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'메타물질'통합검색 결과 입니다. (4건)

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세상 최고속 테라헤르츠-광변조 기술 개발…1조분의 1초만에 스위칭 가능

세상에서 가장 빠른 '테라헤르츠 대역 광변조' 기술이 개발됐다. 1조분의 1초만에 스위칭이 가능하다. 포항가속기연구소는 신희준 박사 연구팀이 POSTECH 노준석 교수팀과 공동으로 이 기술을 개발하고, 국제 학술지 어드밴스드 사이언스(Advanced Science)에 온라인으로 게재했다고 7일 밝혔다. 광변조 기술은 빛의 세기, 주파수, 위상을 조절해 정보를 전달하는 기술이다. 이를 활용해 3D 영상 구현이 가능한 홀로그램 디스플레이, 정밀한 실험 및 측정에 활용되는 펄스파 제어, 빛을 이용한 초고속 데이터 전송 등에 유용하게 쓸 수 있다. 신 박사팀은 기존의 마이크로 대역보다 10만 배 가량 더 넓은 대역폭을 갖는 테라헤르츠 대역에서 파형 제어에 성공했다. 연구팀은 실리콘 기판 위에 분할 고리 공진기(Split-Ring Resonator) 구조의 메타물질을 제작하고, 포항방사광가속기의 펨토초-테라헤르츠 빔라인을 이용해 특정시간 간격에서의 변화를 분석했다. 이 기술 개발에는 주파수 대역의 방사광을 이용해 물질 변화를 분석하는 테라헤르쯔 펌프-프로브 분광법이 이용됐다. 신 박사는 "분할 고리 공진기의 LC 회로(공진회로)에서 단락(Short-circuit)과 기판의 금속화(Metalization) 효과가 발생하는 것을 확인했다"며 "이를 정밀하게 조정해 광변조 성능과 효율성을 획기적으로 개선했다"고 설명했다. 기존에는 반도체의 이완(Relaxation Dynamics) 과정에서 이완시간이 길어 변조 가속도를 올리는데 한계가 존재했다. 하지만 이번 연구에서는 실리콘 기판의 광 여기(전자의 들뜬 상태) 과정만을 이용해 광변조 속도를 획기적으로 개선, 1.3 피코초(10의 -12승초)라는 세계 최단 스위칭 속도를 구현했다. 신 박사는 "특정 테라헤르츠 주파수에서 500% 이상의 변조 심도를 달성했다"며 "테라헤르츠 파를 자유자재로 조절할 수 있는 능동적 시간 파형 제어도 성공적으로 시연했다"고 부연설명했다. 신 박사는 "기존의 능동형 변조 기술이 갖고 있던 수십 피코초 수준의 스위칭 한계를 극복할 수 있는 새로운 광변조 기술"이라며 "향후 초고속 데이터 전송, 차세대 이미징 시스템, 정밀 의료진단 센싱 등 다양한 응용 분야에 적용될 것"으로 기대했다. 신 박사 연구팀은 앞으로 테라헤르츠 대역의 고성능 통신 시스템과 광 기반 정보 처리, 광 센싱 플랫폼 개발 등을 추진할 계획이다.

2025.03.07 10:46박희범

대전 방산업체들 "절충교역·메타물질 등 사업화 온힘"

"메타물질이 상용화되면 기존 물질들의 패러다임을 바꿀 새로운 기회가 될 것이다." 최근 한국과학기술정보연구원(KISTI)에서 개최된 대전방위산업지식연구회(회장 이계광)에서 두 번째 주제 발표자로 나선 최태인 전 기계연구원장이 '메타물질의 국방응용'을 주제 발표하며 내놓은 말이다. 이날 행사에는 방위사업청, 대전시 국방우주산업팀과 기업투자팀 관계자 및 대전테크노파크 로봇방위산업센터, 국방소프트웨어협회 등에서 50여 명이 참석했다. 주제발표는 ▲방위사업청 김석 절충교역과장의 '절충교역 제도 및 정책' ▲한국기계연구원 최태인 전 원장의 '메타물질의 국방 응용' 순으로 진행됐다. 방위사업청 김석 절충교역과장은 "절충교역은 1천만 달러 이상의 군수품 구매 사업을 진행할 때, 국외 계약 상대방으로부터 관련 지식 또는 기술 등을 이전받거나 국외로 국산 무기·장비 또는 부품 등을 수출하는 등 일정한 반대급부를 받을 것을 조건으로 하는 교역"이라고 설명했다. 김 과장은 절충교역 사례로 록히드마틴으로부터 기술이전을 받아 KFX 국산화를 이룬 사례를 공개했다. 김 과장은 "최근 핵심기술 보호하고 이전을 꺼리는 추세에 따라 부품 제작 및 수출로 정책 방향이 전환되는 추세"라고 말했다. 두 번째 발표자인 한국기계연구원 최태인 전 원장은 "메타물질은 국방분야에서 전자파 스텔스, 음향 스텔스, 안테나 및 고에너지분야에서 적용 가능하다"며 "메타물질이 상용화되면 기존 물질들의 패러다임을 바꿀 수 있는 새로운 기회가 될 수 있다"고 강조했다. 이날 행사에서는 대전시 장호종 경제과학부시장이 참석, 절충교역에 대한 대전시 지원방안과 역할을 확대하기 위한 의지를 밝혀 관심을 끌었다. 대전방위산업지식연구회는 매월 둘째 주 목요일 정기적으로 개최한다. 방산기업들이 신기술개발을 비롯한 연구개발 생태계를 구축하기 위해 자발적으로 모인다. 한국과학기술정보연구원(KISTI) 충정지원(지원장 이윤석)이 장소과 행사 진행을 지원한다. 이계광회장은 “다품종 소량 생산을 해야하는 국방산업의 특수성으로 인해 국방 중소기업들은 어려움이 많은게 현실"이라며 "중소기업들이 서로 힘을 모아 사업화를 해나가는 자발적 모임"이라고 말했다.

2024.10.15 10:21박희범

표준연 "미세진동 45배 증폭시켜 전기 생산"

버려지는 미세진동을 모아 전기로 증폭하는 메타물질이 개발됐다. 한국표준과학연구원(KRISS, 원장 이호성)은 미세 진동을 좁은 영역에 가두고 증폭해 전기에너지로 변환하는 '에너지 하베스팅'의 핵심인 메타물질을 개발했다고 27일 밝혔다. 에너지 하베스팅은 버려지는 에너지를 다시 '수확(harvest)'해 전기로 만드는 친환경 기술이다. 특히 언제 어디서나 존재하는 '진동'은 에너지 하베스팅의 좋은 재료다. 진동 에너지 하베스팅은 기상 조건과 지형에 크게 영향받지 않고 전력을 일정하게 생산할 수 있어 차세대 전력 공급 기술로 주목받는다. 언제 어디서나 존재하는 진동을 에너지원으로 이용하면 환경적 제약에서 벗어나 안정적인 전력 생산이 가능하다. 24시간 내내 일정한 전력이 공급되어야 하는 IoT 센서와 혈압·혈당을 실시간 측정하는 웨어러블 의료기기의 미래 전력원으로 진동 에너지 하베스팅이 주목받는 이유이다. 문제는 진동 에너지 하베스팅의 생산 전력량이 낮고 생산 비용은 높아 실용성이 떨어진다는 점이다. 생산 전력량은 수확하는 진동의 크기와 비례하지만, 일상에서 발생하는 진동은 대부분 미세하다. 이를 해결하기 위해서는 상대적으로 큰 진동이 발생하는 위치를 일일이 찾아 압전소자 등의 변환 장치를 최대한 많이 설치해야 한다. KRISS가 개발한 메타물질은 물질 내부로 들어온 미세한 진동을 가두고 축적하여 45배 이상 증폭한다. 이를 통해 적은 양의 압전소자를 사용하더라도 큰 전력을 생산할 수 있다. 연구진은 메타물질을 적용한 진동 에너지 하베스팅으로 기존 기술보다 네 배 이상 큰 단위 면적당 전력을 생산하는 데 성공했다. 특히 이번에 개발한 메타물질은 성인 손바닥 면적 정도로 작고 얇은 평면 구조로 제작되어 진동이 발생하는 곳이 어디든 쉽게 부착할 수 있다. 부착하는 대상의 구조에 맞게 변형도 가능해 고층 빌딩·교량의 손상을 점검하는 진단 센서부터 건강 상태를 모니터링하는 소형 바이오 센서까지 적용 분야가 다양하다. KRISS 음향진동초음파측정그룹 이형진 선임연구원은 “이번 연구는 진동을 일시적으로 가두는 표면형 메타물질을 이용해 진동을 축적하고 증폭하는 데 성공한 세계 최초의 사례”라고 말했다. 비파괴측정그룹 승홍민 선임연구원은 “메타물질은 일반 센서로 측정이 어려운 초미세 진동을 크게 증폭함으로써 차세대 고정밀·고민감도 센서 개발에도 활용될 수 있을 것”이라고 기대감을 밝혔다. 성균관대 신소재공학부 김미소 교수팀과 협업한 이번 연구성과는 과학기술정보통신부 데이터과학기반 차세대 비파괴검사기술개발 및 중견연구자지원사업, 환경부 상하수도 혁신기술 개발사업, KRISS 기본사업의 지원을 받았다. 국제 학술지 메카니컬 시스템즈 앤 시그날 프로세싱(Mechanical systems and Signal Processing(IF: 8.4))에 지난 2월 게재됐다.

2024.03.27 16:13박희범

구조물 결함 한 번에 찾는 메타물질 첫 개발

노후 건물이나 항공기, 철제 다리 등 오래된 구조물 결함을 한 번에 찾을 수 있는 메타물질이 처음 개발됐다. 이 기술은 향후 산업용 비파괴 검사와 의료용 초음파 기술 등 다양한 분야에서 활용될 수 있을 전망이다. 한국기계연구원(원장 류석현) 나노융합장비연구부 나노디스플레이연구실 권민우 선임연구원 연구팀과 서울대학교 기계공학부 김윤영 석좌교수 연구팀은 선형 편광 탄성파를 원형 편광 탄성파로 완벽하게 변환 가능한 메타물질을 개발했다고 14일 밝혔다. 이 연구성과는 과학저널 네이처 커뮤니케이션즈 온라인판에 게재됐다. 연구진은 알루미늄 금속에 연속된 구멍을 내는 방법으로 메타물질을 제작했다. 또 이 물질의 구멍 모양과 간격을 조절해 직선 형태의 초음파를 원형으로 변환하는데 성공했다. 연구진은 이 메타물질을 활용할 경우 기존 비파괴 검사 기술 대비 정확도를 최대 12배 가량 높일 수 있다고 설명했다. 기존 검사는 구조물 내부 결함을 찾기 위해 최소 2회 이상 검사를 진행해 왔다. 이 검사 방식은 단 한 번에 구조물 결함을 찾아낼 수 있다. 권민우 선임연구원은 “상용화를 위해선 영상화와 초음파 주파수 문제 등을 추가 개발하고 해결해야 하는 숙제가 남아 있다”며 “상용화되면 영상진단 뿐만 아니라 디스플레이나 약물의 미세 입자 제어 등 산업용 비파괴 검사 분야를 포함해 의료용 초음파 기술 분야까지 기존 패러다임을 확 바꿀 것"으로 기대했다.권 연구원은 또 “초음파 분야 기업들이 워낙 영세해 기업과의 공동 연구가 가능할지 모르겠다”며 “정부의 지원이 계속 이어진다면 좋은 상용화 사례를 만들 자신이 있다”고 덧붙였다. 이번 연구는 과학기술정보통신부, 한국연구재단의 중견연구자지원사업과 글로벌프론티어사업의 지원을 받아 수행됐다.

2024.02.14 15:08박희범