 데 성공했다. 액체 금속 인쇄 기술이 상용화되면 기존 금속 제조 방식보다 부품을 훨씬 빠르고 효율적으로 제작할 수 있는 가능성을 열게 된다. 이는 제조업체의 생산성을 크게 향상시키고, 제품 비용을 절감하는 데 기여할 것으로 예상된다. 한국의 액체 금속 3D 프린팅 현황 그렇다면 한국의 액체 금속 3D 프린팅 기술은 어느 단계까지 왔을까. 국내 액체 금속 3D 프린팅 기술에 대한대표적인 연구기관으로는 한국과학기술원(KAIST), 한국생산기술연구원(KITECH), 한국전자통신연구원(ETRI) 등이 있다. KAIST에서는 액체 금속을 활용한 3D 프린팅용 합금 개발에 주력하고 있다. 이 합금은 기존의 금속 프린팅 합금에 비해 내구성과 인장 강도가 뛰어난 것으로 평가되어, 건설, 자동차, 항공우주 등의 분야에서의 응용 가능성이 기대된다. KITECH에서는 액체 금속 프린팅 기술을 통해 자동차 부품 제작에 관한 연구를 수행 중이다. 이 연구는 자동차 부품의 제조 공정 단축과 품질 개선을 목표로 하고 있다. 한국전자통신연구원의 경우, 인공지능(AI)을 적용한 3D 프린팅 시스템 개발에 착수했다. 이 시스템은 AI를 활용해 3D 프린팅 공정을 최적화하고, 부품 제조의 효율성 및 품질을 향상시키는 데 중점을 두고 있다. 이러한 연구 개발 노력을 바탕으로, 한국에서의 액체 금속 인쇄 기술 상용화 가능성이 점점 더 커지고 있다.
- 산업
2024-02-01
합금의 한계를 뛰어넘는 레이저 제작 금속

미국 에너지부(DOE)의 오크리지 국립 연구소(ORNL) 연구팀은 레이저 기반 적층 제조(AM)를 사용하여 더 강하고 파손 가능성이 적은 고엔트로피 합금을 개발했다. 적층 제조는 금속 분말을 레이저나 열 등으로 녹여서 원하는 모양의 구조물을 만드는 공정으로, 3D 프린팅이라고도 한다. 미국의 과학기술 전문 매체인 사이테크데일리(SciTechDaily)에 따르면 연구원들은 다섯 가지 이상의 원소를 일정 비율로 혼합하여 고엔트로피 합금(HEA)이라는 내구성 있는 합금을 개발했다. 고엔트로피 합금은 심각한 마모 저항성, 극한의 온도와 방사선, 높은 응력을 견딜 수 있는 특성으로 인해 다양한 산업 분야의 사용이 기대된다. 그러나 기존의 3D 프린팅으로 만든 고엔트로피 합금은 강도는 높지만 연성이 부족해 성형하기 어렵고 하중이 가해질 때 쉽게 파손될 수 있다는 단점이 있다. 이는 합금의 응용 범위를 제한하는 문제점 중 하나다. 새로운 고엔트로피 합금의 특징 연구팀은 레이저 기반 적층 제조 공정을 활용하여 나노미터 두께의 나노 라멜라 구조를 가진 새로운 고엔트로피 합금을 개발했다. 이 나노 라멜라는 서로 다른 결정 구조를 가지고 있어 고강도를 제공한다. 또한, 이 판들의 명확한 가장자리는 일정 정도의 어느 정도의 미끄러짐을 허용하여 합금에 연성을 제공한다. 이것은 나노 라멜라가 여러 층으로 쌓인 판 구조와 유사하다는 것을 의미한다. 이러한 층과 층 사이에는 서로 다른 원소들이 포함되어 있다. 이 구조 덕분에 각 층이 서러 잘 붙어 강도가 높아지고, 판의 가장자리가 미끄러짐을 통해 연성이 향상되는 것이다. 새로운 고엔트로피 합금의 성능 새로운 고엔트로피 합금은 기존의 3D 프린팅 고엔트로피 합금에 비해 강도가 1.3배, 연성이 2배 이상 향상됐다. 이는 고엔트로피 합금의 한계를 극복하여 다양한 산업 분야에서 활용 가능성을 높일 것으로 기대된다. 연구팀은 오크리지 국립 연구소에 있는 파쇄 중성자 소스(Spallation Neutron Source)와 고급 광자 소스(Advanced Photon Source)를 활용하여 나노 라멜라의 구조와 특성을 분석했다. 파쇄 중성자 소스는 핵분열을 통해 생성된 중성자를 이용하여 물질의 내부 구조를 연구하는 장비이다. 반면, 고급 광자 소스는 고에너지의 광자를 사용하여 물질의 구조와 특성을 조사하는 장비다. 연구팀은 이러한 장비를 사용해 나노 라멜라의 두께와 결정 구조를 측정하고, 나노 라멜라가 합금의 강도와 연성에 미치는 영향을 연구했다. 연구 결과 나노 라멜라의 두께가 100나노미터(nm) 미만인 경우 강도가 가장 높고, 나노 라멜라의 결정 구조가 서로 다른 경우 연성이 가장 높다는 것을 발견했다. 고엔트로피 합금 응용 분야 연구팀은 이번 연구를 통해 레이저 기반 AM을 사용하여 고엔트로피 합금의 강도와 연성을 동시에 향상시킬 수 있다는 것을 보여주었다. 이는 고엔트로피 합금의 한계를 극복하여 다양한 산업 분야에서 활용 가능성을 높일 것으로 기대된다. 예를 들어, 새로운 고엔트로피 합금은 더 안전하고 연료 효율적인 차량, 더 강력하고 더 오래 지속되는 기계를 생산하는 데 사용될 수 있다. 새로운 고엔트로피 합금은 △더 가볍고 강한 항공기 및 우주선 제작, △더 안전하고 연료 효율적인 자동차 제작, △더 내구성이 뛰어난 풍력 터빈 및 태양광 패널 제작, △더 강하고 내식성이 뛰어난 의료 기기 제작 등에서 활용될 수 있다.
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2024-01-18
레이저 가공 HEA, 3D 프린팅으로 강도·연성 향상

최근 레이저와 3D 프린팅 기술을 활용해 강도가 높고 유연성을 갖춘 새로운 형태의 합금을 개발하는 데 성공했다. 합금이란, 기본 금속에 다른 금속을 섞어 고온에서 녹인 후 식혀 만들어진, 원래 금속과는 다른 성질을 가진 새로운 금속 물질을 말한다. 이러한 합금을 제작하는 주된 목적은 기계적 성질을 개선하고, 부족한 특성을 보완하여 금속의 기능을 증진시키기 위함이다. 과학기술 전문 매체 사이테크데일리(SciTechDaily)는 레이저 기반 적층 제조 방식을 이용하여 더 강력하고 파손 가능성이 낮은 고엔트로피 합금(HEA)을 만드는 방법을 소개했다. '고엔트로피 합금(HEA:High entropy alloys)'은 기존의 합금 제조 방식과 비교했을 때 뛰어난 강도와 내구성을 제공하며, 합금의 적용 범위를 확장시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있다. HEA는 심각한 마모, 극한의 온도, 방사선 및 높은 압력과 관련된 응용 분야에서 사용가능하다. 3D 프린팅, 또는 적층 가공(AM)으로 알려진 기술을 사용해 만들 수 있는 합금은 일반적으로 연성이 부족하다는 단점을 가지고 있다. 이는 3D 프린팅을 통해 제작된 고엔트로피 합금이 형태를 유지하는 데 어려움을 겪고, 하중을 받을 때 충분히 변형되거나 늘어나지 않아 쉽게 파손될 수 있다는 것을 의미한다. 그러나 최근 과학자들은 레이저 기반의 적층 가공 방식을 사용하여, 이러한 연성 문제를 개선한 더욱 강하고 연성이 뛰어난 고엔트로피 합금을 개발하는 데 성공했다. 이들은 이러한 성능 향상의 기본 메커니즘을 더 깊이 이해하기 위해 중성자와 X선 산란, 그리고 전자 현미경과 같은 고급 분석 기술을 활용했다. 이러한 연구 결과는 3D 프린팅 합금의 사용 범위를 확장하고, 그것이 적용될 수 있는 산업 분야를 다양화하는 데 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 특히, 연성과 강도가 모두 향상된 새로운 형태의 합금은 더욱 까다로운 응용 분야에서도 활용될 수 있을 것으로 전망된다. 잠재적인 산업 응용과 에너지 효율성 산업계는 미래에 제조 과정에서 더욱 강력하고 형태를 쉽게 잡을 수 있는 고엔트로피 합금을 사용 가능할 것으로 기대하고 있다. 이러한 HEA를 산업 응용 분야에 사용하기 위해서는 가벼우면서도 복잡한 형태의 HEA 부품에 대한 높은 내구성, 신뢰성, 그리고 파손 저항성이 요구된다. 새로운 합금은 더 안전하고 연료 효율적인 차량의 제조, 더 강한 제품의 생산, 그리고 더 오래 지속되는 기계의 개발을 가능하게 하여, 소비자와 산업계 모두에 혜택을 가져올 것으로 기대된다. 또한, 레이저를 사용하여 분말 합금을 고체 금속 형태로 융합하는 레이저 기반의 적층 가공 방식은 에너지 효율성이 매우 높다는 점에서, 새로운 유형의 HEA 생산에 있어 매력적인 방법으로 여겨진다. 이는 에너지 소비를 줄이면서도 고품질의 합금 부품을 생산할 수 있는 방법으로, 지속 가능한 제조 및 공정 효율성 측면에서 중요한 역할을 할 것으로 예상된다. 나노 라멜라 구조와 기계적 특성 레이저 기반 적층 가공 공정은 나노미터 두께의 나노 라멜라(얇은 판층) 구조를 생산할 수 있다. 이 공정은 높은 강도를 제공하면서도, 나노 라멜라의 뚜렷한 가장자리가 일정 수준의 미끄러짐(연성)을 허용하여 유연성을 보장한다. 이러한 나노 라멜라는 평균 약 150나노미터 두께의 면심 입방체(FCC) 결정 구조와 평균 약 65나노미터 두께의 체심 입방체(BCC) 결정 구조의 교차 층으로 구성된다. 개발된 새로운 고엔트로피 합금은 약 1.3기가파스칼(인장강도 단위)의 높은 항복 강도를 나타내며, 이는 가장 강한 티타늄 합금의 강도를 능가하는 수준이다. 또한, 이 HEA는 약 14%의 연신율을 제공하는데, 이는 동일한 항복 강도를 가진 다른 AM 금속 합금보다 높은 수치다. 연신율은 재료가 파손되지 않고 얼마나 많은 굽힘을 견딜 수 있는지를 나타내는 지표로, 재료의 유연성과 내구성을 측정하는 중요한 요소다. HEA 첨단 연구기술 및 시설 한편, 미국 테네시주에 위치한 오크리지 국립연구소(ORNL: Oak Ridge National Laboratory)의 연구원들은 에너지부(DOE) 산하 과학 사용자 시설인 파쇄 중성자원(Spallation Neutron Source)을 통해 변형 상태에서 HEA 샘플의 내부 기계적 부하 분배를 조사할 수 있었다. 이 시설의 중성자 데이터는 합금 내부의 상세한 구조적 정보를 제공함으로써 HEA의 기계적 특성에 대한 깊은 이해를 가능하게 했다. 또한, 연구팀은 ORNL 내의 다른 DOE 과학 사용자 시설인 나노입자 재료 과학(Nanophase Materials Sciences) 센터에 위치한 원자 프로브 장비를 활용하여, 교대로 층을 이루는 나노 라멜라 구조 및 미세 구조의 상세한 3D 이미지를 캡처했다. 이와 별개로, 미국 일리노이주에 위치한 시카고 아르곤 국립연구소(Argonne National Laboratory)의 첨단방사광가속기(Advanced Photon Source)는 어닐링 과정을 거친 다양한 HEA 샘플의 단계를 연구하는 데 사용되었다. 이 시설에서의 X선 회절 분석은 합금의 열처리 과정이 그 성질에 어떻게 영향을 미치는지를 평가하는 데 중요한 역할을 했다. 미국 내 첨단 연구기술 및 시설의 활용은 HEA의 개발과 응용에 있어 중요한 도약점을 제공하며, 합금의 구조적 및 기계적 특성에 대한 포괄적인 이해를 가능하게 한다. 이러한 첨단 연구는 HEA의 미래 적용 가능성을 확장하고, 재료 과학 분야에서의 혁신적 발전을 촉진할 것으로 기대된다. 연구소들의 고도화된 기술과 시설은 재료의 기본 구조부터 그 성능에 이르기까지 광범위한 분석을 허용함으로써, 합금의 특성을 극대화하고 다양한 산업 분야에 적용할 수 있는 새로운 기회를 열어준다.
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2024-01-16
달의 인류세, 지속 가능한 미래 위한 도전

달에 '인류세'를 도입하자는 주장이 제기됐다. 1959년 소련의 루나 2호 우주선이 달의 마레 임브리엄(Mare Imbrium) 동쪽에 충돌하면서 인류의 첫 흔적이 달에 남겨졌다. 이후 활발해진 우주 탐사 활동으로 달 표면에는 인간이 남긴 발자국, 탐사선 부품, 과학 장비 등 다양한 흔적들이 쌓여갔다. 최근, 사이언스 뉴스(SCINEWS)에 따르면, 미국 캔자스 지질조사국의 연구팀은 이러한 인간의 활동이 달 환경에 미치는 영향을 조사하고, 달에서도 '인류세'를 도입해야 할 시기라고 주장했다. 인류세는 인간의 활동이 지구 환경에 중대한 변화를 초래한 시대를 의미한다. 루나 2호의 달 충돌 사건 이후 인간은 지금까지 달 표면에서 적어도 58곳 이상에서 표면 교란을 일으켰다. 연구팀은 달 표면의 퇴적물인 '레골리스'가 인간 활동의 영향으로 상당히 교란되고 있음을 지적했다. 레골리스는 유성체 충돌이나 질량 이동 등에 의해 자연적으로 이동하지만, 인간의 움직임이 이를 가속화시키고 있으며, 그 영향 범위 또한 확대되고 있다는 것이다. 이러한 연구 결과는 인간의 우주 탐사 활동이 달 환경에 미치는 영향을 다시금 생각해 볼 필요성을 제기한다. 달은 대기권이나 자기권이 없기 때문에 외부에서 유입되는 물질에 특히 취약하다. 이러한 특성 때문에 인간의 활동이 발생시키는 배기가스와 같은 외부 물질은 달 환경에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 최근의 연구 결과를 바탕으로, 연구팀은 달이 인류의 영향을 거의 받지 않는 변하지 않는 환경이라는 일반적인 인식을 깨뜨리고자 했다. 연구팀은 달 표면에 대한 인간의 책임감을 강조하며, 우주 환경을 보호하는 것이 인류의 중요한 임무임을 지적했다. 이러한 연구는 달과 같은 천체들이 인간의 활동에 의해 어떻게 영향을 받을 수 있는지를 보여주며, 우주 탐사와 활동 시 지속 가능하고 책임 있는 접근 방식의 필요성을 강조한다. 달 표면과 그 환경을 보호하는 것은 미래 우주 탐사의 중대한 고려사항 중 하나로 여겨져야 한다. 달의 인류세 의미와 대응 조치 달의 인류세 개념은 인간이 지구뿐만 아니라 달에도 중대한 영향을 미치고 있음을 나타낸다. 이는 인간 활동이 지구 환경에 미친 영향과 유사하게, 달의 환경 또한 인간의 활동으로 변화될 수 있음을 의미한다. 이러한 인식은 달의 환경을 보호하고 지속 가능한 우주 개발을 추진하는 데 필요한 새로운 노력을 촉구한다. 더불어, 달의 역사적 가치가 담긴 유적들을 보호하고 보존하는 작업도 매우 중요하다. 달의 인류세는 인류 역사에서 중대한 전환점으로 여겨질 수 있다. 이는 인간이 달에 미치는 영향에 대한 인식을 높이고, 달의 환경 보호와 역사적 유산의 보존을 위한 노력을 강화하는 계기가 될 수 있다. 이러한 노력은 향후 인류가 우주를 탐험하고 개발하는 과정에서 지속 가능성을 중시하는 방향으로 나아가는 데 기여할 것이다. 한국의 달의 인류세에 대한 대응 한국에서도 달의 인류세에 대한 관심이 점차 증가하고 있다. 한국항공우주연구원(KARI)은 2023년 10월 발표한 '달 탐사 정책 방향'에서 달의 인류세에 대해 언급하며, 달 환경 보호에 대한 중요성을 강조했다. 이 정책에서는 달 탐사의 핵심 목표 중 하나로 "달 환경에 미치는 인류의 영향을 최소화하기 위한 노력"을 제시했다. 이를 위해 한국항공우주연구원은 "달 표면의 퇴적물인 레골리스를 보호하기 위한 기술 개발"과 "달 환경에 미치는 배기가스의 영향을 조사하는 연구"를 추진할 계획이다. 이러한 노력은 달 환경을 보호하고, 지속 가능한 우주 탐사 방안을 모색하는 데 중요한 역할을 할 것으로 보인다. 달의 인류세는 인간이 달에 미치는 영향에 대한 깊은 인식을 촉진하고, 지속 가능한 우주 개발을 향한 전환점이 될 것이다. 한국이 이러한 연구와 대응을 통해 달 환경 보호에 기여하고, 우주 개발 분야에서 선도적인 역할을 수행하는 데 중요한 발판을 마련할 것으로 기대된다.
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2023-12-26
SK이노베이션, 이산화탄소를 일산화탄소로 전환 성공

SK이노베이션은 자체 개발한 전기화학적 촉매 반응을 통해 이산화탄소를 일산화탄소로 전환하는 기술에 성공했다고 3일 밝혔다. SK이노베이션 산하 연구개발(R&D) 조직인 환경과학기술원은 '이원자(二原子) 촉매 기술'을 이용해 이산화탄소를 선택적으로 일산화탄소로 변환해 하루 1㎏ 상당의 일산화탄소를 제조하는 데 성공했다. 이 기술은 화학 반응 속도를 조절하는 촉매의 성능을 향상시키는 것으로, SK이노베이션에 따르면, 기존의 수백 개 원자가 결합된 촉매와 달리 단원자 촉매를 사용하여 활성을 더 높였다. 또한, 이를 이원자 형태로 개발함으로써 촉매의 성능을 더욱 개선했다. 원자를 하나씩 분리해 만든 단원자(單原子) 촉매는 수백개 원자가 뭉쳐진 기존 촉매와 달리 활성을 더욱 높이는 기술인데, 이원자 형태로 만들면서 촉매 성능이 더 향상됐다는 설명이다. 연구팀은 니켈과 철을 이원자 형태로 결합한 새로운 촉매를 개발하여 촉매의 효율을 향상시켰다. 이 촉매를 전극 셀이 적층된 전해조에 적용한 결과, 전기화학 촉매 반응을 통해 이산화탄소가 일산화탄소로 전환되는 것을 확인했다. 일산화탄소는 초산, 플라스틱 등 다양한 화학 제품의 생산에 사용되며, 최근에는 메탄올이나 합성 원유와 같은 대체 연료의 생산 원료로도 관심을 받고 있다. SK이노베이션은 이번 연구가 기후 위기의 주요 원인 중 하나인 이산화탄소를 감소시키는 동시에, 중요한 화학 원료인 일산화탄소를 얻을 수 있는 방법을 제공할 것으로 기대하고 있다. SK이노베이션의 이번 연구 성과는 화학공학 분야의 저명한 학술지인 '케미컬 엔지니어링 저널'의 11월 29일자 판에 게재됐다. 이 기술 연구에는 국내 전기화학 시스템 분야의 전문 기업인 테크윈도 참여했다. 이성준 SK이노베이션 환경과학기술원 원장은 이번 연구 성과에 대해 언급하며, '탄소 감축과 기후 위기 대응은 우리 모두가 우선적으로 해결해야 할 과제'라고 강조했다. 또한, '이번 성과는 에너지 및 화학 분야의 연구개발 과정에서 축적된 촉매 기술이 탄소 감축 기술 개발에 적용된 사례로, 앞으로도 연구개발의 핵심 역량을 강화하여 탄소 감축에 지속적으로 기여하겠다'고 밝혔다.
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2023-12-03
美 MIT, 연필심 흑연에서 5층 능면체 적층 그래핀 개발

미국 MIT의 물리학자들이 연필심에 사용되는 흑연, 즉 그래파이트에서 새로운 형태의 그래핀을 개발했다는 소식이 전해졌다. 이 그래핀은 흑연의 5층 능면체 구조를 적층하여 제작됐다. 흑연은 탄소로 구성된 광물로, 연필심의 주요 성분이다. MIT 뉴스에 따르면, 연구팀은 5개의 얇은 층을 특정 순서대로 쌓아 천연 흑연에서 볼 수 없었던 중요한 세 가지 특성을 지닌 새로운 재료를 만들어냈다. 이 연구를 이끈 물리학과 롱 주(Long Ju) 조교수는 "자연에는 놀라움이 많고, 특히 흑연에 많은 흥미로운 특성이 내장되어 있음을 발견했다"며, 이러한 다양한 특성을 지닌 재료를 찾는 것이 매우 드물다고 강조했다. 이 연구는 '네이처 나노테크놀러지(Nature Nanotechnology)'에 게재됐다. 5층 능면체 적층 그래핀 개발 흑연은 그래핀으로 구성되는데, 그래핀은 벌집 구조와 유사한 육각형 형태로 배열된 단일 탄소 원자 층이다. 그래핀은 약 20년 전 처음 분리된 이후로 집중적인 연구 대상이 되었다. 대략 5년 전, MIT 팀을 포함한 연구자들은 그래핀 시트를 쌓고 서로 약간 비틀면 재료에 초전도성에서 자성에 이르기까지 새로운 특성을 부여할 수 있다는 것을 발견했다. 이러한 발견으로 '트위스트로닉스'라는 분야가 생겨났는데, 이는 2차원 격자 구조를 다양한 방식으로 겹쳐 나타나는 성질을 연구하는 것이다. 롱 주 조교수는 이번 그래핀 연구에서 "전혀 뒤틀림이 없는 특별한 특성을 발견했다"고 말했다. 그와 동료들은 특정 순서로 배열된 5개의 그래핀 층이 전자들이 물질 내에서 서로 상호작용할 수 있도록 하는 것을 발견한 것. 이러한 현상은 '전자 상관관계'라고 알려져 있으며, 주 연구원은 이를 "이러한 모든 새로운 특성을 가능하게 하는 마법"이라고 표현했다. 벌크 흑연과 단일 시트의 그래핀은 이미 우수한 전기 전도체로 알려져 있지만, 이것이 전부는 아니다. 주의 연구팀이 분리한 '5층 능면체 적층 그래핀'이라 불리는 새로운 물질은 단순한 부품의 합보다 훨씬 더 큰 성질을 나타낸다. 이 물질을 분리하는 데 핵심적인 역할을 한 것은 나노스케일에서 중요한 특성을 빠르고 비교적 저렴하게 파악할 수 있는 2021년 MIT에서 주 연구원이 개발한 새로운 현미경 덕분이었다. 5층 능면체 적층 그래핀의 두께는 수십억 분의 1미터에 불과하다. '산란형 주사형 근접장 광학 현미경(s-SNOM)'으로 알려진 주 연구원이 개발한 현미경을 통해 과학자들은 특정한 능면체 적층 순서에서 5층 그래핀만을 식별하고 분리할 수 있었다. 주 연구원을 포함한 과학자들은 '능면체 적층'이라는 매우 정밀한 순서로 쌓인 다층 그래핀을 연구하고 있었다. 주는 "5개 레이어(층)로 이루어진 구조에서는 10개 이상의 적층 순서가 가능하며, 능면체 적층은 그 중 하나"라고 설명했다. 연구팀은 이 5층 능면체 적층 그래핀을 질화붕소로 만든 '빵'으로 둘러싼 '샌드위치' 구조에 전극을 부착했다고 이해하기 쉽게 설명했다. 이를 통해 다양한 전압과 전류를 사용하여 시스템을 조절할 수 있었으며, 그 결과 전자의 수에 따라 세 가지 다른 현상이 나타나는 것을 발견했다. 이들은 이 물질이 절연성, 자성 또는 위상학적 성질을 보일 수 있다는 것을 발견했다. 위상학적 물질(토폴로지, topology)은 물질의 가장자리를 따라 전자가 방해받지 않고 움직일 수 있지만, 중앙을 통과하는 것은 허용하지 않는 특성을 갖는다. 위상학적 물질에서 전자는 중심부를 구성하는 중앙 분리대에 의해 분리되며, 물질의 가장자리를 따라 고속도로처럼 한 방향으로 이동한다. 이로 인해 위상학적 물질의 가장자리는 완벽한 도체 역할을 하고, 중심부는 절연체가 된다. 주와 그의 연구팀은 이 연구를 통해 "강력하게 상관된 위상물리학의 새로운 가능성을 탐구하기 위한 고도로 조정 가능한 플랫폼으로서 능면체 적층 다층 그래핀을 확립했다"고 결론지었다. 이는 위상물리학 분야에서 새로운 연구 방향을 제시하는 중요한 발견으로 여겨진다. 카이스트, '납작한 벨트형 그래핀 섬유' 개발 한편, 한국의 카이스트(KAIST) 신소재공학과 김상욱 교수 연구팀은 지난 6월 그래핀의 기존 응용범위와 한계를 뛰어넘는 새로운 형태의 그래핀 섬유를 개발하는데 성공했다. 이 새로운 기술은 값싼 흑연을 사용하여 용액 공정을 통해 쉽게 얻을 수 있으며, 기존의 탄소섬유보다 저렴하면서도 유연성과 같은 차별화된 물리적 특성을 지니고 있어 경제적인 장점도 갖추고 있다. 그래핀(Graphene)은 탄소 원자가 벌집 모양으로 이뤄진 2차원 물질(원자만큼 얇은 물질)이다. 이론적으로 강철보다 100배 강하고 열·전기 전도성이 뛰어나기 때문에 꿈의 신소재로 불린다. 김상욱 연구팀의 이번 성과가 높게 평가받는 이유는 100% 그래핀으로 이뤄진 섬유가 만들어지는 과정에서 스스로 납작해져서 벨트와 같은 단면을 형성하는 현상을 세계 최초로 발견했다는 점이다. 이 납작한 벨트형 그래핀 섬유는 내부에 적층된 그래핀의 배열이 우수해 섬유의 기계적 강도와 전기전도성이 크게 향상됐다는 평가다. 연구 결과, 이 섬유는 원형 단면을 갖는 일반 섬유에 비해 기계적 강도가 약 3.2배(320%), 전기전도성이 약 1.5배(152%) 향상된 것으로 나타났다. 해당 연구 논문은 그 성과를 인정받아 'ACS 센트럴 사이언스'의 7월호 표지에 게재됐다.
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2023-11-28
고에너지 레이저로 3D 프린팅 금속 미세 조정 기술 개발

고에너지 레이저로 3D 프린팅 금속을 미세조정하는 기술이 개발됐다. 금속 3D 프린터는 기본적으로 재료를 층층이 쌓아 올리는 일반적인 3D 프린터의 원리를 따른다. 이 과정에서 금속 분말(파우더)을 프린터 바닥에 얇게 펴 바르고, 제품의 형상에 맞게 해당 금속 분말 부위에 고출력, 고정밀 레이저를 적용한다. 레이저의 고열에 의해 금속 파우더가 미세 용융되면서 입자들이 결합한다. 이러한 과정에서 레이저로 금속을 미세 조정하는 기술이 최근 개발되어 주목 받고 있다. 미국 과학 전문 매체 뉴아틀라스(newatlas)는 영국 케임브리지 대학교가 주도하는 연구팀이 고에너지 레이저를 사용해 금속의 복잡한 형태를 손상시키지 않으면서 3D 프린팅 금속의 특성을 미세 조정하는 새로운 기술을 개발했다고 보도했다. 적층 인쇄나 3D 프린팅은 엔지니어링과 제조 분야에서 점점 더 중요한 도구로 자리 잡고 있지만, 여전히 해결해야 할 중요한 단점들이 있다. 이를 극복하기 위한 새로운 접근 방식이 필요하다. 3D 프린팅 금속은 일반적으로 금속 합금의 미세한 분말을 얇은 층으로 놓는 기계를 사용한다. 이 과정에서 디지털 모델에 따라 레이저 또는 전자빔으로 각 층을 녹이거나 소결(분말 입자들이 가열 등의 활성화 과정을 거쳐 하나의 덩어리로 되는 과정)하고, 새로운 층을 추가한다. 프린팅이 완료된 후에는 여분의 파우더를 제거하고 최종 제품을 완성한다. 이 방식을 통해 복잡한 형태를 빠르게 제작할 수 있지만, 금속 제품 제작에는 형태 외에도 고려해야 할 요소가 많다. 금속의 물리적, 화학적, 기계적 특성 간의 복잡한 상호작용이 중요한데, 이를 적절히 제어하지 못하면 최종 제품의 품질이 떨어질 수 있다. 예를 들어, 3D 프린팅으로 제작한 칼은 전통적인 방식으로는 어려운 복잡한 곡선과 정교한 디자인을 구현할 수 있지만, 금속 자체의 특성을 고려하지 않으면 칼날이 쉽게 부러지거나 너무 부드러워질 수 있다. 이는 3D 프린팅의 복잡한 형태 제작에서 해결해야 할 주요 과제다. 금속 작업자들은 수천 년의 경험과 최근 과학의 발전을 바탕으로 금속의 특성을 효과적으로 제어할 수 있는 검증된 기술을 개발해왔다. 금속 가공의 과정에는 금속을 가열하고 두드려 그 결정 구조를 변화시키는 작업이 포함된다. 가열, 냉각, 단조(고체인 금속재료를 해머 등으로 두들기거나 압력을 가하는 기계적인 방법으로 일정한 모양으로 만드는 조작) 과정을 통해 조절함으로써, 금속 조각은 메스에서 I빔(I-Beams)에 이르기까지 다양한 용도에 적합한 구조로 미세 조정될 수 있다. 그러나 이러한 방식은 단순한 모양의 금속 물체에는 적용될 수 있지만, 복잡한 3D 프린팅된 형태에는 적용하기 어렵다. 용광로에 넣거나 망치로 두드리는 방법은 3D 프린팅의 목적에 부합하지 않기 때문이다. 이 문제를 해결하기 위해 싱가포르, 스위스, 핀란드, 호주의 연구원들로 구성된 케임브리지 대학 팀은 현장에서 금속의 특성을 변경하기 위해 레이저를 사용하는 방법을 적용하기로 했다. 이 아이디어의 핵심은 레이저를 사용해 스테인리스 스틸로 만들어진 완성된 물체의 특정 부분을 선택적으로 녹여 결정 구조를 변경하는 것이다. 이 방식을 통해 연구팀은 3D 인쇄된 금속의 취성(매우 적은 변경에도 파괴되는 경우, 이를 '깨지기 쉽다'고 하고 그 정도를 '취성'이라고 함) 문제를 해결하고 금속을 강화하는 데 성공했다. 레이저를 사용한 이러한 미세한 재가열 과정은 전통 금속 가공에서 망치로 쇠를 단련하는 것과 유사하다. 연구팀은 금속을 연마하는 전통적인 기술에 착안하여 3D 프린팅에서 유사한 결과를 얻기로 했다. 예를 들어, 고품질의 칼날을 만드는 전통적인 방법 중 하나는 강철과 철을 사용해 여러 번 용접하고 두드리는 것이다. 이 과정에서 두 금속이 정밀하게 층을 이루며 칼날이 형성된다. 이러한 방법을 통해 칼 대장장이는 칼날 전체의 특성뿐만 아니라 특정 부분의 특성도 제어할 수 있으며, 결과적으로 칼날의 중앙은 유연하고, 가장자리는 날카롭게 유지된다. 케임브리지 대학 연구팀은 레이저로 처리한 부위와 처리하지 않은 부위를 번갈아 가며 대장장이가 구사한 것과 흡사한 기술을 개발했다. 이 기법을 통해 그들은 제품의 최종 속성을 효과적으로 제어할 수 있었다. 케임브리지 공학부의 마테오 세이타(Matteo Seita) 박사는 "이 방법이 금속 3D 프린팅 비용을 줄이고, 결과적으로 금속 제조 산업의 지속 가능성을 향상시킬 수 있다고 생각한다"며 "가까운 미래에 용광로의 저온 처리 과정을 우회하여, 3D 프린팅 부품을 엔지니어링 분야에 사용하기 전에 필요한 단계를 더욱 줄일 수 있기를 바란다"고 말했다. 한편, 최근 미국 캘리포니아 공과대학교(칼텍, Caltech) 연구팀은 독감 바이러스만큼 작은 금속재료로 3D 프린팅에 성공했다. 칼텍의 제조 방법에 따르면 150나노미터(독감 바이러스와 비슷한 크기)의 작은 금속재료를 비슷한 크기의 기존 재료보다 3~5배 더 견고하게 만들 수 있다. 또한 한국의 한국재료연구원은 용접기법을 사용하는 3D 프린팅 과정에서 용융금속의 부피를 제어하는 원천기술을 개발했다. 이를 통해 3차원 공간에서 금속을 자유롭고 연속적으로 프린팅할 수 있는 금속 3D 프린팅 펜 기술을 개발했다. 금속 3D 프린팅 펜 기술의 장점은 3차원 공간에서 용접토치가 움직이는 방향대로 금속을 연속적으로 적층 제조할 수 있다는 것이다. 기존 레이저 기반 금속 3D 프린팅과 비교할 때, 장비 구축 비용이 낮고 상용 용접재료를 사용해 빠르게 적층제조 할 수 있다. 또한 제조시간이 단축되고, 층간 경계가 없으며, 치밀한 미세조직을 형성해 우수한 기계적 성질을 갖는 제품을 만들 수 있다.
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2023-11-16
美 CU 볼더, 거미에서 영감받은 초소형 로봇 개발

미국 콜로라도 대학교 볼더 연구진이 거미에서 영감을 받은 초소형 로봇 '엠클라리(mCLARI)'를 개발했다고 과학전문 매체 텍스플로어(Techxplore)가 최근 보도했다. 이 로봇은 길이 2cm이며 무게가 1g에 불과하지만, 자신의 체중의 3배 이상을 견딜 수 있고 좁은 공간에서도 자유롭게 이동할 수 있다. 이번 연구는 카우식 자야람 교수와 박사과정 하이코 카부츠 주도로 이뤄졌으며 지난 10월 1일부터 5일까지 디트로이트에서 열린 지능형 로봇·시스템에 관한 국제 컨퍼런스 ‘2023 IROS’에서 안전·보안 및 구조 로봇 분야 최우수 논문상을 수상했다. 로봇 엠클라리(mCLARI)는 기존 소형 변형 로봇 '클라리(CLARI, Compliant Legged Articulated Robotic Insect)'를 개선한 것으로, 크기는 60%, 부피는 38% 줄어들었지만 이동 속도는 3배 이상 빨라졌다. 엠클라리(mCLARI)는 볼더 연구팀이 지난 8월 30일 '어드밴스드 인텔리전트 시스템즈'에 발표한 곤충 크기 초소형 로봇이다. 볼더에서 개발한 기존 곤충형 로봇 클라리는 한쪽 면의 길이가 약 34mm(1.3인치)인데, 엠클라리는 21mm(0.8인치)까지 줄일 수 있어 좁은 공간을 통과하는 데 더욱 유리한 크기로 바뀌었다. 엠클라리(mCLARI)는 복잡한 환경에서 몸의 회전 동작이 아니라, 모양을 바꾸고 옆으로 움직이는 방식으로 기동성을 발휘한다. 이러한 작동 방식은 중대 재난 현장에서 구조 활동 지원, 환경 모니터링, 수술 등에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 연구팀은 종이접기 기반 디자인과 적층 제작 기술을 활용해 로봇을 소형화했으며 새로운 접근법을 사용해 기계적인 능숙함을 잃지 않고도 디자인을 축소할 수 있었다는 설명이다. 연구팀은 "엠클라리(mCLARI)는 생물학적 영감을 받은 로봇의 가능성을 보여주는 대표적인 사례"라며 "앞으로도 다양한 크기와 기능을 가진 생물학적 영감을 받은 로봇이 개발될 것으로 기대된다"고 말했다.
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2023-11-16
美 MIT 연구원, 흑연에서 금 생성 연구

꿈의 신소재로 불리는 그래핀. 전기전도성과 열전도성을 갖고 있으면서 강도가 높아 디스플레이나 에너지 재료로 사용되고 있다. 그런데 이 그래핀으로 금을 만드는 연구가 진행됐다. 미국 매사추세츠 공과대학(MIT)의 연구팀이 특정 순서로 쌓인 5개의 초박편 조각을 분리해 흑연을 금으로 만들었다. 과학지 마이닝닷컴(mining.com)은 국제학술지 '네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)'에 발표된 MIT 연구팀의 금 생성 과정을 최근 소개했다. 연구에 따르면 생성된 물질이 이전까지 자연 흑연에서 볼 수 없었던 세 가지 중요한 특성을 나타내도록 조정될 수 있다. 흑연은 벌집 구조와 유사한 육각형으로 배열된 단일 탄소 원자층인 그래핀(탄소 동소체 중 하나)으로 구성된다. 약 20년 전에 처음 분리된 이후로 그래핀은 강력한 연구 대상이 되었다. 특히, 약 5년 전 연구자들은 그래핀 시트를 서로 약간의 각도로 비틀어 쌓음으로써, 재료에 초전도성에서 자성에 이르는 새로운 특성을 부여할 수 있다는 사실을 발견했다. 이러한 연구는 '트위스트로닉스' 분야의 탄생으로 이어졌다. MIT의 수석 연구원 롱 주(Long Ju)는 이 연구에 대해 언급하면서, "전혀 비틀지 않아도 흥미로운 특성을 발견했다"고 말했다. 그와 동료들은 특정한 순서로 배열된 5개의 그래핀 층이 물질 내부를 돌아다니는 전자들이 서로 상호작용할 수 있게 한다는 것을 발견했다. 이러한 전자 상관관계(electron correlation) 현상은 새로운 재료 특성을 가능하게 하는 '마법'으로 묘사된다. 단순한 대량의 흑연이나 심지어 단일 그래핀 층은 기본적으로 우수한 전기 전도체에 불과하다. 주 연구원 팀이 분리한 이 재료는 몇십 나노미터 두께밖에 안 되지만, 그 부분들의 합보다 훨씬 더 많은 역할을 수행한다. 연구팀은 '능면체 적층(rhombohedral stacking)'으로 알려진 특정한 순서로 적층된 다층 그래핀을 연구하고 있었다. 연구원은 이에 대해, "5개의 층을 쌓을 때 가능한 순서는 10가지 이상이 있으며, 능면체 적층은 그 중 하나에 불과하다"라고 언급했다. 주 연구원이 2021년에 개발한 특별한 현미경은 나노 규모에서 재료의 다양하고 중요한 특성을 신속하고 상대적으로 저렴한 비용으로 결정하고 분리하는 데 사용됐다. 이 현미경의 도움을 받아, 연구팀은 보론 질화물로 만들어진 '빵'과 같은 구조의 작은 샌드위치에 전극을 부착했고, 이는 펜타레이어(5층) 마름모형으로 쌓인 그래핀의 연약한 '육질(meat)' 부분을 보호한다. 이 전극을 활용해 시스템에 다양한 전압이나 전기량을 적용할 때, 전자 수에 따라 세 가지 다른 현상이 관찰됐다. 주 연구원은 "우리는 재료가 절연성, 자성 또는 위상학적 성질을 가질 수 있음을 발견했다"고 말했다. 위상학적 성질은 도체와 절연체 둘 다와 어느 정도 관련이 있는 특성이다. 기본적으로, 위상학적 물질은 물질의 가장자리를 따라 전자가 방해받지 않고 이동할 수 있게 하지만, 물질의 중간을 통과하는 것은 허용하지 않는다. 이러한 전자들은 재료의 가장자리를 따라 한 방향으로만 이동하며, 물질의 중앙을 가로지르는 중심선에 의해 중간 부분과 구분된다. 결과적으로 위상학적 재료의 가장자리는 완벽한 전도체 역할을 하고, 중앙 부분은 절연체로 작용한다. 롱 주의 연구팀은 "우리의 연구는 마름모형으로 쌓인 다층 그래핀을 사용하여, 위상학적 물리와 관련된 새로운 가능성을 탐구하기 위한 높은 조절 가능성을 가진 플랫폼으로 확립한다"고 말했다.
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2023-11-10
LG화학, 1500℃서 20분 견디는 '배터리 열폭주 지연 소재' 개발

LG화학은 섭씨 1500도 화염에서도 20분 이상 손상되지 않고 견디는 배터리 열폭주 지연 소재를 LX하우시스와 공동 개발했다고 27일 밝혔다. 양사가 공동 개발한 '특수 난연 열가소성 연속 섬유 복합소재(특수 난연 CFT)' 강한 불길과 높은 압력에서도 기존 복합소재보다 14배 이상 긴 시간 견딜 수 있는 것으로 나타났다. LG화학 자체 테스트(Torch Test)에서 1.6㎜ 두께의 얇은 특수 난연 CFT에 1500℃ 이상의 열과 압력을 가했을 때 20분이 지나도 녹아 흘러내리거나 구멍이 생기지 않았다. 이는 업계 최고 수준의 화염 차단 성능이라고 LG화학은 설명했다. LX하우시스는 LG화학이 지난해 개발한 열폭주 지연 소재를 테이프 형태로 만들어 적층하는 제조 공법으로 화염 차단 성능을 높였다. 특수 난연 CFT에는 LG화학의 열폭주 지연 소재 기술과 LX하우시스의 열가소성 복합소재(CFT, Continuous Fiber Thermoplastics) 제조 기술이 적용됐다. LG화학이 지난해 개발한 열폭주 지연 소재는 1000℃ 이상에서 당시 세계 최장시간인 10분 이상 화염을 차단하는 성능을 나타냈다. LX하우시스는 LG화학의 소재를 테이프 형태로 만들어 적층하는 제조 공법을 사용해 차단 성능을 더욱 향상시켰다. 이번에 개발된 특수 난연 CFT는 단단하고 힘에 의한 변형이 작아(고강성) 전기차 배터리 부품 중 크기가 큰 배터리팩 상단과 하단 커버 등에 적용될 수 있다. 특히 전기차 화재 발생 시 불길이 퍼지는 것을 효과적으로 지연시켜 운전자의 대피와 화재 진압에 필요한 시간을 확보하는 데 도움이 될 것으로 기대된다. 앞서 LG화학이 개발한 열폭주 지연 소재는 세밀한 성형이 가능해 배터리 모듈에 주로 쓰이는 만큼 올해 개발한 두 소재가 함께 활용되면 전기차 배터리 화재 시 불길이 퍼지는 것을 이중 차단할 수 있다는 회사 측의 설명이다. 전기차 배터리 화재의 주요 원인인 열폭주는 다양한 원인으로 배터리 셀에 스트레스가 가해지며 열이 발생하는 현상이다. 열폭주 현상은 전기차의 대중화를 늦추는 요소 중 하나로, 전기차·배터리 고객사의 페인 포인트(Pain point, 어려운 지점)로 꼽혀왔다. LG화학과 LX하우시스는 기존 플라스틱만으로는 견디기 어려웠던 열폭주의 열과 압력을 특수 난연 CFT 개발로 해결했다. LG화학은 지난 2009년부터 열폭주 지연 소재에 대한 연구개발을 이어왔다. 지난해에는 소재 개발을 완료하고 양산 체계를 구축했다. 신재명 LG화학 엔지니어링소재사업부 마케팅부문 담당은 "전기차 배터리 열폭주 지연 소재와 글래스매트, CFT 등 토탈 솔루션 라인업을 갖추게 된 것을 자랑스럽게 생각한다"며 "전기차 운전자의 일상을 더 안전하게 지키는 동시에 고객의 페인 포인트를 해소할 수 있도록 연구개발을 이어갈 것"이라고 말했다.
- 산업
2023-10-27