지구촌은 기술 전쟁시대라 해도 과언이 아니다. 특히 과학기술 개발은 그 나라의 위상과 경쟁력 제고, 부가가치 창출이라는 측면에서 볼 때 가장 중요한 국가적 프로젝트이기도 하다. 그런 의미에서 녹색기술 개발을 위한 인프라 구축은 시급하다. 녹색 원천기술 확보는 세계적인 추세이기 때문이다.
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| ▲ 대면적 플렉서블 투명 나노 전력발전 소자 모식도(상측) 및 ZnO 나노막대기(하측좌)와 상부전극(하측우) 전자현미경 이미지. |
끊임없는 노력으로 나노산업 이끌어갈 핵심인력 양성
금오공과대학교(우형식 총장) NPT 누리사업단(http:// npt.kumoh.ac.kr) 김상우 교수(http://kit.kumoh. ac.kr/~kimsw)는 “녹색기술 글로벌 협력을 통해 우수연구기관과 우수인력을 유치하는 것이 곧 국가 경쟁력 강화로 이어집니다”라며 “우리 사업단에서도 미래 산업을 이끌어 갈 신개념·신기능 나노정밀부품·소재 개발 및 소자응용 연구를 통해 한국의 나노산업을 이끌어갈 핵심인력을 양성하고 있습니다”라고 밝혔다.
나노과학기술이란 물체를 원자나 분자 단위로 제작할 수 있는 기술을 의미하며, 나노미터(10억분의 1 미터) 크기의 물질들이 갖는 독특한 성질과 벌크물질에서 기존에 보고되지 않았던 새로운 현상을 발견, 원자들을 나노수준에서 정렬하고 조합하여 매우 유용한 소재나 소자, 시스템을 생산하는 과학기술이다. 이는 향후 과학기술을 이끌어 갈 미래유망 산업으로 글로벌 기초과학을 선점하기 위해서 우선시되어야 할 전략분야이기도 하다.
1970년대 노벨상 수상자인 나노과학의 창시자 ‘리처드 파인만’ 교수 및 1981년 미국 메사추세츠 공과대학(MIT) 대학원 시절 나노시대 개막의 효시를 알린 논문을 기고한 나노기술의 대부인 ‘에릭 드렉슬러’ 박사는 나노과학이 건강에서 일상생활, 식량문제까지 인류의 모든 생활을 혁명적으로 바꾸어 놓을 것이라고 호언장담했다. 인체 내에 삽입하여 암세포를 선택적으로 제거할 수 있는 분자크기의 기계, 의복에 장착할 수 있는 나노컴퓨터 등 당시로는 꿈과 같은 내용들을 예측한 것이다. 그러나 이러한 꿈같은 기술들이 현재 전 세계 나노과학기술의 획기적인 발달로 인해 새로운 세계가 점차 현실화되고 있다.
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| ▲ 저온 용액공정 기반 ZnO 나노막대기 LED 공정 모식도 및 실제 제작된 LED칩의 발광이미지. |
기술적인 발전뿐 아니라 윤리분야도 지켜야 할 사명
과학기술의 핵심은 창의적이고 도전적인 연구와 연구인력의 양성이다. 하지만 나노과학기술은 무한한 유용성에도 불구하고 어려운 학문이라는 선입견이 있어 인력양성에 애로사항이 있다. 이에 김상우 교수는 “현학적인 표현 및 학문적 편향을 지양하고 쉽고 흥미를 유발할 수 있는 교육 및 홍보 콘텐츠의 개발과 활용이 매우 필요로 한 시점이며, 또한 나노과학기술의 장점뿐만 아니라 부수되는 단점들도 충분히 일반 대중들에게 전달해야 하는 학문적 윤리성도 배양해야 합니다”라며 “평소 안전한 물질이 나노기술로 제어되었을 때 강한 독성을 띠거나 인체에 삽입되었을 때 정상적인 생리현상을 방해하는 치명적 결과가 나올 수도 있어 윤리분야에서도 반드시 중요하게 다뤄져야 합니다”라고 강조했다.
이를 위해 금오공과대학교 NPT 누리사업단(김인수 단장/ http://kit.kumoh.ac.kr/npt)에서는 나노정밀부품소재 개발과 관련한 현실성 있는 연구발전 방향 체계를 토대로, 차세대 나노소재·부품·디바이스 개발과 관련한 연구역량 제고 및 이를 통한 미래 자원인 나노과학기술 분야의 전문화되고 책임있는 핵심인력을 양성하여 사회에 환원시키는 역할을 충실히 수행하고 있다.
나노부품·소재분야 선도할 각종 연구 결과물 쏟아져 세계적 관심 모아
김상우 교수 연구팀은 삼성전자 종합기술원 최재영 박사 연구팀과 공동 연구를 통해 미래 신방식 모바일 에너지 저장 장치 및 센서로 주목받는 ‘투명한 플렉서블 나노 전력발전 소자’ 개발에 성공해 학계와 업계의 주목을 받기도 했다. 또한 이는 재료 분야 세계 최고 권위지 중 하나인 ‘어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)’誌에 “매우 중요하고 시급히 출판되어야 할 논문”으로도 선정되었으며 우수 논문 온라인 속보판(Advances in Advance)에도 소개되는 등 세계적인 관심을 모으고 있다. 김 교수는 “금번에 개발한 나노 전력발전 소자는 미래 신방식 모바일 에너지 저장 장치 및 센서로서 각광받을 것입니다”라며 자신감을 내비쳤다. 예를 들어 핸드폰 화면에 장착할 경우, 손가락으로 누르는 위치에서 전력이 발생하기 때문에 터치폰 기능뿐 아니라 충전 없이 사용 가능한 핸드폰을 개발할 수 있다. 또한 이 소자는 굽힐 경우 마음대로 휘어지면서 전력을 발생하므로, 사람의 옷이나 신발에 장착하거나 바람이나 조류가 있는 절벽 또는 바닷가에 장착할 경우 자연 에너지만으로도 전력을 발생할 수 있어서 차세대 그린 에너지 장치로도 활용되는 등 그 응용분야는 무한하고 부가가치 또한 엄청날 것으로 예상된다. 이러한 나노 전력발전 소자가 실제 상용화되기 위해서는 에너지 변환 효율을 높이고 신뢰성을 향상시키는 후속 연구가 추가적으로 진행되어야 하고, 이와 관련하여 금오공과대학교와 삼성전자의 지속적인 협력 연구를 통해 투명 나노 전력발전소자의 디스플레이, IT, 차세대 에너지 소자 등에 적용할 수 있는 기술로 발전시킬 계획이다.
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| ▲ 소자의 투명도 및 굽힘성을 나타내는 사진. |
김 교수는 “우리 연구팀에서는 미래 신방식 발광다이오드(light-emitting diode: LED)로서 주목받는 ‘저온 용액공정 기반 나노막대기 LED’ 개발에 성공해 현재 국내외 특허출원을 마친 상태입니다. 또한 5월 중에 물리화학 분야 권위지인 ‘물리화학저널(Journal of Physical Chemistry C)’誌에 표지논문으로 선정되어 발표될 예정입니다”라고 밝혔다. 현재 김 교수 연구팀은 나노 전력발전소자 및 LED 분야 이외에도 삼성전자 종합기술원과 공동으로 차세대 태양전지인 유무기 하이브리드 태양전지 개발에 관한 산학협력 연구도 수행 중에 있으며, 본 협력 연구에서는 전극층의 나노구조 제어를 통해 태양전지에서 발생되는 전자를 최대한 효율적으로 회로에 전달하여 발생전력 손실을 최소화하는 것을 중점으로 연구하고 있다.
김상우 교수는 나노기술에 대한 선택과 집중으로, 세계가 주목하고 인정하는 결과물들을 쏟아내고 있다. 이는 곧 신성장동력으로 이어져 우리나라 과학기술의 수준을 한단계 끌어올릴 것으로 예상된다. 젊고 열정적인 김상우 교수 연구팀의 약진이 우리나라 과학의 미래를 짊어질 것으로 기대된다.