페로브스카이트 – 포커스온경제 통합 검색

전체기사보기
2025-04-05 (토)

검색

[퓨처 Eyes(66)] '투시의 마법' X선, 120년 만에 혁명⋯'안전'과 '정확성' 두 마리 토끼 잡다

고감도 접이식 X선 검출기가 개발돼 인체의 방사선 노출 우려가 대폭 줄어들 것으로 보인다. 우리 몸속을 꿰뚫어보는 '마법의 빛' X선. 뼈가 부러졌는지, 인대가 늘어났는지, 폐렴에 걸렸는지, 심지어 공항에서 가방 속에 뭐가 들었는지까지… X선은 우리 생활 곳곳에서 '투시'의 마법을 부리고 있다. 하지만 이 편리한 기술에는 치명적인 약점이 숨어 있다. 바로 '방사선 피폭'의 위험이다. 하지만 이제, 과학계가 X선 촬영의 안전성을 획기적으로 높일 새로운 기술을 개발했다. 더 적은 방사선으로 더 선명한 이미지를 얻을 수 있는 미래가 눈앞에 다가온 것이다. X선 기술의 놀라운 진화는 우리 삶을 어떻게 바꿀까? 사우디아라비아의 킹 압둘라 과학기술대학교(KAUST) 오마르 모하메드 교수 연구팀이 개발한 새로운 X선 검출기는 기존 검출기보다 감도가 훨씬 뛰어나다. 특수 페로브스카이트 결정을 '캐스케이드'라는 독특한 전기적 구성으로 연결해 암전류를 절반으로 줄이고 X선 검출 한계를 5배 향상시켰다. 모하메드 교수는 "이러한 발전은 검출 한계를 낮추고 더 안전하고 에너지 효율적인 의료 영상 및 산업 모니터링의 길을 열어준다"고 강조했다. 또한 "캐스케이드 엔지니어링 장치가 X선 검출에서 단결정의 기능을 향상시킨다는 것을 보여준다"고 덧붙였다. 이 새로운 검출기는 더 적은 X선량으로도 고품질의 이미지를 생성할 수 있다. 연구팀은 "라즈베리를 뚫는 금속 바늘과 USB 케이블의 내부 구성 요소와 같은 미세한 세부 사항을 보여주는" 고품질 방사선 사진을 얻는 데 성공했다. X선 노출량↓, 화질↑⋯진단 정확성·안전성 'UP' X선 촬영은 의료 진단에 필수적인 도구이지만, 전리 방사선 노출에 대한 우려는 늘 존재했다. 특히 어린이나 임산부, 또는 만성 질환으로 인해 X선 촬영이 잦은 환자들의 경우 누적된 방사선량이 건강에 악영향을 미칠 수 있다는 점은 심각한 문제였다. 하지만 이번 연구 결과는 이러한 우려를 불식시키는 데 큰 도움이 될 것으로 보인다. 모하메드 교수는 "단일 스캔 중 환자가 노출되는 방사선량은 위험하지 않으며, 악영향을 느끼려면 수천 번의 스캔을 받아야 한다"고 설명했다. 하지만 "고에너지 X선에 반복적으로 노출되면 전자 장비가 손상되거나 X선 기사와 같은 사람에게 위험을 초래할 수 있다"고 경고하며 "스캔 중에 사용되는 X선이 적을수록 좋다"고 강조했다. 새로운 X선 검출기 기술은 의료 현장에서 더욱 안전한 X선 촬영을 가능하게 할 뿐만 아니라 환자들에게 심리적인 안정감까지 제공할 수 있을 것으로 기대된다. 이는 의료 진단 분야의 큰 진전이며, 더 나아가 X선 기술이 인류의 건강 증진에 더욱 기여할 수 있도록 하는 발판이 될 것이다. 접이식 X선 검출기, 의료·산업 현장 누빈다 이번 연구에서 개발된 X선 검출기는 '접이식'이라는 또 다른 장점을 가지고 있다. 이는 X선 장비의 휴대성과 활용도를 획기적으로 높일 수 있는 혁신적인 특징이다. 기존의 X선 장비는 크고 무거워 이동과 설치가 어려웠다. 하지만 접이식 X선 검출기를 사용하면 X선 장비를 소형화하고 유연하게 만들 수 있다. 이는 응급 상황, 재난 현장, 또는 의료 시설이 부족한 오지에서 X선 촬영을 가능하게 하여 의료 접근성을 향상시키는 데 크게 기여할 것이다. 이번에 개발된 X선 검출기는 기존 검출기보다 5배 향상된 X선 검출 한계를 보여준다. 즉, 훨씬 적은 X선량으로도 동일한 품질의 이미지를 얻을 수 있다는 의미다. 이는 환자의 방사선 피폭량을 줄이는 동시에 더욱 선명하고 정확한 진단 이미지를 얻을 수 있게 해준다. 모하메드 교수는 "새로운 검출기로 촬영한 X선 사진은 라즈베리를 관통하는 금속 바늘이나 USB 케이블의 내부 구성 요소와 같은 미세한 부분까지 선명하게 보여주었다"고 밝혔다. X선 기술의 미래, 그리고 숙제 X선 기술은 120여 년 동안 끊임없이 발전해 왔다. 초기의 단순한 X선 촬영에서부터 CT, MRI 등 다양한 영상 진단 기술이 개발되었으며, 최근에는 인공지능 기술과의 결합을 통해 더욱 정확하고 빠른 진단이 가능해졌다. 하지만 X선 기술은 여전히 '방사선 피폭'이라는 딜레마를 안고 있다. 이번 연구는 X선의 안전성을 획기적으로 높일 수 있는 가능성을 제시했지만, 상용화까지는 넘어야 할 산이 많다. 첫째, 새로운 검출기의 생산 비용을 낮춰야 한다. 혁신적인 기술이라 하더라도, 높은 비용은 상용화의 걸림돌이 될 수 있다. 둘째, 다양한 의료 장비 및 산업 현장에 적용 가능하도록 기술을 고도화해야 한다. 이를 위해서는 크기, 모양, 성능 등 다양한 측면에서 개선이 필요하다. 셋째, 장기간 사용에 대한 안전성을 철저하게 검증해야 한다. 새로운 기술의 안전성은 무엇보다 중요하다. 이러한 과제들을 해결한다면, 이번 연구는 X선 기술의 새로운 전환점을 마련할 수 있을 것이다. 더 안전하고 정확하며, 휴대하기 간편한 X선 장비는 의료 및 산업 현장에 혁신을 가져올 것이다. 특히 의료 접근성이 낮은 저개발 국가나 재난 현장에서 X선 기술의 혜택을 더 많은 사람들에게 제공할 수 있을 것으로 기대된다. X선 기술은 인공지능, 빅데이터 등 다른 첨단 기술과의 융합을 통해 더욱 발전할 것으로 기대된다. 예를 들어, AI 기반 X선 영상 분석 기술은 의료 진단의 정확성과 효율성을 더욱 높일 수 있다. 또한, X선 영상 데이터를 빅데이터 기술과 결합하면 질병 예측 및 예방에도 활용할 수 있을 것이다. X선 기술의 미래는 밝다. 끊임없는 혁신과 발전을 통해 X선 기술은 인류의 삶을 더욱 풍요롭고 건강하게 만드는 데 기여할 것이다. 그리고 그 선두에는 더 안전하고 선명한 미래를 향한 과학자들의 끊임없는 도전이 있을 것이다.
- 포커스온
2025-01-09 13:35:00
[신소재 신기술(95)] 옥스포드대, '초박막 태양전지' 개발⋯에너지 패러다임 전환 예고

영국 옥스포드 대학교 물리학과 연구팀이 기존 실리콘 태양광 패널을 대체할 수 있는 초박막 태양전지 기술을 개발해 에너지 패러다임 전환의 가능성을 제시했다. 이 기술의 핵심은 햇빛에 노출된 물체 외부에 부착할 수 있는 초박막 태양전지 필름이다. 이 필름은 빛을 흡수하는 페로브스카이트를 여러 겹으로 쌓아 1미크론 두께로 제작됐다. 기존 실리콘 웨이퍼보다 150배 얇으면서도 5% 더 높은 에너지 효율을 자랑한다. 특히, 일본 산업기술종합연구소(AIST)의 엄격한 인증을 통과하며 27% 이상의 에너지 효율을 공식적으로 인정받았다고 AZO클린테크가 전했다. 연구팀은 이 기술을 통해 태양광 장치의 에너지 효율을 궁극적으로 45% 이상까지 끌어올릴 수 있을 것으로 기대하고 있다. 또한, 매우 얇고 유연한 필름 형태로 제작되어 건물, 자동차, 심지어 휴대폰 뒷면 등 다양한 일상 생활에서 사용되는 사물의 표면에 부착 가능하다는 점에서 건설 및 설치 비용 절감 효과도 기대된다. 이는 태양광 발전소 보급 확대와 지속 가능한 에너지 사용 증진에 기여할 것으로 전망된다. 연구팀의 준케 왕 박사는 "이번 기술은 태양 에너지를 가장 지속 가능한 재생 에너지원으로 만들면서 비용 절감까지 가능하게 할 것"이라며 기대감을 드러냈다. 이번 연구는 옥스퍼드 대학교 물리학과 헨리 스나이스 교수의 지도 아래 약 30명의 전문가가 참여했다. 이들은 약 10년 전부터 박막 페로브스카이트 기술 개발에 주력해왔다. 스나이스 교수는 "우리 실험실에서 시연된 태양광 소재 및 기술의 최신 혁신은 기존 건물, 차량 및 물체를 사용하여 더욱 지속 가능하고 저렴하게 태양 에너지를 생성하는 재료를 제조하는 새로운 산업을 위한 플랫폼이 될 수 있다"고 말했다. 한편, 페로브스카이트 소재는 5년 만에 에너지 효율이 6%에서 27%로 비약적으로 발전했지만, 습기에 취약하여 안정성이 떨어지는 문제가 남아있다. 그럼에도 불구하고, 태양 에너지 가격은 지난 10년간 90% 하락하며 경제성을 확보했고, 이는 전 세계 태양광 발전소 증가에 기여했다. 최근 미국과 구글 등이 태양 에너지 인프라 확대에 적극적으로 나서고 있는 가운데, 옥스퍼드 대학교의 이번 연구는 태양 에너지 시대를 앞당기는 촉매제 역할을 할 것으로 기대된다.
- 포커스온
2024-08-13 16:25:00
[신소재 신기술(62)] '기적의 소재'로 만든 태양광 패널, 에너지 혁명 앞당긴다

'기적의 소재'로 불리는 페로브스카이트 실리콘 소재로 태양광 패널의 효율을 30% 이상 높이는 신기록을 수립했다. 세계 최대 태양광 패널 제조업체인 중국 롱기(Longi)그린에너지기술(주)의 연구원들은 직렬형 페로브스카이트-실리콘 태양전지를 사용하여 34.6%의 전력 변환 효율을 달성했다고 인디펜던트가 보도했다. 이 새로운 기록은 또한 대부분의 상용 태양광 패널에서 볼 수 있는 표준 실리콘 태양전지의 기록보다 7% 이상 더 효율적이다. 페로브스카이트는 배터리부터 통신, 재생에너지에 이르기까지 모든 분야를 크게 향상시킬 수 있는 잠재력으로 인해 차세대 태양광 소재로 주목받고 있다. 현재의 실리콘 태양전지 패널이 물리적 한계에 도달함에 따라 연구자들은 이제 태양 에너지를 더 잘 활용할 수 있는 차세대 직렬 전지를 찾고 있는 것. 페로브스카이트 실리콘 전지의 이론적 효율 한계는 43%로 표준 실리콘 전지의 한계인 29%를 훨씬 초과한다. 페로브스카이트 태양전지는 용액 공정을 통해 저온에서 제조 가능해 생산 비용을 크게 절감할 수 있다. 또한 짧은 시간 내에 실리콘 태양전지에 근접하는 효율성을 달성했으며, 이론적으로는 더 높은 효율을 달성할 수 있는 잠재력이 있다. 또한 유연하고 가벼운 특성으로 건물 외벽이나 창문, 휴대용 기기 등 다양한 분야에서 활용할 수 있다. 최신 페로브스카이트-실리콘 태양전지 기록은 지난 3년 동안 태양전지 효율성 부문에서 세계 기록을 16번이나 깬 롱기(Longi)의 일련의 혁신에 이은 것이다. 회사 측은 중국 상하이에서 열린 제17회 국제 태양광 발전 및 스마트 에너지 컨퍼런스(SNEC)에서 사우디 에너지 기업인 ACWA 파워(Power)와 협력해 글로벌 에너지를 변화시키기 위한 새로운 '랜드마크' 계약과 함께 이번 신기록을 발표했다. 인디펜던트는 롱기는 현재 이 기술을 상용화하는 과정에 있는 여러 회사 중 하나이지만 신기술에 대해 더 자세한 내용은 공개되지 않았다고 전했다. 롱기는 성명에서 "전자 수송층의 박막 증착 공정 최적화, 고효율 결함 패시베이션 재료 개발 및 사용, 고품질 계면 패시베이션 구조 설계를 통해 신기록을 달성했다"고 밝혔다. 페로브스카이트에 대한 또 다른 업체로 영국의 옥스포드 PV는 독일에 생산 시설을 설립해, 올해 페로브스카이트 기반 태양전지 제품을 첫 고객에게 전달할 수 있기를 기대하고 있다. 한편, 페로브스카이트는 수분과 열, 빛 등 외부 환경에 취약해 장기적인 안정성 확보가 필요하다는 단점이 있다. 또한 대부분의 페로브스카이트 태양전지는 납을 함유하고 있어 환경과 건강 문제를 야기할 수 있다. 게다가 대면적화 기술 개발 및 상용화가 아직 미흡한 단계에 있다. 과학자들은 페로브스카이트의 이러한 문제를 해결하기 위해 관련 연구를 활발히 진행하고 있다.
- 포커스온
2024-06-21 10:08:00