159호.pub

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1 Korea Institute of Science & Technology Information Nano Weekly NANO * NET of the Nano People by the Nano People for the Nano People 제 호 2005년 9월 2일 금요일 문의:(02) 제2기 나노기술 종합발전계획 수정보완 공청회 개최 이달의 과학기술자상 9월 수상자 - 카이 스트 생명화학공학과 이흔 교수 선정 ETRI, 56년간 미해결 현대물리 문제 풀 다 2006년부터 2015년까지 10년간의 국가 나노기술 개발을 총괄하는 정책 전략이 모습을 드러내었다. 나노코리아 2005 행사의 일환으로 지난 26일, 일산 국제종합전시장(KINTEX)에서 개최된 제2기 나노기술종합발전계획 수립 공청회 에서 지난 6개월간 65명의 전문가가 참가하여 작성한 새로운 국가나노기술 개발 전략안(이하 전략안)이 공개된 것이다. 새롭게 작성된 국 가나노기술전략안에 대한 나노기술 전문가 여러분의 고견을 기대하면서, 그 주요 내용을 살펴 보았다. <편집자> 나노 재생 의과학 핵융합 등 미래 유망기 술 21개 선정 새로운 나노구조 분석기법 개발 나노기술 심층정보분석보고서-13 투명 전도성막 염료 대전극 기판 I I 3 e - 전자전달 나노소재/구조 전해질/홀전도체 태양전지는 구성하는 물질에 따라 실리콘, 화합물반도체와 같은 무기소재로 이루어진 태양전지, 나노결정 산화물 입자 표면에 염 료가 흡착된 염료감응형 태양전지 (dyesensitized solar cell), 그리고 유기분자 (donor-acceptor) 로 이루어진 태양전지로 나눌 수 있다. 또한 태양전지의 셀 구조에 따 라서 반도체 pn 접합형과 반도체/액체 광전 기화학형(photoelectro chemical) 태양전지 로 나눌 수 있다. 염료감응형 태양전지는 광전기화학형에 속하며, 유기분자형은 pn 접합형과 유사하다. 나노기술을 이용한 자원순환 스텐포드대, 암세포를 추적 파괴하는 탄 소나소튜브 개발 GE 글로벌 리서치, 이상적인 탄소나노튜 브 다이오드 개발 나노바이오소자 교육 / 2005년 9월 9일

2 2 분석보고서 NANO WEEKLY 제159호 2005년 9월 2일 나노기술 심층정보분석보고서-13 태양전지는 구성하는 물질에 따라 실 리콘, 화합물반도체와 같은 무기소재 로 이루어진 태양전지, 나노결정 산화 물 입자 표면에 염료가 흡착된 염료감 응형 태양전지 (dye-sensitized solar cell), 그 리 고 유 기 분 자 (donoracceptor) 로 이루어진 태양전지로 나 눌 수 있다. 또한 태양전지의 셀 구조 에 따라서 반도체 pn 접합형과 반도 체/액체 광전기화학형 (photoelectro chemical) 태양전지로 나눌 수 있다. 염료감응형 태양전지는 광전기화학형 에 속하며, 유기분자형은 pn 접합형과 유사하다. 염료감응 태양전지 기술은 다양한 학 문영역이 융합되어 있는 종합과학이다. 투명전도성 필름 기술은 반도체 및 재 료과학 분야에 속하며, 나노결정 산화 물을 합성하고 전극 구조를 설계하기 위해서는 무기화학 및 나노과학에 대 한 지식이 필요하다. 염료 설계 및 합 성은 유기 또는 유기금속화학에 대한 이해가 요구되며, 산화-환원 전해질은 전기화학 및 고분자과학과 밀접한 관 계가 있다. 광전자 전달 메카니즘을 이 해하기 위해서는 물리, 물리화학 또는 광과학의 기초가 필요하다. 염료감응 태양전지 셀 및 모듈 제조공정은 공업 화학 또는 화학공학 분야와 관련성이 있다. 이와 같이 다양한 기술 분야가 종합된 염료감응 태양전지에 대하여 이를 구성하는 핵심 요소 기술 분야별 투명 전도성막 염료 대전극 기판 I I 3 e - 전자전달 나노소재/구조 전해질/홀전도체 <그림 1> 염료감응 태양전지를 구성하는 주요 핵심 요소 기술 분야 (그림 1)로 최신 연구개발동향을 살펴 보고, 문헌정보분석과 산업동향을 고 찰하였다. 1. 나노결정 소재 및 전극구조 염료를 흡착할 수 있는 전극 소재는 띠간격 에너지가 큰 반도체 나노결정 (직경 15~20nm) 산화물을 사용한다. 나노 크기의 물질을 사용하는 이유는 입자 크기 감소에 의한 비표면적 증가 로 보다 많은 양의 광감응 염료분자를 흡착시킬 수 있기 때문이다. 입자의 크 기가 수 나노미터 이하로 지나치게 작 게 되면 염료 흡착량은 증가하지만, 반 면에 표면상태 수가 증가하여 재결합 자리를 제공하게 되는 단점도 가지고 있다. 따라서 입자크기 (size), 형상 (morphology), 결정성 (crystallinity) 그리고 표면상태(surface state)를 조 절하는 기술은 염료감응 태양전지에서 중요한 연구 테마 중의 하나가 될 수 있다. 염료감응형 태양전지용 나노 반도체 산화물을 선택할 때 가장 먼저 고려해 야 할 부분은 전도띠 에너지 값이다. 반도체의 전도띠 에너지는 염료의 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)보다 낮아야 한다. 현 재 가장 많이 사용되는 산화물은 TiO 2 로서 루테늄계 염료 (상업적인 이름으 로 N3, N719가 가장 많이 사용됨)의 LUMO 에너지 보다 약 0.2eV 낮은 곳 에 TiO 2 전도띠 에너지가 위치하고 있 다. 따라서 염료감응 태양전지 전극용 산화물을 선택할 경우 산화물의 전도 띠 에너지 값을 우선적으로 고려하여 야 한다. <그림 2>에 각종 산화물의 이론적 전 도띠 에너지(E CB ) 및 실험적 전도띠 에 너지 (E ft ) 를 도시하였으며, 염료감응 태양전지용 전극으로 사용 가능한 산 화물의 종류 및 전도띠 에너지 영역을 빗금 친 부분으로 나타내었다. 지금까지 연구되어온 산화물은 주로 TiO 2, SnO 2, ZnO, Nb 2 O 5 등 이다. 이 들 물질 가운데 지금까지 가장 좋은 효 E CB, cal, ev (AVS) E 0, V (NHE, ph = 1) ft, exp CdFe 2 O 4 V2 O 5 PbFe 12 O 19 FeTiO 3 YFeO 3 ZrS 2 PbS MoS Fe 2 2 O 3 HfS 2 Fe2 S Bi 2 O 3 CuO WO 3 SnO 2 HgS Hg 2 Nb 2 O 7 PbO TiO 2 KTaO 3 CdO SrTiO 3 Ta 2 O 5 In 2 S 율을 보이는 물질은 TiO 2 로 알려져 있 다. TiO 2 는 세 가지 상(phase)이 알려 져 있는데, 저온에서 안정한 아나타제 (anatase) 상, 고온에서 안정한 루타일 (rutile)상 그리고 브루카이트(brookite) 상이 존재한다. 수십 나노 크기를 갖는 아나타제 TiO 2 는 수열합성법으로 제조 가능하며, 저온에서도 안정한 루타일 TiO 2 는 상온 근처에서 가수분해법에 의 해 제조할 수 있다. 입자가 필름 내부에 채워진 상태는 광전자 전달에도 영향을 미치게 되는 데, 단락회로 조건에서 빛세기를 변화 시키면서 측정한 시간상수로부터 구한 전자확산계수(electron diffusion coefficient)를 비교한 결과 조밀한 구조 를 갖는 아나타제 필름에서 전자전달 이 더 빠르게 진행되고 있음을 알 수 있다. 이와 같이 염료감응 태양전지의 나노입자 산화물 전극을 제조할 때 고 려해야 할 사항은 입자의 모양 (morphology) 과 입자가 채워진 필름 의 구조를 제어하는 기술이 필요하다. 최근에는 표면처리에 의한 중심-껍 찔 (core-shell) 나노구조를 이용한 태 양전지 연구도 활발하다. 표면처리의 주목적은 나노입자 표면 상태를 제어 하여 재결합 및 재결합 속도를 감소시 켜 광전압의 상승효과를 얻기 위해서 시도된다. 실제로 SnO 2 와 TiO 2 입자 표면에 ZnO로 표면처리 할 경우 광전 ZnO BaTiO 3 Nb 2 O 5 ZrO 2 CdS E 0, ev (AVS) ft, exp <그림 2> 각종 산화물의 이론 및 실험적 전도띠 에너지 ZnS ECB, cal, V (NHE, ph = 1)

3 NANO WEEKLY 제159호 2005년 9월 2일 분석보고서 3 압이 상승하는 효과가 관찰되었는데, 이는 표면 처리된 물질이 염료로부터 발생된 광전자가 나노입자 산화물에 주입된 후 재결합되는 과정을 봉쇄하 여 주기 때문으로 해석된다. 2. 염료 염료감응 태양전지에 사용되는 염료 는 루테늄계 유기금속화합물, 유기화 합물 그리고 InP, CdSe 등의 양자점 무기화합물이 알려져 있다. 지금까지 알려진 염료 중에는 루테늄계 유기금 속화합물이 가장 우수한 것으로 보고 되고 있다. 루테늄계 염료 중에서 대표 적인 것으로 붉은색을 띠는 N3 (N3 염 료는 수소가 4개 있으며, 이중 2개가 terabutyl ammonium 이온으로 치환 된 것을 N719로 명명함) 와 검은색의 N749 염료가 있다. 일본의 Hironori Arakawa 그룹에서 는 루테늄과 같은 금속이온을 함유하 지 않은 순수 유기물 염료에 대한 합성 및 광전변환 특성에 관한 연구를 하고 있으며, 쿠마린계 물질의 유도체를 합 성하고 염료감응 태양전지용 염료로 응용한 결과 NKX-2311 로 명명된 염 료는 순수유기물 염료로는 매우 높은 약 5.2%의 에너지변환 효율을 보여주 었다. 하지만 순수 유기물의 경우 빛과 열에 불안정한 것이 문제가 된다. 따라 서 빛과 열 안정성이 확보될 경우 가격 측면에서 경쟁력이 우수한 소재가 될 수 있다. 최근에는 루테늄계 염료분자의 bipyridyl 리간드에 긴사슬의 hydrocarbon을 붙여 친유성 (hydrophobic) 특성을 부여한 Z-907 염료가 개발되 었는데, 전해질을 액체형에서 고분자 로 바꾸게 되면 매우 유용한 염료로 사 용될 수 있다. 루테늄계 염료, 쿠마린계 유기염료 외 흥미로운 염료로서 고분자로 된 염 료가 최근 발표되었다. 폴리사이오펜 유도체로 된 고분자 염료를 TiO 2 표면 에 흡착하여 전류-전압 특성을 평가한 결과 AM 1.5 (100 mw/cm 2 )에서 약 1.5%의 에너지변환 효율을 보였다. N3 염료는 두개의 bipyridyl 리간드 에 4개의 카르복실산(COOH) 기가 결 합되어 있는데, 수소는 상대적으로 큰 다른 양이온으로 치환 가능하다. 따라 서 수소가 1개에서 4개까지 모두 4가 지 유도체가 가능한데, 염료분자에 수 소가 많을수록 광전류는 높지만, 광전 압과 fill factor 특성이 저하되어 전체 에너지변환 효율에 나쁜 영향을 미친 다는 결과가 발표되었다. 3. 전해질 및 홀 전도체 염료감응 태양전지용 전해질은 I - - /I 3 와 같이 산화-환원 종으로 구성되어 있으며, I - 이온의 source로는 LiI, NaI, 알칼암모니움 요오드 또는 이미다졸리 움 요오드 등이 사용되며, I - 3 이온은 I 2 를 용매에 녹여 생성시킨다. 전해질의 매질은 acetonitrile과 같은 액체 또는 PVdF와 같은 고분자가 사용될 수 있 다. I - 는 염료분자에 전자를 제공하는 역할을 하고 산화된 I - 3 는 대전극에 도 달한 전자를 받아 다시 I - 로 환원된다. 액체형의 경우 산화-환원 이온 종이 매질 내에서 신속하게 움직여 염료의 재생을 원활하게 도와주기 때문에 높 은 에너지변환 효율이 가능하지만, 전 극간의 접합이 완벽하지 못할 경우 누 액의 문제를 가지고 있다. 반면에 고분자를 매질로 채택할 경우 에는 누액의 염려는 없지만 산화-환원 종의 움직임이 둔화되어 에너지변환 효율에 나쁜 영향을 줄 수 있다. 따라 서 고분자 전해질을 사용할 경우에는 산화-환원 이온 종이 매질 내에서 신 속하게 전달될 수 있도록 설계하는 것이 필요하다. 고분자 전해질용 소재로는 polyacrylonitrile(pan) 계, poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene)(pvdf) 계, 아크릴-이온성액체 조합, pyridine 계, polyethyleneoxide(peo)계 등이 연구 되었다. PEO계 전해질의 예로서 poly (epichlorohydrin-co-ethylene oxide) 고분자 와 NaI/I 2 를 이용한 전해질을 사 용한 염료감응 태양전지는 AM 1.5 (100 mw/cm 2 ) 조건에서 1.6%의 에너 지변환 효율을 보였다. 최근 S. Yanagida 그룹에서는 이온성 액체와 gelator를 사용한 고분자 전해질을 발 표하였는데, AM 1.5(100mW/cm 2 ) 조 건에서 5%의 향상된 에너지변환 효율 을 보였다. 나노입자 산화물을 고분자와 혼합한 나노 콤포지트형 전해질이 M. Gratzel 그룹에서 개발되었는데, 15nm 크기를 갖는 fumed 실리카 입자를 이미다졸 계 이온성 액체와 혼합한 유무기 복합 겔형 전해질을 사용한 염료감응 태양 전지는 AM 1.5(100mW/cm 2 ) 조건에 서 7%의 높은 변환 효율을 보여주고 있다. 염료감응 태양전지를 고체화하는 또 한가지 기술은 홀 전도체를 이용하는 방법이다. 홀 전도체를 사용할 경우에 는 전해질을 사용하지 않기 때문에 고 체화가 더욱 용이하게 된다. 홀 전도체 로는 CuI, CuSCN과 같은 무기소 재, polypyrrole과 같은 유기 소재가 가능하다. 홀 전도체를 염료감응 태양 전지에 적용할 경우 높은 홀 전도도가 구현될 수 있도록 홀 전도층 필름 구조 를 설계 및 제작해야 한다. 홀 전도성 물질이 염료분자가 흡착된 TiO 2 필름 의 나노 동공에 채워 넣는 방법은 습식 또는 전기화학법으로 가능하다. 그러나 나노 동공속에 우수한 홀 전 도 특성을 갖는 무기소재 필름을 형성 하기는 쉽지 않다. 1998년 M. Gratzel 그룹에서 이러한 문제를 해결하기 위하 여 비정질의 spiro 유도체인 OMeTAD 홀 전도체를 이용한 고체 염료감응 태양 전지가 개발되었다. TiO 2 /dye/ometad 형 고체 염료감 응 태양전지는 IPCE 측정결과 520nm 가시광 파장에서 33%의 광전변환 양 자효율을 보였다. 무기 홀 전도체 CuI를 나노 동공에 채 워 넣기 위한 효과적인 방법 중의 하나 로 이온성 액체를 이용하는 방법이 보 고되었다. CuI를 순수한 유기용매에 녹인 용액을 사용할 경우는 매우 낮은 광전변환 특성을 보이는 반면, 이온성 액체를 CuI 용액에 첨가한 용액을 사 용하여 홀 전도성 필름을 만들 경우, 전류 및 전압이 급격히 향상됨을 알 수 있다. SEM 분석 결과 이온성 액체는 CuI의 결정성장을 억제하여 나노 동공 에 효과적으로 채워지도록 도와주는 역할을 하는 것으로 밝혀졌다. 4. 광전자 전달 염료감응 태양전지에서 많이 연구되 고 있는 분야 중의 하나가 광전자 전달 에 관한 연구이다. 염료분자에 의해 생 성된 광전자는 나노입자 반도체로 주 입되고, 반도체 계면을 통하여 확산되 고 전도성 전극으로 수집된다. 전도성 전극으로 전자가 이동할 때 표면상태 에 전자가 잡혀 전해질로 흘러가는 재 결합 과정에 의한 전자의 손실도 예상 된다. 속도론적인 측면에서 보면 <그 림 3>과 같이 광전자의 반도체 전도띠 로 주입되는 속도상수 τ inj, 전도띠 아 래 분포하는 표면상태에 전자가 붙잡 히는(trap) τ t, 트랩된 전자가 다시 전 도띠로 환승하는 (detrap) τ dt, 반도체 네트워크를 통하여 전도성기판 (TCO)

4 4 분석보고서 NANO WEEKLY 제159호 2005년 9월 2일 문헌수 누적건수 건 수 누 400 적 건 300 수 '91 '92 '93 '94 '95 '96 '97 '98 '99 '00 '01 '02 '03 '04 0 문헌수 누적건수 <그림 3> 염료감응 태양전지에서 가능한 광전자의 경로들 연도 <그림 4> 연도별 문헌건수 및 누적건수 에 수집 (charge collection) 되는 τ cc, 그리고 광전자가 전자 받게 성질을 갖 는 전해질의 이온종 또는 산화된 염료 와 재결합하는 τ r 속도상수 등이 관여 하고 있다. 염료로부터 발생된 광전자 반도체로 주입되는 과정은 femto에서 pico초로 매우 빠르다. 광전자가 TCO 에 수집 되는 과정은, 반도체에 주입된 전자가 아무런 방해를 받지 않고 나노입자 네 트워크를 통하여 전달되기 보다는 수 많은 표면상태에 트랩 되거나 또는 열 적으로 전도띠로 다시 방출되는 detrap 과정을 경험하게 된다. 전하수집 속도상수 τ cc 는 IMVS (intensity modulated photovoltage spectroscopy), IMPS (intensity modulated photocurrent spectroscopy), EIS (electrical impedance spectroscopy)와 같은 단색광 레이저 를 이용한 분광학적인 방법으로 구할 수 있다. 전하수집 효율 (ηcc)은 단락 회로 조건에서 IMPS에서 구한 전자전 달 속도상수(τ IMPS )와 개방회로 조건에 서 IMVS 또는 바이어스 전압 조건에 서 EIS에 의해 구한 재결합 속도상수 (τ r )로 부터 구할 수 있다. 특히 바이어 스 전압에 따른 전하수집 효율을 조사 한 결과 염료감응 태양전지는 이상적 인 다이오드에서 벗어난 (nonideal photodiode) 거동을 보인다는 것도 알 게 되었다. 전자의 확산계수는 IMPS로 구한 시 간상수와 필름의 두께를 이용하여 구 할 수 있으며, 펄스 레이저를 이용하여 과도 광전류(transient photocurrent) 로 부터 구하기도 한다. 과도 광전류 실험에 의하면, 전해질이 채워진 나노 동공구조의 TiO 2 필름에서 전자확산 거동은 마치 반대 전하로 가득찬 바다 에 전자가 주입되어 확산되는 전자-정 공 양쪽성 확산(ambipolar diffusion) 으로 설명될 수 있다. 즉 염료감응 태 양전지에서 전자-정공 양쪽성 확산은 주로 TiO 2 메트릭스 내의 전자의 확산 에 의해 주도되고 있음을 시사한다. 전자의 확산속도는 필름의 나노입자 형상에도 영향을 받는데, 필름의 공극 률을 임의로 조절하여 전자확산 계수 를 조사한 결과 공극률이 클수록 즉 나 노입자가 조밀하게 채워지지 않을수록 확산계수가 감소하게 된다. 전지에 응용하고자 하는 노력이 시도 되고 있다. 예를 들면 금속 박막이 산 화물 박막 사이에 샌드위치된 다층 투 명전도성 기판이 염료감응 태양전지에 응용되었다. Ag 박막이 TiO 2 박막 사 이에 있는 TAT 전도성 기판을 ITO 및 FTO와 비교한 결과 이들 기판보다 우 수한 광전 특성을 보였다. 저온에서 우수한 전도성을 나타낼 수 있는 소재중의 하나로 In-Zn-O 산화 물이 존재한다. Zn m In 2 O 3+m 화학식에 서 Zn 원소가 24.5% 정도 존재하는 5. 전도성 기판 투명전도성 기판으로 사용되는 물질 은 Sn-doped In 2 O 3 (ITO), F-doped SnO 2 (FTO), ZnO 등 다양하다. 염료 감응 태양전지에서 수십 마이크로미터 두께의 나노입자 산화물 전극을 투명 IZO 물질이 우수한 전기전도 특성을 보인다. IZO 투명 전도성 기판을 염료 감응 태양전지에 적용한 예가 최근 보 고되었는데, 기존 FTO에 비하여 광전 류가 40% 이상 증가되는 효과가 있음 이 보고되었다. 전도성 기판에 만들기 위해서는 고분 자를 포함하는 슬러리 코팅을 500 o C 정도에서 열처리 하여야 한다. 따라서 염료감응 태양전지용 투명전도 성 기판은 온도 안정성을 고려하여 선 택해야 한다. 염료감응 태양전지에 범 용적으로 사용되는 투명전도성 물질은 F-doped SnO 2 이다. 유리 기판 대신 플렉시블 기판을 사 용하여 유연성 있는 염료감응 태양전 지를 개발하고자 하는 노력이 최근 시 도되고 있다. 상업적으로 쉽게 구할 수 있는 플라스틱 전도성 기판은 ITO가 코팅되어 있다. 유사한 목적으로 저온 에서 높은 투과도와 전기전도도를 갖 는 투명전도성 소재를 염료감응 태양 문헌자료의 정보분석을 위해 미국의 민간학술정보전문기관인 ISI(Institute for Scientific Information)에서 구축 하였으며 주요과학기술문헌 인용색인 정보를 수록한 SCIE 데이터베이스 (SCI-Extend) 를 활용하였다. SCIE 는 4,000여 종의 SCI 저널을 포함한 세계 약 6,000여종의 과학기술저널을 포함하고 있는 대표적인 과학기술전문 DB이다. SCIE DB를 <표 1>과 같이 염료감응 태양전지와 관련된 검색어로 dye-sensitized solar cell, dyesensitized photovoltaic cell을 사용 하였다. 제목, 저자주제어 또는 초록 <표 1> 문헌정보분석 대상 DB 및 검색식 DB명 수록내용 주요검색어 검색결과 SCIE dye-sensitized SCI 저널을 포함한 염료감응 dye sensitized 세계 약 6,000여종의 solar cell 과학기술저널 태양전지 photovoltaic cell 733편

5 ENGLAND(7.6%) PEOPLES R SRI LANKA(5.6%) CHINA(7.8%) SWEDEN(4.9%) GERMANY(8.5%) KOREA(5.5%) FRANCE(3%) SWITZERLAND (10.8%) 기타 NETHERLANDS (3%) ISRAEL(2.9%) USA(13%) SPAIN(2.6%) JAPAN(28.8%) <그림 5> 국가별 논문 발표 현황 필드에 검색어를 포함하고 있는 논문 들을 추출하였으며, 이들을 모집단으 로 하여 국가별, 주요기관별, 주요연구 자별로 분석을 하였다. 염료감응 태양전지 분야에서 1991년 이후에 발표된 논문은 총 733건이며, 2000년 이후 47%의 평균 신장율로 매 우 많은 논문이 발표되고 있다. 이러한 추세는 미국, 일본 등 세계 주요 선진 국이 국가 주도로 태양전지 개발에 앞 장서고 있으며, 특히 2000년 이후 세 계 각국의 나노기술 연구개발 정책수 립에 의한 연구개발 촉진으로 염료형 태양전지에 대한 연구개발이 더욱 활 성화되어 향후 논문발표가 지속적으로 증가될 것으로 예상된다. 국가별 논문발표 현황을 살펴보면, 일 본이 전체 733건중 약29%인 211편으 로 1위를 차지하였으며, 2위인 미국의 95편(13%) 의 2.2배로 압도적인 우위 를 나타내고 있다. 다음으로 스위스가 79건 (11%), 독일 62건 (8.5%), 중국 57건(7.8%), 영국 56건(7.6%), 스리랑 카 41건 (5.6%) 순이며, 한국은 40건 (5.5%) 으로 8위를 차지하였고, 스웨 덴과 네덜란드가 그 뒤를 따르고 있다. 특이한 것은 스리랑카가 영국에 이어 7위를 차지하고, 아시아 지역에서도 일본, 중국에 이어 3위를 차지하고 있 다는 점이다. 주요국의 연도별 추이를 보면 <그림 6>과 같이 2000년대 초에 미국, 일본, NANO WEEKLY 제159호 2005년 9월 2일 분석보고서 5 스위스를 선두로 연구개 발이 이루어졌다. 대부분 의 국가에서 전반적인 증 가를 보이고 있는 가운데 2004년도에는 일본, 독 일, 중국 및 한국이 급속 한 증가를 나타내고 있으 며, 중국은 일본에 이어 2 위를 차지하고 있다. 우리 나라는 2000년 이후에 본격적으로 발표되기 시 작하여 2004년도에는 일 본, 중국, 미국에 이어 4 위를 차지하고 있다. 염료감응 태양전지에 대하여 일본이 가장 많은 논문을 발표하였으나, 주요 연구기관별로 살펴보면 스웨덴의 Uppsala Univ.가 가장 많은 연구논문 을 발표하였으며, 다음으로 일본의 Osaka Univ., 중국의 Chinese Academy of Science가 차지하고 있다. 스 위스의 Swiss Federal Institute of Technology와 스리랑카의 Institute of Fundamental Studies는 공동 4위 를 차지하고 있다. 주요 연구자 분포를 살펴보면, 상대 적인 발표논문 건수의 비교에서 일본 의 연구자가 5명(오사까 대학, AIST) 으로 다수를 차지하고, 스위스가 2명 이지만 Gratzel이 71건을 발표하여 1 위를 나타내고 있다. 염료감응 태양전지의 상용화 추진은 유럽은 INAP, Solaronix, ECN 등에서, 호주는 STI(Sustainable Technologies International) 가 주도하고 있으 며, 미국은 Konarka, Dupont, GE 등 에서 진행 중이다 (그림 7 참조). 이 중 STI는 연간 0.5 MW 규모의 라인 을 갖추고 호주정부 지원 아래 시범설 80 GERMANY PEOPLES R CHINA SWITZERLAND USA JAPAN 건 수 Konarka, MA Dupont, GE INAP, Gelsenkirchen, Grmany ECN, Petten, Netherlands Solaronix, Aubonne, Swiss Fraunhofer ISE, Germany Japan 50 companies STI, AU <그림 7> 염료감응 태양전지 개발 업체 현황 치 단지를 조성하고 있으며, 미국의 Konarka는 플라스틱 모듈을 검토하고 있다. 일본에서는 색소증감형 태양전지라 는 명칭으로 염료감응형 태양전지의 상용화 기술개발이 활발하게 추진되고 있으며, 2010년 이내에 염료감응 태양 전지의 실용화가 이루어질 전망이다. 염료감응 태양전지 개발에 참여하고 있는 주요 기업으로는 샤프, 도시바, 도요타, 후지쿠라 등이 있다. 일본의 경우, 2004년 2월 현재 염료 감응 태양전지 연구개발에 관련된 대 학은 50개 이상이며, 대기업을 포함하 여 약 50개 이상의 기업에서도 개발사 업을 추진 중에 있다. 일본의 염료감응 태양전지에 대한 관심도는 특허 출원 으로부터 간접적으로 알 수 있는데, 1999년까지만 해도 연 평균 10편에도 못 미치는 특허가 2000년을 시작으로 매년 120편에 가까운 특허가 출원되고 있다. 이는 곧 염료감응 태양전지의 실 용성이 크게 부각되고 있음을 단적으 로 보여주고 있다. 국내의 경우 아직 상품화를 목표로 개발하는 기업은 없으나, 대기업에서 연구개발에 높은 관심을 보이고 있으 며, 일부 기업에서는 탐색 연구를 수행 중이다. 국가 출연연구 기관의 경우 ETRI(한 국전자통신연구원)에서 염료감응 태양 전지 연구를 선도하고 있으며, KIST (한국과학기술연구원), KRICT(한국화 학연구원), KERI (한국전기연구원) 등 에서도 활발한 연구개발을 수행하고 '91 '92 '93 '94 '95 '96 '97 '98 '99 '00 '01 '02 '03 '04 연도 <그림 6> 주요국 연도별 논문 건수 추이 본 보고서는 한국전자통신연구원 박남규 책 임연구원과 한국과학기술정보연구원 이일 형 책임연구원, 최붕기 연구원이 공동 집필 한 것입니다. 보고서 집필자들에게 감사드 립니다.

6 6 주간포커스 NANO WEEKLY 제159호 2005년 9월 2일 제2기 나노기술 종합발전계획 수정보완 공청회 개최 나노기술 산업화 촉진, 사회영향 연구 새로운 목표로 설정 2006년부터 2015년까지 10년간의 국가 나노기술 개발을 총괄하는 정책 전략이 모 습을 드러내었다. 나노코리아 2005 행사의 일환으로 지난 26일, 일산 국제종합전시장 (KINTEX)에서 개최된 제2기 나노기술종합 발전계획 수립 공청회 에서 지난 6개월간 65명의 전문가가 참가하여 작성한 새로운 국가나노기술 개발 전략안(이하 전략안)이 공개된 것이다. 새롭게 작성된 국가나노기 술전략안에 대한 나노기술 전문가 여러분 의 고견을 기대하면서, 그 주요 내용을 살 펴 보았다. <편집자> 공격적인 비전 설정 년 선진 3대 나노기술 강국 설정 제2기 나노기술종합발전계획의 비전 은 1기에 비해 더욱 공격적으로 재편 되었다. 구체적으로 집중해야하는 시 장분야와 나노기술을 이용한 활용방안 까지 비전으로 제시하고 있는 것이다. 먼저 신기술 및 제품 확보를 통한 지 속성장 잠재력을 확보하기 위하여 2015년까지 선진 3대국 수준의 나노 기술경쟁력을 확보하겠다고 천명하고 있다. 또한 정보기술 (IT), 바이오기술 (BT), 환경기술(ET) 등의 기존 기술과 의 융합을 통하여 로봇, 유비쿼터스, 나노식품 및 의료, 연료 및 태양전지 분야의 신기술 시장을 선점하겠다는 비전을 제시하고 있다. 그리고 암 정복 및 각종 질병 진단 및 치료기술의 획기 적 향상과 각종 공해 물질의 제거와 배 출을 최소화 하도록 하는데 기여한다 는 것이 3대 비전이다. 4대 목표 - 연구개발, 교육 및 연구인프라, 산업경쟁력, 사회적 요구 이러한 비전의 실현을 위하여 연구 개발, 교육 및 공용 연구인프라, 산업경쟁력, 사회적 요구 분야에서 4가지 목표를 설정하여 추진하게 된다. 산업경쟁력, 사회영향부문은 2기 전략 안에서 새롭게 목표분야로 설정되었다. 연구개발부문은 나노소자, 나노소재, 나노바이오, 공정장비 분야로 세분화 되는데, 비교우위를 갖는 최소 30개 이 상의 최고 수준의 실용화 기술을 확보 하는 것이 목표이다. 나노소자분야는 나노소자 응용회로 및 시스템 개발을 통하여 세계 3위권 기술력에 진입하여, 2015년경 1조 3 천억달러로 예상되는 나노정보기술 (IT) 시장의 20%이상을 점유하겠다는 목표를 설정하였다. 나노 소재분야는 세계 4위권 기술력에 진입하여 2015 년 약 1천억달러로 예상되는 나노소재 시장의 20%이상을 점유하는 것이 목 표이다. 나노바이오 분야는 2015년 2 천 5백억 달러의 세계시장의 10%이상 을 점유하는 세계 5위 기술력 진입이 폭표이다. 나노공정장비분야는 2015 년 약 6천억달러 세계시장의 20%이상 을 점유하는 것이 목표이다. 교육 및 인프라 부문은 인력 양성을 위한 교육과 공용 연구지원을 위한 시 설인프라 구축이 목표이다. 인력제도 분야에서는 나노연구개발 인력과 산업 인력의 연계, 전문연구소, 표준인증센 터 타당성 검토, 연구개발성과의 산업 계 협력 및 이전체제 구축 등에 관한 제도적 지원, 나노기술 영향평가 전문 가 양성, 국제표준기구 활동 참여, 사 회 안전 시스템 및 지속적 발전의 사회 적 함의 도출 등이 목표로 설정되었다. 기반구축분야는 산학연 중심의 서비스 제공시스템 구축, 기반시설 네트워크 구축, 벤처기업 및 중소기업 육성을 위 한 허브 구축 등을 통하여 기반시설구 축부문의 세계 5위권 진입이 목표이다. 신기술의 상품화 촉진을 통한 산업경 쟁력 강화는 2014년 2조6천억불 (LuxResearch) 세계 나노관련시장에 서 16% 이상 점유 (4천250억불) 하는 것이 목표이다. 나노기술의 영향등 사회적 요구에 대 응하는 기술 개발은 1기 계획과는 다 르게 이번 2기 전략안에서 새롭게 목 표로 등장하였다. 이러한 목표설정은 나노기술의 인체 및 환경 유해성에 대 한 문제점이 유럽을 중심으로 미국, 일 본 등으로 확산되고 있는 세계적인 추 세를 반영하고 있다. 공청회장에서 이 조원 단장은 세계와 경쟁하기 위해서 는 나노기술의 영향 문제를 피해 갈 수 없다 고 밝혔다. 시장변화에 적응하기 위해서는 이 분야에 대한 적극적인 대 처가 나노기술 연구개발의 핵심적인 과제로 부상하고 있다는 사실을 정확 하게 짚은 것이다. 추진 방안 이러한 비전과 4대 목표에 기반하여 분야별로 독자적인 추진방안이 수립되 었다. 연구개발 추진방안은 철저한 경쟁력 우선 가능성 확보와 연구성과에 대한

7 NANO WEEKLY 제159호 2005년 9월 2일 주간포커스 7 시기적인 접근, 연구대상자의 차별적 인 지원 등을 고려한 부분이 주목된다. 신규과제 발굴, SWOT 분석 적용 신규 나노기술 발굴의 기본방향은 경 쟁력이 우선시 된다. 인력 확보 및 기 술 경쟁력 확보가능성이 높고, 투자시 기가 적절하며, 시장파급효과가 크고, 선택과 집중 및 공공성이라는 국가 투 자원칙에 맞는 기술 분야를 단기, 중기, 장기로 나누어 수요부처 중심으로 기 술개발에 착수하게 된다. 이것은 일명 SWOT분석을 통해 이루어지는 데, 기 존에 수행되는 과제들 역시 이러한 분 석을 통하여 축소 또는 중단, 현상 유 지, 확대 강화 부문으로 재편되게 된다. 연구과제 지원대상은 기술개발의 성 과가 나오는 시기를 대상으로 5~10년 이내, 10~15년 이후로 세분화 된다. 5~10년 이내 실용화가 가능한 기술개 발은 과제별로 연간 10~20억원을 정 부가 투자하며 실용화가 가능한 기술 로 산업적 파급효과가 놓고 기업의 요 구가 높으며, 기술 경쟁력 우위 및 인 력 확보가 가능한 기술이 대상기술이 다. 10~15년 이후를 대비하는 원천기 술개발은 과제별로 연간 20~100억원 이 투자되며 타 분야에 파급효과가 기 대되는 융합기술개발을 지원한다. 또한, 우수연구센터, 벤처기업, 개별 연구자 지원 등 지원대상자의 육성에 초점을 맞추는 연구지원도 이루어진다. 기반기술개발은 연간 3억~20억원이 투자되며, 세계적인 우수연구센터 (Center of Excellency) 를 추구하며 국내인력의 저변확대가 필요한 기술개 발을 지원한다. 다학제간 연구를 추진 하되 소규모 수준이다. 자유응모형 기 술개발 은 연구성공 가능성은 낮지만 비전 신기술(제품) 확보를 통한 지속 성장 잠재력 확보 2015년 선진3대국 기술경쟁력확보 기존기술과의 연계 및 융합 IT, BT, ET 등 여타 기술과의 융합 및 시너지를 통해 신기술 시장선점 - 로봇 및 유비쿼터스 시장 - 나노식품 및 의료시장 - 연료 및 태양전지 시장 인간 삶의 질 향상 안전하고 풍요로운 사회의 실현, 환경 친화적 사회실현 - 암 정복 및 각종 질병진단 및 치료기술 획기적 향상 - 각종 공해 물질제거 및 배출 최소화 나노기술 종합발전계획의 비전과 목표 성공시에는 파급효과가 큰 기술을 대 상으로 과제별로 1~3억원을 지원한다. 다양한 아이디어를 가진 신진연구자 육성에 기여하게 된다. 벤처 육성기술 개발 은 산학연 모두에게 개방되어 추 진되며, 창의적인 아이디어를 3~4년 이내에 상용화로 직접 연결시킬 수 있 는 기술개발을 지원한다. 기반구축분야 선언적 수준 효율성 숙제 연구분야의 추진방안과 대비되게 기 반구축분야와 인력 제도분야의 추진방 안은 선언적인 수준에 머물고 있다. 거 대담론은 있지만 각론의 모습은 드러 나 있지 않다. 향후 구체화 작업이 요 구되며 나노기술관계자의 의견이 절 실히 요구되는 분야이기도 하다. 기반구축분야의 전략은 기반시설간의 효율적 연계, 선진국과의 전략적 제휴, 자립화 기반 구축, 벤처기업 및 중소기 업 지원이 강조된다. 나노종합팹센터, 나노소자특화팹센터, 나노기술집적센 터 등의 기반시설의 효율적인 운영과 상호연계가 해결해야 하는 주요 과제 로 남아 있다. 강화된 정책추진체계 - 부처간 조정위원회 구성 제기 정책추진체계에서는 몇몇 주요 핵심 적 변화를 제시하고 있다. 부처간, 학 제간, 기술분야간 조정업무를 담당하 는 기구의 설치를 명시해 놓은 것이다. 작년 말에 폐기된 나노기술전문위원회 와 그 사무국의 필요성을 제기하고 있 다. 그러나 부처간 조정위원회가 실질 적인 활동을 보장받기 위해서는 어떻 게 해야 할지 구체적인 상은 아직 그려 져 있지 않다. 미국 NNI를 집행하는 나노기술분과위 (NSET) 와 일본 종합 목표 연구개발, 교육 및 연구인프라, 산업경쟁력강화, 사회적 요구에 부응하는 기술개발 등 4대 목표 설 정 추진 연구개발: 비교우위를 갖는 최소 30 개 이상의 최고 수준의 실용화 기술 확보 교육 및 공용 연구 인프라구축: 인력 양성을 위한 교육 및 공용 연구지원을 위한 시설 등 인프라구축 신기술의 상품화 촉진을 통한 산업경쟁력 강화: 2014년 2조 6천억 달러(Lux Research) 세계 나노관련 시장에서 16% 이상 점유 (4천 250억 달러) 나노기술의 영향 등 사회적 요구에 대응하는 기술 개발 과학기술회의, 중국의 나노과기협조지 도위원회 등의 활동에 대한 주도면밀 한 조사연구가 요구된다. 인력양성부문도 2기 전략안에서는 중 점을 둔 흔적이 보이고 있다. 1기의 사 업 추진에서 나노기술인력양성부문의 예산집행실적에 대해 포장만 해서 투 자된 것 이라는 혹평을 하면서 실질적 인력양성이 이루어지지 않았다는 평가 를 내렸다. 그래서 2기 전략안은 인력 양성 예산항목을 명시화하고 나노기술 학과에 대한 지원을 강화해 나갈 방침 이다. 또한 산학연을 연계하는 인력양 성프로그램도 운영한다. 주요 4대 목표중의 한 분야로 선정된 나노기술의 사회영향부문과 관련하여, 나노물질의 독성을 연구하는 나노기술 영향평가센터 지정 또는 설립과 국제 공동연구의 추진이 진행된다. 나노물 질의 인체 및 환경에 관한 위해성 문제 는 매우 시급하게 대처해야 할 문제로 서 센터지정의 시기와 주체선정에 대 한 보다 실천적인 전략이 요구된다. 그 외 나노기술정보전담기관 지정, 나 노표준인증센터 설치 등의 전문 분야 별 추진기관의 설치 및 운영, 대학 및 사업단 등의 주요성과를 산업계에 연 계 및 이전하는 활동이 강화된다. 이번에 작성된 전략안은 나노기술촉 진법 4조 및 동법시행령 2조의 규정 (매년 5년마다 나노기술종합발전계획 을 수립해야 한다)에 따라 수립되었다. 이조원 단장이 연구책임을 맡고 있으 며, 지난 3월 부터 관련전문가 65명이 참여하여 작성된 것이다. 2000년 수립된 미국의 국가나노기술 전략 (NNI) 은 전세계적인 나노기술개 발경쟁 붐을 조성하는 계기를 제공했 다. 그리고 5년이 흐른 지금 세계는 또 다른 도약을 준비하고 있다. 국가마다 실정에 맞게 다른 모습을 띄고 있지만 새롭게 정책을 재정비하는 노력은 공 통적이다. 미국의 신 NNI( ), EU의 나노기술전략 (2005.6), 일본의 제3차 과 학 기 술기 본계 획 ( ) 하의 나노기술 핵심분야선정 등 나노기술 정책이 새롭게 수립되고 있다. 우리나라 역시 이 대열에 참여하 고 있다. 앞으로 이번에 제기된 미진한 부문에 대한 보완을 통한 완성된 전략 안을 기대해 본다. KISTI 나노정보분석실

8 8 주간포커스 NANO WEEKLY 제159호 2005년 9월 2일 공청회는 연구책임자인 이조원 단장의 2 기 나노기술종합발전계획안에 대한 기조 발제 후에 이영희 교수(성균관대)의 사회로 대학, 연구소, 기업체 인사로 구성된 패널 토의가 이루어 졌다. 전략안 수립이 완료된 것이 아니라 완성 중에 있기에 패널 토의에 서 제기된 주목할 만한 주제에 대한 이견과 반론을 살펴보며 대안을 제시하였다 비전과 목표 정말 달성해야 하는 목표인가? 먼저 비전과 목표에 대한 이견이 존재 하고 있다. 관점에 따라 다른 해석이 가 능한 선진 3대국 수준의 기술경쟁력 이 비전으로 타당한 것에 대한 의문이 제기되고 있는 것이다. 나노소자 톱 (Top) 3 진입, 나노소재 톱 4, 나노 바이 오 톱 5, 나노공정장비 톱 3. 이번 전략 안의 비전과 목표에 등장하는 톱 시리즈 에 대한 근원적인 문제 제기이다. 문맥 상으로 보면 기술경쟁력을 평가하는 방 법과 평가를 담당하는 주체 등에 대한 모호한 기준 속에서 소모적인 논쟁으로 이어질 수 있다는 의견이다. 그러나 이러한 공세적인 톱 3, 톱 5 라 는 비전과 목표는 단순한 문구상의 문 제가 아닌 실천해야 하는 의지를 상징 적으로 나타내고 있다고 설명하고 있 다. 세계시장에서 경쟁력을 가지기 위 해서는 최소한 세계 3위권의 기술력을 지녀야 시장진출이 가능하다 는 절박 한 현실 인식에 기반하고 있는 것이다. 그래도 1기 계획에서 명시화해 놓은 2010년에는 선진 5대국 기술경쟁력 확보 라는 비전에 대해 심도있는 평가 가 미진한 상황 속에서 2기 비전인 선 진3대국 에 대한 논쟁이 어떻게 정리 될지 관심이 집중되고 있다. 예산 - 과대투자냐?, 진짜 나노기술 에 투자하고 있는가? 나노기술예산부문에 대해서는 두가지 측면의 이견이 존재한다. 나노기술분 야에 예산이 과대 투자되고 있다 라는 것과 진짜 나노기술에 예산이 투자되 고 있는가 에 대한 문제가 얽혀있다. 나노기술분야에 예산이 과대 투자 되 고 있다는 주장에 대해서는 실상은 그 렇지 않다는 주장이 대세이다. 우리와 경쟁하고 있는 국가와 구매력지수 (Purchasing Power Parities) 기준으 공청회 패널토의 : 왼쪽부터 이조원 단장(테라급나노소자개발사업단), 조현남 소 장(잉크테크), 이창진 박사(화학연구원), 이영희 교수(성균관대), 박경완 교수(서 울시립대), 이정일 박사(한국과학기술연구원), 김형국 교수(부산대) 로 나노기술 연구개발지원 예산을 비 교해 보면 2004년 중국은 6억 1100만 달러, 2005년 러시아는 10억달러 수 준이다. 국민 일인당 구매력지수로 보 면 일본은 6.3 달러, 대만은 9.4달러 수준인데 비하여 한국은 5.62 달러 수 준이다. 또한, 나노기술종합발전계획이 수립 되고 난 뒤에 나노기술분야에 투자된 예산 중 기존 사업의 연장이 아닌 나노 기술로 특화된 예산이 많지 않다는 지적 이다. 특화팹, 소자팹 등의 신규시설투 자비를 제외한 순수 나노기술 분야 연구 개발 지원비는 많지 않다는 논거이다. 순수한 나노기술에 투자한 예산이 적 다는 문제제기는 향후 진지한 검토가 필요한 대목이다. 나노기술연구성과가 언제 어디서 나올지 모르는 상황이라 는 특성을 이해하면, 원천기술개발에 대한 지원이 강화되어야 하는 데 현재 상황은 그렇지 않다는 주장이다. 그러 기에 정책적으로 보텀업 (Bottom up) 방식의 연구과제에 대한 예산확대문제 가 신중히 검토되어야 할 것이다. 정책추진체계 범 부처적인 나노기술종합발전 추진체계가 있는가? 범 부처적인 나노기술종합발전계획이 되려면, 범 부처의 나노기술 담당 책임 자가 전략안 수립에 참여하여야 한다 는 점도 핵심적인 사안이다. 실행을 가 정한 전략안이 수립되어야 참다운 전 략 이 될 수 있기 때문이다. 그러나 이번 전략안 공청회에서 볼 수 있듯이 전략안은 하나의 권고안 수준 이다. 국가과학기술위원회를 통과하더 라도 각 부처별로 이러한 통합적인 전 략이 시행되지 못하면, 전략안의 실효 성은 보장되지 않는다. 따라서 나노기 술 예산지출을 직접 기획하고 집행하 는 부처별 담당자들이 전략안 수립의 주체가 되어야 한다. 나노기술 시장 예측 세계시장을 평가 분석하는 인력은 있나? 공청회 자리에서는 원초적인 질문들이 나왔다. 나노기술 시장 예측치에 대한 이의제기였다. 전략안에 포함된 세계 시장 목표 점유율은 기존의 시장 예측 치가 맞다는 전제 위에서 나온 결론이 기 때문이다. 현재 나노기술 시장 전문조사기관으 로 국내에 알려진 기관은 미국의 럭스 리서치(Lux Research), BCC 사 등이 다. 전략안은 상당부분 이들 기관의 조 사결과를 인용하고 있다. 문제는 이들 기관이 나노기술시장을 상이하게 규정 하고 있기에 시장 예측치가 다르다는 것이다. 우리의 시각에서 시장을 예측 할 수 있는 연구활동과 연구인력양성 에 대한 지원을 2기 전략안에 반영하 는 것이 요구된다. 그 밖에 1기 종합발전계획안에 대한 제대로 된 평가의 부재가 거론되었다. 약속에 대한 언급이 있어야 한다 는 주장은 목표대비 달성성과 그리고 앞 으로의 과제도출이라는 일련의 과정이 미흡했지 않았냐는 조심스런 문제제기 로 이어졌다. KISTI 나노정보분석실

9 NANO WEEKLY 제159호 2005년 9월 2일 국내동향 9 과학기술부 (부 총리 오명)와 한국 과학재단 (이사장 권오갑)은 미래 청 정에너지인 수소 를 얼음 입자내로 저장되는 자연 현상을 세계 최 초로 규명하고 수소 에너지 시대를 앞당길 수 있는 획기적 전기를 마련 한 공로로 한국과학기술원 생명화학공 학과 이흔 교수를 이달의 과학기술자 상 2005년 9월 수상자로 선정했다. 미래의 거의 유일한 무한에너지라 할 수 있는 수소에너지를 잘 활용할 수 있 느냐의 성공여부는 이를 얼마나 효과 적으로 저장시킬 수 있는 기술의 확보 여부와 직결된다. 그 동안 널리 사용된 수소저장 방법으로는 영하 252 극 저온의 수소 끓는점에서 수소 기체를 액화시켜 특별히 제작된 단열이 완벽 한 용기에 저장하거나 또는 350 기압 정도의 매우 높은 압력에서 기체 수소 를 저장하는 방법이 있지만 수소가 제 일 작고 가벼운 원소이므로 어떤 재질 의 용기이건 속으로 침투하는 성질이 있다. 따라서 이 방법들은 경제성이나 효율성이 매우 떨어지게 되고 극저온 이나 상당히 높은 압력으로 인한 여러 가지 기술적 난제들을 필연적으로 갖 게 된다. 이러한 문제점들을 극복하기 위하여 그동안 전 세계적으로 수소저장합금, 탄소나노튜브 등을 이용한 차세대 수 소 저장 기술 연구가 활발히 이루어지 고 있지만 이러한 특수 물질들의 저장 재료로서 한계성 때문에 현실적으로 적용하기가 어렵다. 국내외를 막론하 고 현 시점에서 수소에너지 관련 전문 가들이 공통적으로 걱정하고 있는 큰 고민거리는 아직까지 획기적이고 가능 성이 있는 수소 저장 방법이 전혀 개발 되어있지 않다는 점이다. 그러나 이번에 발표된 연구에서는 수 소를 저장하기위한 기본 물질로 물을 이용하기 때문에 매우 경제적이며 또 한 친환경적인 수소 저장 방법이라 할 수 있다. 순수 물로만 이루어진 얼음 입자에는 수소를 저장할 수 있는 빈 공 간이 존재하지 않는다. 그러나 순수한 물에 미량의 유기물을 첨가하여 약간 의 비순수 얼음 입자를 만들 경우 내부 에 수많은 나노 공간이 만들어 지며 바 로 이 나노 공간에 수소가 안정적으로 얼음 입자의 나노공간을 활용하여 수소 저장 저장되는 특이하고 신비한 현상이 나 타난다. 특히, 주목할 만한 사실은 우리가 쉽 게 다룰 수 있는 영상의 온도에서 수소 가 저장되고 수소를 포함하고 있는 얼 음 입자가 상온에서 물로 변할 때 저장 된 수소가 자연적으로 방출된다. 이러 한 수소의 저장과 방출이 짧은 시간 내 에 단순한 과정으로 진행이 이루어지 며, 더욱이 수소를 저장하는 물질로 물 을 사용함으로 거의 무한적으로 얼음 입자를 반복해 활용할 수 있고, 필요시 방대한 얼음 입자로 이루어진 공간에 수소의 대규모 저장이 가능하게 된다. [안내] 산업자원부가 지원하는 <인력양성사업> 의 일환으로 서강대학교에서는 생물전자 공학 기술 인력양성 프로그램 을 운영하고 있습니다. 인력양성사업에서는 <바이오칩, 바이오센서, 바이오전자소자> 등의 다양한 프로그램으로 교육을 진행하고 있습니다. 이번 교육은 나노바이오소자 의 주제 로 진행됩니다. 관심 있으신 분은 참고하시 기 바랍니다. 많은 참여 부탁드립니다. 주 제 : 나노바이오소자 일 시 : 2005년 9월 9~10일 장 소 : 서강대학교 김대건관(K관) 101호 주 관 : 서강대학교, 한국바이오산업협회 수강료 : 회원 60,000 / 일반 70,000 / 실습 100,000 문 의 : nanobio@sogang.ac.kr Tel: 궁극적으로 물로부터 수소를 생산하 고, 생산된 수소를 얼음 입자에 저장 한 후 이를 최종 에너지원으로 이용하 여 수소를 연소시키거나 연료전지에서 사용하면 다시 수증기가 만들어지게 된다. 이렇게 물, 얼음, 수증기로 이루 어지는 수소의 순환 시나리오를 제 시할 수 있으며 이를 완성하기 위 한 체계적이고 과학적인 접근 방법 을 시도하였다. 지구상 가장 보편 적이고 풍부한 물질인 물로 이루어진 얼음 입자에 수소를 직접 저장할 수 있 는 메커니즘이 밝혀짐에 따라 앞으로 미래 수소 에너지를 이용하는 수소자 동차, 연료전지 개발에 획기적인 전기 를 마련한 것으로 보인다. 동 연구결과는 세계적 과학전문저널 인 네이처지 2005년 4월 7일자에 가 장 주목해야 할 하이라이트 논문으로 선정되어 해설 및 전망 기사와 함께 발 표되었다. 과학기술부 월 9일(금) : 이론 소속 강사 강의 주제 서울대 자기 조립 현상을 이용한 홍승훈 바이오 물질의 나노 패터닝 및 교수 나노바이오 소자 제작 기술 서강대 최정우 교수 나노바이오소자 개론 Nanobiotechnology; 노스 오병근 Nanoparticle Based Biosensor 웨스턴대 박사 and Dip-pen Nanolitho- graphy Based Biochip 포항공대 최희철 탄소나노튜브의 바이오시스템 교수 응용 KAIST A microfluidic device for 박제균 multistage dielectrophoretic 교수 separation 9월 10일(금) : 실습 SPR Analysis of Biosurface Nanoscale Biofilm Fabrication STM Analysis of Biosurface Nanoscale Patterning of Biomolecules

10 10 국내동향 NANO WEEKLY 제159호 2005년 9월 2일 전기장에서 절연체가 갑자기 금속이 되는 현상 실험으로 확인 차세대 나노소자 개발의 길 열려, 시장 규모만 100조원 규모 예측 절연체(부도체)는 전기가 통하지 않 는다 는 기존의 일반상식을 깨고, 절연 체를 전기가 통하는 금속체로 바꿀 수 있는 새로운 물질 속 자연현상 이 국내 연구진에 의해 세계 최초로 밝혀졌다. ETRI(한국전자통신연구원, 원장 임 주환) 기반기술연구소(소장 강석열)는 <그림 1> 붉은색 직선은 금속특성인 옴의 법칙 (전류의 세기는 전압에 비례하고 저항에 반비례한 다는 법칙)을 나타낸다. 초록색 직선은 전압을 가 하여도 전류가 흐르지 않는 절연체(부도체)의 특 성을 의미한다. 검은색 직선은 금속-절연체 전이 소자에서 측정된 실험데이터이다. 전류점프가 일어나는 전압 이하에서는 절연체의 특성 그리고 점프 이상에서는 금속특성을 따른다. 이것이 바로 모트 금속-절연체 전이 현상이다. 측정온도를 내리면 옴의 법칙의 기울기가 커지면 서 전류점프의 폭이 증가한다. 이것은 저항이 작 아짐을 뜻한다. 56년간 미해결 현대물리 문제로 남아 있던 모트 금속-절연체 전이 현상 을 세계 최초로 그 원리를 이론화하고, 실험으로 확인하는데 성공했다고 밝혔 다. 1949년 Mott(영국 캠브리지대학, 노 벨 물리학상 수상자) 교수가 금속에서 전도전자들 사이에 쿨롱(Coulomb) 에 너지가 매우 크면, 물질의 구조적 변화 없이 갑자기 모트 절연체로 전이가 일 어날 수 있다 는 모트 금속-절연체 전이 현상 이론을 처음 예언하였다. 그러나 모트 금속-절연체 전이 현 상 은 현재까지 56년간 실험으로 증 명되지 못한 채, 연속적 금속-절연체 전이 현상 및 구조 상전이 현상 과 더 불어 끊임없이 학문적 논쟁을 거듭해 온 현대물리에서 중요한 미해결 물리 문제 중 하나였다. 이번에 ETRI 테라전자소자팀(팀장 김 현탁 박사, 사진) 에서 모트 금속-절 연체 전이 현상 을 새롭게 설명할 수 있는 획기적 이론인 Hole-driven MIT Theory 를 새롭게 만들었다. 이 이론의 증명을 위해 ETRI 연구팀 에서는 금속-절연체 전이형 소자를 제 작하고, 전류-전압 특성 측정으로부터 불연속적인 점프인 금속-절연체 전이 현상을 관측하였다 (그림 1). 또, 물질 의 구조를 분석하는 마이크로 라만 (Raman) 산란실험으로 구조 상전이를 동반하지 않는 금속-절연체 전이 현상 을 확인함으로써 세계 최초로 모트 금속-절연체 전이 현상 을 증명하였 다. 아울러, 모트 금속-절연체 전이 현상 이 쿨롱에너지가 크지 않은 물질로 알 려진 화합물 반도체(예, GaAs 등)에서 도 일어날 수 있음을 세계 최초로 예언 하였다. 그리고 모트 금속-절연체 전이 현상 을 일으키는 새로운 기능의 모트 트랜 지스터를 세계 최초로 개발하였다. 현 재 사용되고 있는 반도체 트랜지스터 는 크기가 어느 한계 이하로 작아지면 사이즈 효과 때문에 전류의 크기도 작 아져서 트랜지스터로 작동할 수 없게 된다. 따라서 고속 스위칭이 가능하고, 많은 전류를 흘릴 수 있는 모트 트랜지 스터가 반도체 트랜지스터의 대안이 될 수 있다. 본 연구의 책임자인 김현탁 박사는 모트 금속-절연체 전이 (MIT) 현 상 을 발견하고 원리를 규명한 실험적 결과들을 세계적인 물리학 저널인 New Journal of Physics 와 Applied Physics Letter 에 2004년 5월과 2005 년 6월에 각각 게재하여 국내 외 관련분 야 학자들에게 큰 반향을 불러 일으켰 다. 일반적으로 물질의 상전이(예, 얼음- 물-수증기)는 물질의 구조변화를 동반 하지만, 모트 금속-절연체 전이 는 물질의 구조적 변화를 동반하지 않으 면서 갑자기 절연체에서 금속으로 또 는 금속에서 절연체로 상전이( 相 轉 移 ) 11면에서 계속 <그림 2> 모트 MIT 트랜지스터의 구조는 (a)에서 보여주고, 실제 전자현미경으로 관찰한 사진을 (b)에 나타내었다. (a)에서 소스와 드레인의 간격 은 5 μm이다.

11 NANO WEEKLY 제159호 2005년 9월 2일 국내동향 년 1인당 GDP 3만5000 달러 '삶의 질' 20위권 도약 전망 오는 2015년 이후 우리나라를 세계 10위의 선진국으로 이끌어갈 미래 국 가유망기술로 재생 의과학, 핵융합, 맞 춤의학ㆍ신약 등 21개가 선정됐다. 또 선정된 기술 분야 발전을 통해 2015년께 1인당 GDP 3만5000 달러 를 달성하고, 현재 OECD 30개국 중 26위인 삶의 질 도 20위권으로 도약 할 것으로 전망됐다. 정부는 29일 청와대에서 노무현 대 통령 주재로 제18회 국가과학기술위 원회를 열어 미래 국가유망기술 21 을 확정, 범국가적 역량을 집중시켜 나가 기로 했다. 미래 국가유망기술 21 은 앞으로 10 20년 후 우리 사회를 풍요롭고 건 강ㆍ쾌적하며 안전한 선진사회로 만드 는 데 기여할 핵심 기술분야로 시장 성(경제성) 삶의 질 공공성(국가안 위ㆍ위상제고) 등 3개 기준에 따라 선 정됐다. 시장성 기술로는 실감형 디지털 컨 퍼런스, 초고성능 컴퓨팅, 나노ㆍ고기 능성 소재 등이 공공성 기준에서는 전지구 관측시스템과 국가지원 활용, 기후변화 예측 대응, 해양영토 관리ㆍ 이용 등 삶의 질 제고를 위한 유망 기술로는 생체 방어, 맞춤 의학ㆍ신약, 생태계 보전ㆍ복원 등이 각각 선정됐 다. 재생 의과학 기술은 3개 기준에 공 통으로 적용된 미래 기술로 채택됐으 며 인지과학ㆍ로봇, 감성형 문화콘텐 츠 등 2개 기술은 시장성과 삶의 질 제 고 등 2개 기준이 함께 고려됐다. 또 공공성과 시장성에 모두 부합하 는 기술로는 지식과 정보보안, 초고효 율 운송ㆍ물류 관리, 고부가 생물지원, 인공위성, 핵융합 등 5개가 선정됐다. 삶의 질을 높이면서 동시에 공공성 을 충족하는 유망기술로는 유비쿼터스 사회 기반구축 및 관리기술, 재해ㆍ재 난 예측 및 관리, 차세대 원자력시스템, 청정 신재생 에너지 등이다. 정부는 하반기 중 21개 미래기술 분 야에 대한 개략적인 기술지도(TRM)를 작성하고 오는 2006년 8월까지 미래 국가유망기술 개발 종합계획 을 범부 처적으로 마련, 미래 핵심기술 확보에 국가적 역량을 집중해 나가기로 했다. 한편 노 대통령은 이날 고용없는 성장에 대처하기 위해 과학기술계가 일자리 창출방안을 적극 검토해 달라 며 대ㆍ중소기업간 협력관계 조성 등 사회적 통합 영역에서도 적극적인 역 할을 기대한다 고 주문했다. 노 대통령은 이어 과학기술 분야의 가시적 성과는 과학기술계의 노력의 결과 라고 평가하고 "IT, BT 등 분야 의 성공은 국민에게 미래에 대한 자신 감을 주고 우수 인력의 이공계 지망 확 대 등에 큰 영향을 미친 만큼 지속적인 성공사례 창출이 중요하다"고 밝혔다. 국정브리핑 면에 이어서 하는 것 이 특징이다. 이 현상은 전기 가 통하지 않는 공기 중에서도 번개가 치는 현상(전기 저항이 제로가 되는 현 상, 즉 절연파괴 현상)의 원인으로 해 석하고 있다. 이 금속-절연체 전이 현상 규명 이 물리학에서 매우 중요한 이유는 고 온초전도, 자성체의 거대 자기저항 그 리고 고체 액체 기체에서 일어나는 절 연파괴 등 지금까지도 미해결로 남아 있는 다른 물리현상들에 대해서 해결 실마리를 제공할 수 있기 때문이다. 향후, 금속-절연체 전이 현상 을 응용하는 기술 분야는 매우 광범위할 것으로 예상된다. 특히, 전기 전자기기 의 잡음제거 소자, 광소자, 차세대 메 모리, 차세대 디스플레이 등이 유망한 응용분야가 될 수 있으며, 이 기술들이 머지않아 활용될 수 있을 것으로 기대 된다. 이러한 응용기술들은 미래 산업 에 미치는 영향이 지대할 것으로 평가 되고 있다. 연구책임자인 김현탁 박사는 현재 본 연구팀에서는 금속-절연체 전이 기 ETRI 테라전자소자팀 술에 기반을 둔, 각종 응용소자와 향후 이들의 대량생산화를 위한 원천기술 개발에 박차를 가하고 있다 며, 특히 고전압 잡음 제거용 MIT소자 상용화 를 위해 노력하고 있다 고 말했다. 또한 ETRI 임주환 원장은 지적재산 권(IPR) 확보를 위해 금속-절연체 전 이 에 관한 16건의 국내 외 원천 및 응용특허를 출원하였으며 그 중 이미 3개가 등록되었다 며, 연구개발의 지 속적 추진을 위해 적극적인 지원과 연 구 환경이 뒷받침될 경우, 우리나라의 강력한 차세대 성장 동력이 될 수 있을 것으로 기대한다 고 말했다. ETRI

12 12 국외동향 NANO WEEKLY 제159호 2005년 9월 2일 독일 막스플랑크 고분자연구소 (Max Planck Institute for Polymer Research) 연구원 김동하 ( 金 東 河 ) 박사가 최근 한국과 미국의 연 구원들과 공동으 <그림 1> 블록공중합체 박막을 이용한 평면 광도파로의 Kretschmann 모식도 로 블록공중합체 나노재료의 광학소자응용 및 나노구조 분석과 관련한 획기적 연구결과를 발 표했다. 블록공중합체박막 평판광학도 파관 (Thin Films of Block Copolymers as Planar Optical Waveguides) 이라는 제목의 이번 논문은 막스플랑크 연구소 재료과학부 Wolfgang Knoll 교수팀, 포항공대 블록공중합체 창의 사업단 김진곤 교수팀, 그리고 미국 매 사츄세츠대학교 고분자공학과 Thomas P. Russell 교수팀이 공동으로 연 구한 결과로서 나노재료공학분야에서 세계적으로 가장 귄위있는 과학잡지들 기법들과는 달리 나노구조를 가지는 임의의 박막의 두께와 유전상수를 독 립적으로 구할 수 있으며, 특히 입사하 는 레이저의 편광을 조절함으로써 박 막 내부에서 일어나는 공정 (기공의 생 성이나 이물질의 첨가 등)과 박막 표면 (또는 외부)에서 일어나는 변화 (단백 질 흡착 또는 관능기에 의한 개질 등) 를 동시에 실시간으로 추적 가능하며 독립적으로 해석할 수 있게 된다 (그림 2). 또한 블록공중합체는 구성 성분의 일부를 선택적으로 제거하거나 변형시 키는 공정이 용이하여 기존의 단성분 <그림 2> 블록공중합체 광도파로 층으로부터 얻어진 전형적인 광학모드 본 연구는 최근 나노바이오공학분야 에서 대표적인 자기조립형 나노재료 (Self-assembled Nanostructure) 의 하나로서 각광받는 블록공중합체가 광 학바이오센서로서 응용될 수 있음을 입증하였으며, 박막 나노구조의 분석 기법으로서 A 이하의 분해능을 갖는 간단한 실험실적 해석기법의 새로운 전형을 제시한 것으로 평가 받고 있다. 가운데 하나인 Advanced Materials에 투고가 확정되어 최근호에 출판될 예 고분자재료에 비하여 광학상수 및 기 계물리적 성질의 미세한 조정이 가능 본 원고는 독일 막스플랑크 정이며, 관련 연구가 Journal of 하므로 광학집적소자 (Integrated 연구소의 김동하 박사님이 Physical Chemistry B에 투고되어 평 Optical Device)의 요소로서 무궁무진 보내주신 내용입니다. 관련 가를 받고 있다. 기존의 블록공중합체 나노구조의 분 하게 활용될 수 있는 가능성을 가지고 있음을 보여주었다. 연구성과를 보내주신 김동하 박사님께 감사드립니다. 석에는 광각소각X선 산란기법 (Wide/ Small Angle X-ray Scattering)과 주 사투과전자현미경 (Scanning/ Transmission Electron Microscopy) 을 이용한 기법들이 주로 이용되어 왔 다. 그러나 이러한 기존의 방법들은 대 부분 방사광 가속기 (Synchrotron Source)에 의존해야 하거나 샘플링의 난이함 및 측정시간의 과다소요 등의 단점을 가지고 있었다. 김동하 박사는 수십나노미터 수준의 원통 (cylinder) 형태의 구조를 수직으 로 배열시킨 이중블록공중합체 박막을 모델 시스템으로 선정하고 이를 Surface Plasmon Resonance (SPR) 현 상을 기반으로 실험실에서 간단히 고 안한 소위 Kretschmann Configuration (그림 1)에 waveguide layer로 적용하여 나노구조를 불과 몇분 내에 분석하는 방법론을 제시하였다. 이 방법에 의하면 기존의 다른 광학 많은 사람들이 보기에, 제지과정에서 배출되는 폐수와 찌꺼기들은 매우 더 럽고 또 환경을 오염시키는 물질이다. 그러나 중국의 기술자들은 나노기술을 이용하여 이 찌꺼기들을 나노 재생지 로 탈바꿈시켰다. 이러한 기술은 중국 저장성의 중대과기공관항목 ( 重 大 科 技 攻 關 項 目 )인 제지 폐수찌꺼기의 자원 화 이용기술연구 및 과학기술 시범 과 제를 수행하여 얻어낸 성과이다. 최근, 과제수행기관인 샹펑 그룹의 나노 재생지 생산공장을 방문해 보니, 기술자들은 그저 삽을 이용하여 시커 먼 찌꺼기와 폐지들을 타해기(beater) 에 넣고 있을 뿐이었다. 과제 책임자인 류궈치앙 부총경리는, 타해기에서 펄 프를 만들어낸 후, 다시 펄프에 나노 충전재를 넣으면 고품질의 포장용 골 판지가 완성된다 고 말하고, 이어서 타 해기 옆에 있는 백색분말 주머니를 가 리키며, 이것이 바로 모든 생산공정의 핵심원료인 몬모릴로나이트 분말 (Montmorillonite, 일종의 천연광물) 이다. 단층( 單 層 )의 두께가 1nm에 불 과한 몬모릴로나이트 분말은 겉으로 보기에는 일반 밀가루와 별 차이가 없 으나 이를 첨가하여 펄프를 만들면. 마 치 강력한 접착제처럼 신속하게 펄프 섬유와 결합을 하게 되며, 이를 통해 방수성이 뛰어나고 표면상태가 우수한 골판지로 거듭나게 된다 고 덧붙였다. 저장성지역에서 제지과정 중 배출되

13 NANO WEEKLY 제159호 2005년 9월 2일 국외동향 13 (a) (b) 의 탄소나노튜브를 만나면, 나노튜브에 흡수되고, 흡 수된 적외선의 에너지로 인해 탄소나노튜브안의 전 자는 가전자대로 여기되었 다 내려오면서 열을 방출 하게 되는데, 이 열이 탄소 나노튜브 주변의 세포를 <그림 1> (a) 탄소나노튜브가 없는 세포, 808 nm 파장 파괴하게 되는 것이다. 의 연속적인 적외선을 5분간 3.5 W/cm 2 으로 쬐인 후에 Dai박사팀의 연구에 의하 도 아무런 변화가 없다. (b) 탄소나노튜브를 세포안에 넣 고, 그림 1(a)와 같은 파장의 적외선을 2분간 1.4 W/cm 2 로 쬐였을때, 세포가 파괴된 모습. 면, 탄소나노튜브가 혼합 된 용액에 근적외선 레이 저를 비추면 2분내에 그 스탠포드대학의 Hongjie Dai박사와 연구원들은 단일벽 탄소나노튜브 (Single-walled carbon nanotube) 와 적외선 레이저를 이용하여 암세포를 추적, 파괴하는 탄소나노튜브 미사 일 을 개발하였다. 기존의 화학요법은 암세포 뿐만아니라 정상세포를 파괴하 였기 때문에 환자들이 종종 탈모나 다 른 부작용에 시달려 왔었다. 암세포를 파괴하는 것은 바로 근적외 선(near-infrared light)을 비추었을때 탄소나노튜브에서 발생하는 열이다. 근적외선은 가시광선보다 약간 긴 파 장을 갖고 있으며, 근적외선 그 자체로 는 인체의 세포를 아무 해로움 없이 투 과 한다. 만약 이 근적외선이 세포내 용액의 온도가 섭씨 70도 정도로 올라 간다고 보고하였다. 또한, 나노튜브를 세포안에 주입하고 적외선 레이저를 쪼이면, 그 세포는 열에 의해 아주 빠 르게 파괴가 되지만, 탄소나노튜브가 없는 세포는 아무런 영향을 받지 않는 다 (그림 1 참조). 적외선장치는 플래 시전등처럼 들고 다니기가 편하며, 직 접 피부에 쐬여 줄 수도 있고, 광섬유 장치를 이용하여 인체 내부에 쐬여 줄 수 도 있다. Dai 박사팀은 엽산(folic acid)을 탄 소나노튜브 표면에 발라서 암세포를 추적하였는데, 이 엽산은 암세포 표면 에 많이 있는 엽산 수용체 단백질 (folic acid receptor protein)과 잘 결 는 폐수찌꺼기의 양은 연간 약 60만톤 에 달하며, 보통 매립 및 소각을 통해 이를 처리해 오고 있었다. 하지만 이러 한 방법은 환경을 오염시켰으며 폐기 물 속에 들어 있는 막대한 양의 섬유를 그냥 낭비하는 폐단이 있었다. 지난 2002년 저장성은 이러한 폐기물 문제 의 해결을 중대과기공관항목으로 지정 하고, 전국을 대상으로 하여 공모를 실 시하였다. 최종적으로 상펑그룹과 사 오싱 롄커( 紹 興 聯 科 ) 유한공사가 선정 되었으며, 이들은 중국과학원 화학연 구소 및 중국 펄프제조 연구원의 기술 지원과 여러 차례의 반복실험 끝에 폐 찌꺼기를 이용한 최적의 재생지 생산 법을 찾아냈다. 류궈치앙 부총경리는 재생지 1톤의 시장가격은 2,500위안이며, 여기서 원 가를 제외시키면 1톤의 폐찌꺼기로 500위안의 순이익을 남길 수 있다고 설명해 주었다 상펑그룹은 현재 이러 한 이점과 우위에 근거하여, 저장성에 연간 생산량 5만톤 규모의 나노 재생 지 시범생산라인을 건설하였으며 매년 3만톤의 폐찌거기를 처리해 주는 동시 에 1억위안에 가까운 매출을 올리고 있다. 전문가들은 이번에 이루어낸 성과가 저장성 및 중국 전체의 폐기물 활용 제 지기술 분야에 새 활로를 개척하였으 며, 또한 거둘 수 있는 경제적 이익이 막대하기 때문에 기업을 대상으로 한 대폭적인 기술보급이 이뤄질 것으로 전망하였다. KISTI 나노정보분석실 / 中 國 紙 業 網 (a) (b) <그림 2> (a) 탄소나노튜브와 그 표면에 부 착되어 있는 Cy3-DNA 모식도, (b) DNA가 부착되어 있는 탄소나노튜브를 세포안에 넣은 후, 808 nm, 10초 간격의 펄스 적외 선을 1.4 W/cm 2 으로 쐬여준 후의 모습. DNA(녹색)가 세포핵(적색)에 부착되어 있 다. 합하기 때문에 암세포의 추적이 가능 해진다. 또한, 엽산외의 다른 물질로 암세포를 추적하는 것이 가능한데, 대 표적인 것이 항체 (antibody) 이다. 이 항체를 탄소나노튜브 표면에 부착하여 사용하면, 특정 암 세포를 추적할 수 있다. 항체를 이용하는 대표적인 예는 림프암이다. 다른 암과 같이 림프암 세 포 표면의 수용체는 림프암만의 독특 한 항체를 잘 인식하므로, 림프암 항체 를 탄소나노튜브에 부착했을때, 그 항체 는 트로이의 목마처럼 암세포에 잠입, 파괴할 것이다. Dai박사와 스탠포드 대 학 약대의 림프암 연구자인 Dean Felsher박사는 림프암을 가진 실험쥐를 이 용하는 실험을 시작하였으며, 림프암 항 체가 부착된 탄소나노튜브를 실험쥐의 피부에 주입, 적외선을 쬐어서 림프암을 파괴하는 연구가 수행되고 있다. 또한, Dai박사팀은 암세포를 파괴하 는 것 뿐만아니라, 적외선을 이용하여 탄소나노튜브가 DNA를 세포에 배달 하는 방법도 고안해 내었다. 박사팀은 DNA를 탄소나노튜브에 부착시킨후, 세포이물흡수(endocytosis) 법으로 나 노튜브를 세포안으로 넣었다. 그 후 적외선 펄스를 세포에 쐬여서, DNA를 탄소나노튜브 표면에서 방출하게 하였 다 (그림 2 참조). 적외선 펄스는 암세 포 제거에 쓰여진 연속적인 적외광선 과는 달리 에너지가 작기 때문에 열이 발생하지 않고 따라서 세포가 파괴되 지는 않는다. 조지아공과대학교 유세훈 통신원

14 14 국외동향 NANO WEEKLY 제159호 2005년 9월 2일 제너럴 일렉트릭(GE) 사의 연구개발 중심인 GE 글로벌 리서치(GE Global Research)는 이론적인 한계에서 작동 하는 이상적인 탄소나노튜브 다이오드 의 개발을 발표했다. 이는 GE사가 작 년에 개발하여 발표한 최초의 나노튜 브 다이오드를 상당히 발전시킨 것이 다. 이번의 기술적 혁신은 보다 많은 기능을 갖는 훨씬 작고 빠른 전자소자 의 출현을 가능하게 할 것으로 보 인다. 이 연구과정에서 이지웅(Ji Ung Lee)박사가 이끄는 GE 연구팀은 나노튜브 다이오드 소자에서 광기 전력 효과 (photovoltaic effect) 를 관찰하면서 관련 발견을 하였 다. 이 발견은 광기전력 연구에 대 한 새로운 접근과 기술적 혁신을 이끌 수 있는 중요한 진전이다. 광기 전력 연구는 지난 5월에 착수한 GE 사의 환경경영전략 (Ecomagination initiative)의 핵심부분이다. GE는 이 발견을 8월 15일자 Applied Physics Letters의 표지기사로 발표했다. GE의 첨단 나노기술의 책임자 인 Margaret Blohm은 GE의 완벽한 탄소나노튜브 소자 개발의 성공은 단 지 새로운 전자공학 시대를 소개한 것 뿐 아니라, 아마도 태양에너지 연구의 새로운 문을 연 것이다. 나노튜브 소자 에서 광기전력 효과의 발견은 에너지 시장 본류에서 보다 효율적이고 실용 적인 대안이 되고 있는 태양전지의 고 무적인 혁신을 이루어낼 것이다. 라고 말한다. Blohm은 또한 광기전력 연구는 이 미 GE사의 환경경영전략의 주요 분야 이고, 최근의 발견은 고객과 사회 전체 를 이롭게 하기 위해 청정하고 지속가 능한 대체에너지원을 발견하려는 회사 의 추구 노력을 심화시켜 줄 것이다. 라고 말한다. GE사는 환경경영전략을 통해 향후 5 년간 새로운 환경 친화적인 기술개발 의 투자수준을 7억 달러에서 15억 달 러로 두 배 이상 증가시킬 것이라고 약 속했다. 이 공약의 일환으로 GE 글로 벌 리서치는 태양광으로부터 보다 저 상세기술 렴하고 효율적으로 전기를 생산하는 p-n 접합 다이오드는 거의 모든 전 방법을 연구하는 광기전력의 연구에 자부품의 근간을 형성하기 때문에 다 의욕적인 계획을 마련했다. 최근 탄소 이오드의 품질이 자주 반도체 소자의 나노튜브 다이오드 소자에서 광기전력 성능을 예측하는 잣대가 된다. 이상적 효과의 발견은 진행 중인 연구개발 노 인 다이오드의 동작, 즉 모든 다이오드 력을 한층 가속화시킬 것으로 기대된 의 이론적 성능 한계를 증명해 보이는 다. 것이 그토록 오래 동안 추구해왔던 목 다이오드는 트랜지스터, 컴퓨터 칩, 표이다. 탄소나노튜브로부터 손쉽게 이상적인 다이오드를 제작할 수 있다는 사실은 전자공학에 서 탄소나노튜브의 잠재적 유 용성에 대해 더욱 빛을 발하 게 하는 것이다. 다이오드는 p-형과 n-형의 반도체성 물질의 접합으로 형 성된다. GE의 소자에서는 이 두 영역이 하나의 탄소나노튜 브의 2개의 반쪽에 연결되는 2개의 분리된 게이트(gate)를 이용하는 정전기적 도핑 기술 에 의해 형성되었다. 이 소자 제작된 이상적인 탄소나노튜브 다이오드의 모식도 의 한쪽 게이트에 음전압을 가하고 다른 한쪽에 양전압을 가하여 p-n 접합을 형성할 수 있다. 센서, 발광다이오드(LEDs)와 같은 전 GE의 과학자들은 캐리어 재결합 자소자의 기초 구성단위를 형성하는 (carrier recombination) 이 일어나는 기본적인 반도체 소자이다. 일반적인 탄소나노튜브의 중간부분을 떠 있게 다이오드와는 달리 GE의 탄소나노튜 함으로써 이상적인 다이오드가 구현될 브 소자는 하나의 다이오드와 두 가지 수 있다는 것을 발견했다. 이러한 결과 형태의 트랜지스터로 작동하는 다중 는 탄소나노튜브가 접촉 기판에 대해 기능을 수행하는 능력을 갖고 있어 빛 매우 민감하며, 다른 탄소나노튜브 기 을 발할 수도 있고 빛을 검출할 수도 반 소자의 기본 동작에 중요한 실마리 있다. 를 제공해줄 수 있다는 것을 보여준다. GE의 탄소나노튜브 다이오드 소자는 과학자들은 광기전력 특성, 즉 빛 에 광기전력 연구의 새로운 장을 연 것 외 너지가 전기로 전환되는 공정을 검토 에도 컴퓨팅, 통신, 전력전자공학 및 함으로써 이상적인 다이오드의 거동 센서분야에서 다양한 응용가능성을 갖 연구에 노력을 기울여 왔다. 빛의 파장 고 있다. 보다 약 1,000배나 작지만, 탄소나노 탄소나노튜브 다이오드는 GE 글로벌 튜브 다이오드는 이상적인 다이오드의 리서치 센터(Niskayuna, N.Y.)의 첨단 특성 향상으로 인해 높은 에너지 전환 나노기술 프로그램 (Nanotechnology 효율을 보였다. Advanced Technology Program) 을 수행하고 있는 마이크로-나노구조 기 KISTI 나노정보분석실/ 술 과학자인 이지웅 박사가 이끄는 연 Physorg.com 구팀에 의해 개발되었다.

15 NANO WEEKLY 제159호 2005년 9월 2일 최신특허 15 탄소나노튜브가 첨가된 고탄성률, 전도성 및 전자파 차폐 특성을 가지는 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 그 제조방법 출 원 인 경북대학교 산학협력단 발 명 자 지종기 김해식 우자희 출원번호 ( ) 공개번호 ( ) IPC분류 C08L-067/02 컨택홀이 없는 나노 크기의 자기터널접합 셀 형성 방법 출 원 인 삼성전자주식회사 발 명 자 황순원 송이헌 염근영 정석재 출원번호 ( ) 공개번호 ( ) IPC분류 H01L-027/10 투과전자현미경 성분 맵핑용 표준시료 및 이를 이용한 투과전자현미경 성분 맵핑방법 삼성전자주식회사 가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼 출 원 인 가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈 박경수 카지가즈토시 박종봉 쇼헤이테라다 타쯔미히라노 발 명 자 송세안 출원번호 ( ) 공개번호 ( ) IPC분류 G01N-001/28 증착장치, 탄소나노튜브 형성장치 및 이를 이용하여 탄소나노튜브를 형성하는 방법 출 원 인 염근영 발 명 자 염근영 이용혁 김찬우 경세진 출원번호 ( ) 공개번호 ( ) IPC분류 C23C-016/50 전자파 흡수 및 차폐용 세라믹 나노입자 파우다 및 이를 이용한 전자파 흡수 및 차폐용 파이프 출 원 인 지이에스파워주식회사 발 명 자 조용대 출원번호 ( ) 공개번호 ( ) IPC분류 C09K-003/16 나노 입자 토르마린을 포함한 역삼투 복합막 및 이의제조방법 출 원 인 한국해양연구원 발 명 자 김현주 정동호 송경헌 홍영기 출원번호 ( ) 공개번호 ( ) IPC분류 B01D-071/16 상향식 전기방사장치 및 이를 이용하여 제조된 나노섬유 출 원 인 김학용 박종철 발 명 자 김학용 고군호 김근표 이근형 류영준 김관우 정윤호 출원번호 ( ) 공개번호 ( ) IPC분류 D01D-005/00 섬유상 태양 전지 및 이의 제조 방법 출 원 인 삼성에스디아이 주식회사 발 명 자 진용완 김종민 출원번호 ( ) 공개번호 ( ) IPC분류 H01L-031/42 폴리에스테르/점토 나노복합재 및 그의 제조방법 출 원 인 주식회사 효성 재단법인 서울대학교산학협력재단 발 명 자 조원호 김건형 김기홍 권익현 출원번호 ( ) 공개번호 ( ) IPC분류 C08K-003/34 실버 파티클을 도입한 폴리에틸렌테레프탈레이트 용기의 제조방법 출 원 인 에스케이 케미칼주식회사 발 명 자 황정준 김종량 신철원 출원번호 ( ) 공개번호 ( ) IPC분류 B29C-049/00 탄소나노튜브 정제방법 및 이를 이용한 탄소 나노튜브제조방법 출 원 인 학교법인 한양학원 발 명 자 홍진표 김채옥 안경수 김지훈 출원번호 ( ) 공개번호 ( ) IPC분류 B82B-003/00 나노섬유로 구성된 연속상 필라멘트의 제조방법 출 원 인 김학용 박종철 발 명 자 김학용 배기승 김관우 차동일 김철기 이병민 김치헌 출원번호 ( ) 공개번호 ( ) IPC분류 D01D-005/00 유기 전계 발광 소자 출 원 인 삼성에스디아이 주식회사 발 명 자 김원종 이해승 이종혁 조윤형 양현정 출원번호 ( ) 공개번호 ( ) IPC분류 H05B-033/04 전자 방출원 형성용 조성물과 그로부터 제조되는 전자방출원 및 이를 포함하는 평판 표시 소자 출 원 인 삼성에스디아이 주식회사 발 명 자 정광석 이현지 출원번호 ( ) 공개번호 ( ) IPC분류 H01J-001/30 광전기화학전지 출 원 인 삼성에스디아이 주식회사 발 명 자 진용완 김종민 출원번호 ( ) 공개번호 ( ) IPC분류 H01L-031/04 반도체 소자 형성방법 출 원 인 삼성전자주식회사 발 명 자 리우진화 강희성 류충렬 출원번호 ( ) 공개번호 ( ) IPC분류 H01L-021/336 구리산화물 나노와이어 또는 구리 나노와이어를 캐소드로 사용한 고주파 전력소자 및 이를 이용한 전력소자 모듈 출 원 인 재단법인서울대학교산학협력재단 발 명 자 이호영 김용협 성우용 출원번호 ( ) 공개번호 ( ) IPC분류 H01J-019/06 환경 친화적 수성 접착제 및 그 제조방법 출 원 인 신세계건설(주) 이상준 발 명 자 이상준 진기창 이광환 한성욱 이인학 출원번호 ( ) 공개번호 ( ) IPC분류 C09J-011/02 C09J-133/06 수계분산 히드록시프로필 메틸셀룰로오스 프탈레이트 나노입자 조성물의 제조방법 출 원 인 삼성정밀화학 주식회사 발 명 자 백현호 박영주 이경원 여광수 김중현 김일혁 출원번호 ( ) 공개번호 ( ) IPC분류 C08B-015/02 Y-분지형 탄소나노튜브의 제조 출 원 인 (주)케이에이치 케미컬 발 명 자 김영남 출원번호 ( ) 공개번호 ( ) IPC분류 B82B-003/00

16 NANO WEEKLY 제159호 2005년 9월 2일 날짜 제목 주최 기간 국가 03(토) IV International Conference on Vortex Matter In Nanostructured Superconductors JSPS(Japan Society for the Promotion of Science), ESF(European Science Foundation) ~09-09 그리스 ECOSS 23 (European Conference on Surface Science) CTW ~09-09 독일 Carbon Nano Tube (CNT)- Polymer Composites Technical University Hamburg- Harburg ~09-07 독일 04(일) MME 2005 Chalmers University, IMEGO AB ~09-06 스웨덴 International Conference on Surface Modification of Materials by Ion Beams SMMIB Committe ~09-09 터키 European Materials Society Fall Meeting 2005 EMRS 독일 05(월) EUROMAT 2005 : European Congress on Advanced Materials and Process "MEMS by the Med" Summer School CSNMT, MSS, DGM PATENT-DfMM ~ ~09-07 체코 공화국 프랑스 IX International Conference "Hydrogen Materials National Academy of Sciences, 우크 Science & Chemistry of Carbon Nanomaterials" Ukraine 외 ~09-11 라이나 WAMIII Conference on Nanostructured UNESCO Associated Centre for 남아프 Advanced Materials Macromolecules & Materials ~09-08 리카 Euro Nano Forum 2005 Nanotechnology and the Health of the EU Citizen in 2020 SSB ~09-09 영국 06(화) GVC / DECHEMA Jahrestagungen 2005 DECHEMA ~09-08 독일 07(수) 한국과학재단 제293회 연구성과발표회 (학ㆍ연ㆍ산 연구성과 교류회)-중성자 과학의 현재와 미래 Nanostructural Genomics V 한국과학재단 한국 Univer.Maine /LabDiet / 미국 Office of science ~09-10 게시된 행사의 상세정보와 이전 또는 이후의 행사정보는 NANO*NET의 나노행사 메뉴를 참고하십시오 우) 서울특별시 동대문구 청량리동 한국과학기술정보연구원(KISTI) 나노정보분석실 전 화 : , 팩 스 : 전자 메일 : n a n k i s t i. r e. kr 담 당 : 최 붕 기, 서 주 환 실 장 : 김 경 호 Nano Weekly에 나노관련 행사 홍보나 투고 를 원하시는 경우 그 내용을 nano@kisti.re. kr로 보내주시면 게재해 드리겠습니다. 기 발행된 Nano Weekly는 NANO*NET 의 Nano Weekly 메뉴에 등록되어 있 습니다. Nano Weekly의 기사 인용시에는 출처 (Nano Weekly 호수)를 밝혀주시기 바랍니다. NANO * NET THE METROPOLIS OF NANO INFORMATION