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Magazine Review

Krict Special 지친 한국 일으킨 화학연 發 겹경사

KRICT 나르샤* 나르샤는 날아오르다라는 뜻의 순우리말입니다.지친 한국 일으킨 화학연 發 겹경사끝끝내 겨울을 이기고 꽃망울을 터뜨리는 봄처럼 끝이 보이지 않는 코로나 사태 속에서도 희망은 어김없이 싹을 틔우고 있습니다. 2021년 한국 과학계는 새해 벽두부터 이어진 놀라운 소식에 여전히 흥분을 가라앉히지 못하고 있습니다. 전 세계 과학자 모두가 평생 단 한 번이라도 논문이 실리기를 꿈꾼다는 과학저널 네이처의 표지를 두 달 연속 우리 과학자들이 장식한 것입니다. 더욱 놀라운 것은 이 연구 성과들이 모두 한 곳에서 탄생했다는 사실입니다. 시간이 멈춘 듯 모두가 실의에 빠져 있는 것만 같았던 지난겨울, 한국화학연구원에서는 무슨 일들이 있었던 것일까요?네이처 첨단과학의 이정표빛의 속도로 발전을 거듭하고 있는 현대 첨단과학의 현주소는 과연 어디일까요? 이런 질문에 가장 적절한 답은 아마도 세계 최고 권위의 과학저널 네이처를 읽어보라고 권하는 것입니다.현대과학의 등대법관은 판결로, 사업가는 숫자로 말한다라는 말처럼 실험과 연구가 본분인 과학자들은 논문으로 세상과 대화합니다. 오랜 실험과 연구의 정점인 논문을 통해 다른 과학자들과 소통하고 자신의 결과물에 오류가 없는지 검증을 받지요. 학술지는 이렇게 과학자가 심혈을 기울여 탄생시킨 논문을 실험실 밖 세상에 선보이는 통로입니다.과학자들이 논문을 발표하는 학술지는 전 세계적으로 수천 종이 넘습니다. 그 가운데 유독 네이처가 더 독보적인 권위와 명성을 자랑하는 것은 세계에서 가장 오래된 과학저널이란 역사성 때문만은 아닙니다. 1869년 근대 과학혁명의 중심지 영국에서 창간된 이후 150년 넘게 다져온 까다로운 논문 심사 과정에 대한 국제적 신뢰가 바탕에 깔려 있지요.네이처 편집자의 책상은 세계 각지의 내로라하는 최신 연구결과들이 가장 먼저 도착하는 자리입니다. 매주 200여 편에 이르는 게재 신청 논문들은 내부 편집자들과 해당 분야 최고 석학들로 구성된 심사위원단을 통해 일일이 꼼꼼하게 검증된 뒤 등재 여부가 결정되는데요. 약 10대 1의 경쟁을 뚫고 최종 선정된 뒤에도 실제 논문이 실리기까지는 한두 달이 더 걸릴 수 있다는 게 논문이 실려 본 경험자들의 전언입니다. 특히 표지논문처럼 중요한 사안의 경우 직접 검증팀을 보내 실험과정이 믿을 만했는지, 실험윤리는 제대로 지켜졌는지 철저한 현장 조사가 뒤따르는 경우도 많다는 것입니다.과학자들의 워너비네이처의 엄격한 전통은 과학사에 길이 남을 논문들을 탄생시키며 현대 과학이 나아갈 바를 제시하는 등대가 되어 왔습니다. 전 세계를 소용돌이에 몰아넣은 다윈의 진화론부터 생명공학의 출발점이 된 왓슨과 크릭의 DNA 이중나선 구조, 단백질의 분자구조, 스티븐 호킹의 블랙홀 이론, 체세포 복제양 돌리, 인간 게놈 프로젝트, 알파고 등이 모두 네이처를 통해 세상에 첫 선을 보였습니다. 전 세계 발행부수가 5~6만 부에 불과한데도 CNN이나 뉴욕타임스도 감히 범접할 수 없을 만큼 막강한 영향력을 발휘하는 게 이 때문입니다.네이처는 1990년대부터 다양한 분야로 세분화된 자매지들을 창간하며 본격적인 과학저널 전성시대를 열고 있습니다. 현대 과학에서 다루어야 할 내용과 범위가 폭발적으로 확대되며 매주 17편 정도의 논문만 싣고 있는 네이처로는 감당할 수 없는 한계에 이르렀기 때문입니다. 현재 네이처의 편집방향을 따르고 있는 자매지들은 약 50여 종에 달하며 이 숫자 역시 계속 늘어나고 있는데요. 자매지들이 해당 분야에서 차지하는 위상 역시 매우 높습니다. 게재도 어려울 뿐더러 논문 수준의 참고자료로 쓰이는 피인용지수(Impact factor)가 네이처보다 오히려 높은 자매지도 점점 많아지고 있지요. 하지만 네이처 본지가 가진 위상은 쉽게 넘볼 수 있는 성질의 것이 아닙니다.?특히나 정치경제사회문화 모든 영역에 걸쳐 과학이 큰 영향을 미치는 현대 사회에서 당대 과학계 최고의 연구 성과를 상징하는 네이처 표지논문의 영향력은 더욱 높을 수밖에 없습니다. 네이처의 표지를 장식한 논문들은 전 세계 과학 교과서와 대학전공서적에 수록되며 수많은 연구자들에게 새로운 연구 아이디어를 떠올리게 하는 영감의 원천으로 작용합니다. 표지논문을 쓴 연구자에게는 당연히 큰 영예와 함께 최소 10년 이상의 안정적인 연구 환경이 보장된다고 할 만큼 유무형의 특전들도 뒤따릅니다. 젊은 과학자들의 소망이 네이처에 논문을 싣는 것, 성공한 과학자들의 목표가 네이처 표지에 실릴 만한 업적을 이뤄내는 것이란 세계 과학계의 속설도 무리가 아니지요.머선 일이고? 이례적인 겹경사이에 따라 전 세계 과학기술계는 끊임없이 네이처의 동향을 주시하고 주요 언론들은 앞다퉈 최신 소식을 인용보도하고 있는데요. 지난 1월 중순 네이처의 표지를 보라색으로 물들이며 세계 과학계의 이목을 집중시킨 화제의 키워드는 광사태(Photon Avalanche)였습니다.한국화학연구원과 미국폴란드 공동연구진이 나노입자에서 세계 최초로 발견한 광사태는 특정한 구조의 나노 입자에 작은 빛 에너지를 쏘여주면 물질 내의 광학 반응이 마치 눈사태처럼 연쇄적으로 증폭되는 현상입니다. 이 광사태 현상은 바이오의료기기부터 태양전지, 자율주행자동차, 인공위성까지 빛을 이용하는 모든 산업과 기술의 혁신에 적용될 수 있다는 점이 네이처 편집진의 높은 평가를 받으며 표지논문에 선정되었습니다. 하지만 놀라움의 끝은 여기가 아니었습니다.네이처 표지논문의 공동교신저자인 서영덕 박사는 언론 브리핑 자리에서 세계 최고 수준을 자랑하는 화학연 페로브스카이트 태양전지 연구팀과의 적극적인 협력 계획을 밝혔는데요. 공교롭게도 그로부터 한 달 후인 2월말, 이번에는 예의 그 화학연 페로브스카이트 태양전지 연구팀이 서 박사팀의 뒤를 이어 다시 한 번 네이처의 표지를 장식합니다. 차세대 태양전지로 주목받고 있는 페로브스카이트 태양전지의 효율을 세계 최고 수준의 기록인 25.2%까지 끌어올린 것입니다. 이전에도 아시안 게놈, 시간 결정 실험, 반도체 소재의 미세균열, 단분자 트랜지스터 등 한국인 과학자들의 연구 성과가 몇 해 간격으로 네이처 표지논문에 선정돼 화제가 되곤 했습니다. 하지만 까다롭고 엄격하기로 유명한 네이처가 두 달 연속으로, 그것도 한국화학연구원이란 동일 기관의 한국인 연구자들에게 얼굴을 허락한 것은 전례를 찾기 힘든 일이었습니다. 그야말로 한국의 빛이 2021년 세계 과학계의 새벽을 여는 서광이 된 것이지요.

  • 등록일2021-05-13
  • 조회수41
Krict 이모저모 단짠단짠의 세계, 설탕과 소금은 어떻게 다를까?

심보경의 교과서 속 화학?단짠단짠의 세계,설탕과 소금은 어떻게 다를까?언택트 생활로 배달 음식과 너무 가까워지셨나요? 집에서 먹는 ‘단짠단짠’은 코로나19 시대에 확찐자를 양산하는 주범이기도 하지요. 단짠단짠의 맛을 내는 것은 잘 알고 있듯이 설탕과 소금이지요. 이 두 양념은 비슷한 듯 하면서도 매우 다른 면이 많답니다. 오늘은 ‘화학적으로’ 이들이 어떻게 다른지 알아보도록 할까요?설탕은 아시는 것처럼 사탕수수 100%로 만들어요. 공장에서 대량으로 만들기는 하지만 설탕은 인공화합물이 아니라 천연물질입니다. 사탕수수에서 불순물을 걸러내고 먹을 수 있게 가공한 100% 천연식품이지요. 눈처럼 하얀 사탕이라는 뜻으로 한자로는 ‘雪糖’이라고 표기합니다. 설탕은 자당(sucrose)을 주성분으로 하는 감미료로 포도당과 과당이 하나씩 결합한 것을 말합니다.?소금은 예전에는 화폐처럼 이용되기도 했어요. 임금으로 소금을 지급하기도 하고, 필요한 물건을 소금으로 살 수도 있었지요. 소금은 없어서는 안될 중요한 물질이었음을 알려주는 사례이지요. 소금은 짠 맛이 나 식품의 맛을 돋우는 조미료의 역할을 할 뿐 아니라 12%이상의 농도에서 방부작용을 하므로 생선을 보관하거나 시신의 부패를 막는 데 사용하기도 했어요. 이외에도 생물체의 수분을 강하게 밖으로 내보내는 삼투압 작용, 갈변 방지 및 비타민 C의 공기산화를 방지하는 작용도 합니다. 신맛을 부드럽게 해주기도 하고, 0.2% 소금을 사용했을 때는 단맛을 강하게 하는 역할을 하기도 합니다. 소금은 대부분이 염화나트륨으로 이루어져 있어요. 여기에서는 염화나트륨과 설탕을 비교해 보기로 하겠습니다.?염화나트륨의 화학식은 NaCl입니다. Na+ 이온과 Cl- 이온이 1:1로 결합하고 있는 이온결합물질이에요. 이와는 다르게 설탕은 분자로 이루어져 있으며, 분자식은 C12H22O11입니다.?분자로 이루어진 설탕의 녹는점은 185℃여서 달고나를 만들기 위해 가열하면 투명하게 녹는 것을 볼 수 있지만 염화나트륨은 그보다 높은 800℃ 정도로 새우구이를 하기 위해 소금을 깔아도 녹지 않는 것을 볼 수 있어요. 이것은 이온결합물질과 공유결합물질의 녹는점의 차이로 볼 수 있습니다.?설탕은 공유결합물질이고, 소금의 주성분인 염화나트륨은 이온결합물질입니다. 대표적인 화학결합인 이온결합과 공유결합에 대해 좀 더 알아볼까요??이온 결합은 원자들이 전자를 잃거나 얻은 후 양이온과 음이온이 정전기적 인력에 의해 형성된 결합을 말하며, 공유결합은 2개 이상의 원자들이 전자쌍을 공유하면서 형성되는 화학결합을 말합니다. 간단하게 그림으로 표현하면 아래와 같습니다.?주기율표에 있는 18족 원소들은 가장 바깥 껍질인 최외각 전자 껍질에 전자들이 모두 채워진 전자배치를 하고 있으며 이로 인해 반응성이 매우 작고 화학적으로 안정하기 때문에 비활성 기체라고 부릅니다. 18족 원소를 제외한 대부분의 다른 원자들은 비활성 기체처럼 최외각 전자 껍질에 8개의 전자를 채워 안정한 전자배치를 가지려고 합니다. 염화나트륨의 경우, 나트륨 원자는 전자 1개를 잃으면 비활성기체인 네온과 전자배치가 같아지고 염소의 경우는 전자 1개를 얻으면 아르곤과 같은 전자배치를 가지게 됩니다.?나트륨 원자와 염소 원자가 서로 가까이 하게 되면 나트륨 원자의 전자 1개가 염소 원자로 옮겨가 각각 나트륨 이온(Na+)와 염화 이온(Cl-)dl 됩니다. 이때 나트륨이온은 양이온, 염화이온은 음이온이므로 다른 전하를 띠고 있어서 인력에 의해 결합하게 됩니다. 이런 결합을 이온 결합이라 하고 주로 전자를 잃기 쉬운 금속과 전자를 얻기 쉬운 비금속 원소 사이에 잘 형성이 됩니다. 아래 주기율표에서 보면 1,2족 원소와 16,17족 원소 사이에서 주로 형성 되지요.이온이 되지 않는 물질은 결합을 어떻게 할까요?다른 원자들과 전자를 공유하면서 비활성 기체와 같은 안정된 전자배치를 이루는 공유결합을 하게 됩니다. 기본적으로 공유결합력이 이온결합력보다 단단한데, 녹는점이나 끓는점은 왜 공유결합물질인 설탕이 이온결합물질인 소금보다 낮을까요??녹는점은 고체에서 액체로 상태변화할 때의 온도를 말합니다. 입자들이 얼마나 멀리 떨어지는 가에 대한 문제이지요. 공유결합물질은 분자로 이루어져 있으므로 분자와 분자 사이의 힘이 약해지면 상태변화가 일어납니다. 공유결합력은 분자 사이의 힘이 아니라 분자를 만드는 원자와 원자 사이의 힘이라 녹는점에 영향을 미치는 힘으로 보기가 어렵습니다.?이온결합물질은 상태변화하려면 이온과 이온사이의 힘을 끊어야 하므로 일반적으로 분자보다 더 큰 에너지가 필요합니다. 공유결합물질 중에서 분자로 이루어져 있지 않고 공유결정(원자결정)으로 이루어진 다이아몬드의 녹는점은 어떨까요? 그렇습니다. 다이아몬드가 상태변화하려면 원자와 원자 사이의 공유결합을 끊어야 하므로 매우 높은 온도가 될거에요.?설탕과 소금은 물에 잘 녹고, 상온에서 하얀색 고체가루로 만나면서 감미료로 사용되고 있다보니 비슷한 물질처럼 보이지만 결합의 종류가 달라 여러 모로 다른 물질이에요. 이를 결정하는 것이 전자(electron)라고 말할 수 있어요.?화학은 전자(electron)의 과학이라고 할 수 있어요. 전자가 어떻게 결합하느냐에 따라 서로 다른 경향을 가진 물질들이 만들어집니다. 원자 내에 전자들이 어떻게 배치되는지에 따라 물질의 특성에 규칙성을 가지기도 하고 변화하기도 합니다. 이것을 나타낸 표가 주기율표이고요. 화학하면 주기율표를 떠올릴 수밖에 없는 이유, 이제 이해가 되시지요??글 | 심보경 김포교육지원청 장학사?심보경 장학사는 1997년 동국대 화학과를 졸업하고 1999년부터 역곡중학교, 석천중학교, 소사중학교, 부천공업고등학교, 부천고등학교에서 화학교사로 재직했다. 부천과학교사연구회, 화학으로 통하는 사람들, 참과학 등 교사연구회 연구위원으로도 활동했다. 현재는 경기도 김포교육지원청에서 장학사로 근무하고 있다.

  • 등록일2021-02-25
  • 조회수147
Krict 이모저모 방사성 탄소 연대측정법

여인형의 화학세상?방사성 탄소 연대측정법?목포에 있는 국립해양문화재 연구소에 가면 바다에서 발굴한 신안선에서 나온 각종 유물을 만날 수 있다. 신안선은 1323년 중국에서 일본을 가다가 신안 앞바다에서 침몰했다고 한다. 그 배에 대한 기록이 남아 있었기 때문에 침몰한 연도를 알아 내는 일은 문제될 수가 없다. 침몰하면서 갯벌에 파 묻혀 공기와 접촉이 차단된 목선은 수백 년의 세월이 지나도 거의 원형을 유지한 상태로 발견되기도 한다. 그렇지만 기록이 남아 있지 않으면 목선의 건조 연대를 추정하는 것은 쉽지 않다. 수만 년의 세월이 흐른 목재 유물을 비롯한 동물의 뼈 등의 과거를 추정하는 방법으로 방사성 탄소 연대측정법이 있다. 리비(Willard F. Libby)는 방사성 연대 측정법을 발명한 공로로 1960년 노벨화학상을 받았다. 그의 측정방법은 고고학을 비롯한 여러 분야에 기여하였다.방사성 탄소의 생성과 순환탄소는 여러 개의 동위원소가 있다. 탄소의 원자번호는 6이므로 탄소의 핵에 있는 양성자는 모두 6개이다. 그런데 탄소는 양성자의 수는 같고 중성자의 수가 다른 동위원소가 약 15종정도 된다. 우리에게 가장 익숙하고 탄소의 대부분을 차지하는 탄소의 동위원소는 12C(양성자 6개, 중성자 6개)와 13C(양성자 6개, 중성자 7개)이다. 이 탄소들은 매우 안정하여 방사성 붕괴가 진행되지 않는다. 탄소의 원자량이 12.01인 것도 탄소의 동위원소 비율을 감안해서 원자량을 계산했기 때문이다. 일반적으로 불안정한 방사성 동위원소들은 알파선, 베타선, 감마선을 방출하면서 다른 원소로 변한다. 알파선은 헬륨의 핵으로 +극성을 띠며, 베타선은 전자로 -극성이다. 감마선은 극성이 없고, 방사선 중에서 에너지가 제일 크다는 특징이 있다.?안정한 12C와 13C와는 달리 14C(양성자 6개, 중성자 8개)는 베타선을 방출하며 붕괴되는 탄소의 방사성 동위원소이다. 그것은 현재에도 지구 상층부에서 질소가 우주선과 충돌하면서 계속 만들어지고 있다. 1년 동안 지구 전체에서 만들어지는 14C의 양은 약 7kg 정도로 짐작하고 있다. 그것을 농도로 따져보면 약 1ppt(1/1012)로 엄청나게 낮은 농도이지만, 탄소 원자의 개수(약 3.5 x 1026)로는 헤아릴 수도 없이 엄청나게 많은 것이다. 계산은 불가능하겠지만, 그 정도의 탄소의 개수라면 거의 모든 생물들과 14C 교환이 가능하지 않을까 싶다.?방사성 탄소가 산소와 반응을 하면 방사성 이산화탄소, 14CO2가 만들어진다. 식물의 동화작용에 참여하는 이산화탄소는 대부분 12CO2 이겠지만, 14CO2 역시 같은 경로를 거친다. 그러므로 살아있는 식물에 있는 탄소의 동위원소 비율(12C와 14C의 비율)은 공기에 있는 12C와 14C의 비율과 거의 일정한 값으로 유지된다. 그런데 식물이 죽고 나면 더 이상 동화작용을 할 수 없으므로 탄소의 순환이 멈춘다. 그것은 12C와 14C의 비율이 달라지는 것으로 나타난다. 죽은 식물에 있는 12C는 안정하므로 그 양을 유지하겠지만 14C는 방사성 붕괴가 진행되어 그 양이 줄어든다. 왜냐하면 식물이 흡수했던 14C는 베타선을 방출하는 방사성 붕괴를 겪고나서 안정한 질소 14N(양성자 7개, 중성자 7개)로 변하기 때문이다. 그러므로 죽은 식물에 남아있는 14C의 양(비율)을 측정하면 식물이 죽은 지 얼마나 지났는지 알 수 있다. 죽은 후 몇 년이 지났는 지를 계산할 때 14C의 양과 그것의 반감기를 이용한다.?반감기와 연대측정방사성 동위원소 14C는 반감기가 약 5730년이다. 반감기는 처음에 있던 원소의 양이 1/2로 줄어드는 데 걸리는 시간을 말한다. 예를 들어 14C의 경우에 1g이 0.5g으로 되는데 5730년이 걸리고, 다시 5730년이 흐르면 0.5g이 0.25g으로 줄어든다. 그러므로 n번의 반감기를 지났을 때 탄소 14C의 양은 처음 있었던 양의 1/2n로 줄어들게 된다. 측정할 수 있는 양과 반감기를 생각하면 14C를 이용하여 추정할 수 있는 과거연도는 최대로 약 5~6만년 정도된다. 예전에는 14C 가 붕괴되어 방출하는 베타선을 측정하여 14C의 양을 알아냈지만, 최근에는 보다 정밀한 질량분석기를 사용하기 때문에 시료의 양이 적어도 분석이 가능한 경우가 많아졌다.?측정방법의 제한과 적용범위탄소 연대측정법은 14C의 양과 생물이 흡수하는 비율이 일정하다는 가정에 있다. 다른 과학방법과 마찬가지로 가정을 하고, 측정한 결과를 놓고 그것에 맞는지 여부를 놓고 해석을 한다. 그런데 14C가 만들어지는 양 혹은 비율은 일정할까? 다행스럽게도 자동차 연료를 태우고 배출되는 CO2에는 14CO2는 없다. 왜냐하면 원유가 만들어지려면 동식물이 죽고나서 14C의 반감기의 몇 백배이상의 세월이 흘러야 되기 때문에 원유에 있었던 14C는 모두 방사성 붕괴되어 사라졌다. 그렇지만 인간활동으로 대폭 늘어난 CO2에는 14C는 없지만, 12C와 14C의 비율은 많이 감소하였다. 또한 1940년 이후에 핵 실험을 했을 때 혹은 우주선이 일시적으로 많이 쏟아질 때에는 14C의 양이 많아진다. 그러므로 특정한 시기에 얻은 시료들의 연대 추정에는 변수를 고려해서 측정을 해야 연대추정에 대한 오차를 줄일 수 있을 것이다. 일단 나무가 죽으면 탄소의 순환이 멈추는 것처럼 식물을 먹고 살았던 동물과 인간도 죽으면 당연히 탄소의 순환이 멈춘다. 그러므로 뼈 조각 등에 남아있던 14C의 양을 측정하고 반감기를 이용하면 뼈의 생성 년도를 계산할 수 있다. 결국 14C를 이용하여 연대를 알아낼 수 있는 시료는 뼈, 옷, 목재, 식물 섬유 등으로 제한이 된다.?한때 토리노 수의(Turin Shroud, 예수의 수의)의 진부 여부를 알아내기 위해서 3곳의 연구소에서 측정한 탄소 연대 결과는 모두 일치하였다. 그러나 그것은 예수의 생존시기와 비교하여 약 1000년 이상의 차이가 있는 결과였다. 와인을 비롯한 각종 과일주의 가짜 여부를 판단에도 탄소연대 측정법이 이용된다. 왜냐하면 원유에서 뽑은 알코올로 담근 술에는 당연히 14C가 검출되지 않는다. 원유에 있었던 14C성분은 이미 모두 사라졌기 때문에 14C의 검출여부만 확인하면 될 일이다. 리비가 개발한 탄소 연대측정법은 정확히 시대를 알고 있는 시료와 비교하여 측정계수를 도입하는 등 오차를 줄이려고 꾸준히 노력한 결과 현재에는 연대측정을 위한 신뢰할 수 있는 측정법으로 자리를 잡고 있다.?글 | 여인형 동국대 화학과 명예교수?현재 KMOOC(한국형 온라인 공개강좌)에서 ‘삶은 화학물질과의 소통이다’를 강의하고 있다. 동국대 화학과 교수로 31년간 재직했으며, 분석화학 및 전기화학을 가르쳤다. 네이버 ‘화학산책’에 기고한 다양한 글들(총 조회수 1200만회 이상)과 눈높이 강연(학생 및 일반인 대상 약 130회 이상)을 통해 우리 사회에서 필요한 화학 상식 및 과학문화가 정착이 되도록 노력하고 있다. 저서로 ,등이 있다.

  • 등록일2021-02-25
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Krict 이모저모 화학콘텐츠와 함께하는 슬기로운 집콕 생활

KRICT 화학대중화?화학콘텐츠와 함께하는슬기로운 집콕 생활국내 유일의 화학 분야 국책 연구기관 한국화학연구원은 인류의 보물창고인화학의 가치와 역할을 국민들께 제대로 알리기 위해 늘 새로운 변신을 꾀하고 있습니다.특히 일방향 소통보다 대중과 함께 즐기고 호흡하는 공감과 공유의 화학대중화 플랫폼이 되기 위해 힘쓰고 있지요.이런 노력은 코로나19로 점점 더 빨라지고 있는 언택트 시대에도 예외가 아닙니다 .?초딩부터 라떼까지 “함께 즐겨요 케미러브”코로나19 사태로 집안에서 보내는 시간이 많아지고 있습니다. 가족이 함께하는 시간이 늘어나는 것은 좋은 일이지만 한편으론 은근히 스트레스가 되기도 합니다. 인터넷과 방송에서는 온가족과의 시간을 보다 지혜롭게 보낼 수 있도록 다양한 실내놀이와 학습법들을 소개하고 있는데요. 한국화학연구원 역시 집안에서 화학을 배우고 즐기는 모바일 화학사랑방 ‘케미러브’로 슬기로운 집콕생활에 힘을 보태고 있습니다.?지난 7월 20일 문을 연 케미러브(chemielove.krict.re.kr)는 원래 중고교 학생들 대상의 화학교육 홈페이지였던 블루케미토피아를 더 많은 세대가 즐길 수 있는 화학대중화 플랫폼으로 확대·개편한 것입니다. 앞으로 화학의 가치와 역할을 알리고 많은 분들과 함께 화학을 주제로 소통하는 데 톡톡히 역할을 할 예정인데요. 새 단장을 기념해 주기율표 넥타이와 스카프 등의 화학대중화 굿즈를 증정하는 오픈 기념 이벤트도 함께 열렸습니다.?새로운 모습으로 다시 태어난 케미러브에서 특히 눈길을 끄는 코너는 ‘화학대중화 캠페인’, ‘화학대중화 콘텐츠’, ‘화학대중화 행사’입니다. 초중고생은 물론 성인들도 화학에 흥미를 느낄 수 있는 다채로운 볼거리들로 가득 채워졌습니다. 그 중 백미는 한국화학연구원이 KBS·대한화학회 등과 공동 제작한 영상 콘텐츠들입니다. 좀처럼 화면에서 눈을 뗄 수 없는 역동적인 다큐멘터리와 숏폼 콘텐츠들이 화학의 진면목을 제대로 이해할 수 있도록 하는 동시에 막연하게 무서워했던 케모포비아의 실체를 정확히 판단할 수 있도록 돕고 있습니다. 화학을 의인화하여 화학에도 본심이 있다는 주제의 캠페인 영상도 눈길을 끕니다.?케미러브에는 이밖에도 디지털에 익숙한 Y, Z세대는 물론 X세대까지 폭넓은 세대가 함께 즐길 수 있는 콘텐츠들이 풍성하게 마련되어 있습니다. 모두 6개 코너마다 각각의 성격에 맞는 퀴즈와 도서소개, 실험영상 등이 즐비하지요.한 번 클릭하면 좀처럼 빠져나올 수 없는 유튜브 알고리즘처럼 지식과 재미가 가득한 화학의 신세계로 많은 이들을 초대하고 있답니다.‘귀욤귀욤’ 화학도 이모티콘으로한국화학연구원은 지난 2014년부터 전국의 청소년들을 대상으로 화학창의경진대회를 개최해왔습니다. 그리고 지난 해부터는 화학대중화 사업의 본래 의미를 더욱 살리기 위해 일반인까지 문호를 넓히는 화학창의콘텐츠공모전으로 개편하고 작품의 형식도 다양화했는데요. 올해는 한 발 더 나아가 21세기 디지털 세대의 감정을 솔직하고 친근하게 표현하는 ‘이모티콘’과 ‘광고영상’까지 대폭 영역이 확장되었습니다.?특히 올해 새로 선보인 이모티콘 부문은 화학이론, 화학반응, 주기율표, 생활 속 화학의 역할과 원리 등을 최근 인기있는 정지형 또는 모션형 이모티콘으로 제작할 수 있도록 해 X세대부터 Y세대(밀레니엄 세대), Z세대(디지털 세대)까지 연령에 상관없이 다양한 세대의 참여를 가능하게 했습니다. 이와 함께 모션그래픽, 드라마, 애니메이션, CF, 뮤직비디오 등 장르에 상관없이 1분 이내의 모든 영상물을 출품할 수 있는 ‘광고영상’에 대한 작품접수가 함께 진행됐습니다.?이에 따라 5월부터 6월까지 두 달에 걸쳐 진행된 공모전 기간 중 재기발랄한 응모작들이 줄을 이었는데요. 일반 언론과 대학신문사 등을 비롯해 전국의 학생들이 즐겨 찾는 공모전 사이트, 맘카페·캐릭터카페 등의 대중적인 온라인 커뮤니티 알림과 다양한 매체의 타깃형 광고까지 공모전 기간 내내 꾸준히 계속된 홍보 역시 화학창의콘텐츠 공모전과 화학을 알리는 데 큰 역할을 한 것으로 전해지고 있습니다.?이렇게 모인 응모작은 총 286건에 달했는데요. 그중 최신 트렌드를 반영한 신선한 발상으로 관심을 모았던 이모티콘부문에서만 221건의 응모작이 쏟아졌습니다. 한국화학연구원은 전문가 심사와 대국민 투표, 최종 심사까지 한 달 간에 걸친 심사 끝에 마침내 지난 8월 18일 공모전 웹사이트에 수상작들을 발표했습니다.?한국화학연구원은 이모티콘과 광고영상 각 부문별 대상과 최우수상, 우수상, 장려상, 입선 등 24팀의 수상자들에게 상장과 함께 총 1,380만원의 상금을 시상했습니다. 이번 화학창의콘텐츠공모전의 수상작들은 카카오톡 등 메신저 서비스 이모티콘 등에 활용되었으며 한국화학연구원 홈페이지와 유튜브, SNS 등과 전시행사 등에도 화학의 역할과 가치를 알리는 콘텐츠로 활용될 예정입니다.

  • 등록일2021-02-25
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Krict Research 물대포 쏘듯 분사해 화학물질 누출사고 골든타임 잡는다

사고지점 먼 거리에서 중화제 살포·화학반응 발생 열 100℃ 이상 낮춰… 소방대원 안전 확보한국화학연구원, JNK히터(주)에 유해오염물질 제거용 중화제 제조기술 이전 및 제품화 추진한국화학연구원이 골든타임 내에 화학물질 누출사고에 안전하고 효과적으로 대응할 수 있는 중화제를 개발하고, 제품화를 추진하기로 했다.?한국화학연구원은 ‘유해오염물질 제거용 중화제 제조기술’을 개발하고, JNK히터(주)에 기술을 이전했다. 앞으로 양 기관은 제품화를 위해 상호협력할 계획이다.?새로 개발된 중화제는 과립형(알갱이 형태)으로, 사고 발생지점에서 멀리 떨어져 살포기로 물대포를 쏘듯이 분사하는 방식이다. 중화제는 화학사고로 누출된 산성이나 염기성 화학물질을 중화(pH7)하여 제거하는 약제다.?기존의 분말 중화제와 비교해 먼 거리에서 살포할 수 있고, 중화열이 60℃ 이하로 낮아서 소방대원들의 안전을 지킬 수 있을 것으로 기대된다.?실제 실험 결과, 과립형 중화제는 15m 떨어진 25㎡ 넓이의 표적에 80% 적중률을 보였다. 이에 반해 기존의 분말 소석회 중화제는 적중률이 10%에도 미치지 못했다.?또한 산성 유해화학물질(95% 황산)이 누출된 조건에서 과립형 중화제를 투입하자 1시간 후 95% 중화됐고, 중화열도 60℃에 불과했다. 하지만 분말 소석회 중화제의 중화열은 최대 180℃로 높은 탓에 그동안 사고지점 가까이 접근하는 게 어려웠다.?이처럼 중화열이 낮은 것은 중화제의 발열량이 낮을 뿐만 아니라, 중화반응에서 발생하는 발열반응이 한꺼번에 일어나지 않고, 중화제에 쓰인 점토가 중화반응 속도를 지연시켜 열을 서서히 발생하기 때문이다.?▲(윗줄 맨 왼쪽부터) 기존의 분말 중화제와 새로 개발된 과립형(알갱이) 중화제. (아랫줄 맨 왼쪽부터) 점토 시드와 지시약 코팅 중화제.이번에 개발된 중화제는 산성 및 염기성 화학물질용으로 나뉘어 만들어졌다. 산성(염산·질산·황산·불산)일 경우 탄산수소나트륨, 염기성(암모니아)일 경우 황산알루미늄수화물을 각각 사용했다.?중화제의 핵에 해당하는 맨 안쪽에는 점토, 그 바깥쪽에는 각각 탄산수소나트륨(베이킹소다)과 황산알루미늄수화물(명반), 점토를 넣어 산성 및 염기성용 중화제를 만든 것이다.?이는 여러 후보물질과 산·염기성 물질의 중화반응으로 발생하는 중화열을 실제로 측정하고, 이를 연세대 한병찬 교수팀과 공동으로 컴퓨터 시뮬레이션 값과 비교해 최적의 중화제를 도출한 것이다.?특히, 염기성 화학물질용 중화제(황산알루미늄수화물)는 처음으로 개발됐다. 현재 염기성 화학물질 암모니아 누출사고의 경우, 물로 희석하지만, 이제는 중화제거가 가능해진 것이다.?지시약 중화제도 함께 개발했다. 중화제 가장 바깥층에 지시약을 코팅한 것으로, 화학물질의 산·염기 여부를 모를 때 쓸 수 있다. 화학물질에 지시약 중화제를 살포했을 때 티몰블루의 경우 진분홍색을 띠면 산성, 파란색을 띠면 염기성 물질이다.?▲ 화학물질의 산성 및 염기성 여부를 알 수 없을 때 쓰는 지시약 중화제도 함께 개발했다. 알갱이 가장 바깥층에 지시약을 코팅한 것이다. 화학물질에 지시약 중화제를 살포했을 때, 진분홍색을 띠면 산성이고, 파란색을 띠면 염기성 물질이다. (윗줄 왼쪽부터 지시약 중화제와 염산, 질산, 황산, 증류수, 암모니아수와 반응한 결과이며, 아랫줄은 지시약 코팅 점토와 반응한 결과이다.)?이에 대해 한국화학연구원 화학안전연구센터 유병환 박사는 “누출된 화학물질이 산성인지 염기성인지 알 수 없을 때, 지시약 기능이 있는 알갱이를 살포해 바로 산·염기 여부를 알고 초동대응을 할 수 있다”고 설명했다.?한국화학연구원 이미혜 원장은 “이번에 개발된 유해물질 대응 방제제를 개발하여 대국민 안전에 활용할 수 있게 됐다”면서 “사고수습의 골든타임을 확보해 사고피해를 줄일 수 있다”고 설명했다.?이번 연구결과는 한국화학연구원 유병환 박사팀과 JNK히터가 공동으로 개발했으며, 환경분야 학술지 ‘Chemosphere(케모스피어)’에 발표됐다. 또한 환경부의 화학사고 대응 환경기술개발사업의 일환인 ‘화학사고 환경 피해 저감 사업’의 지원을 받아 수행됐다.

  • 등록일2021-02-25
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Krict Research 배송 식품 상했는지 알려주는 스티커 내년까지 상용화

기술이전 기업 모회사 유제품에 먼저 적용 후 국내 유통·제조기업으로 점차 확대화학연-(주)뉴처 기술이전 협약 조인식 8월 14일(금) 대전 유성구 화학연에서 개최내년에는 배송받은 식료품에 부착된 스티커로 식품의 상온노출 여부를 바로 확인할 수 있게 될 전망이다.?한국화학연구원(원장 이미혜)은 ‘콜드체인(저온유통) 안심 스티커’를 상용화하기로 하고, 8월 14일(금) 오후 대전 유성구 한국화학연구원 N2동 중회의실에서 ㈜뉴처(대표이사 이진환)와 기술이전 협약 조인식을 열었다.?이날 행사에는 한국화학연구원 이미혜 원장, 최영민 연구전략본부장, 황성연 바이오화학소재연구단장, 오동엽 바이오화학소재연구단 선임연구원과 ㈜뉴처 이진환 대표이사, 정경화 실장 등 관계자 10여 명이 참석했다.?한국화학연구원-뉴처 콜드체인 안심 스티커 기술이전 협약 조인식이 2020년 8월 14일(금) 오후 대전 유성구 한국화학연구원 행정동에서 열렸다. 왼쪽부터 뉴처 이진환 대표, 화학연 이미혜 원장.?‘콜드체인 안심 스티커’*는 온도변화에 따라 투명해지는 나노필름을 이용한 것으로, 두 겹으로 된 스티커의 앞면이 10도 이상 상온에 노출되어 투명해지면 뒷면에 나타난 이미지로 식품의 상온노출 여부를 확인하는 방식이다.*한국화학연구원 바이오화학소재연구단 오동엽·박제영·황성연·최세진 박사팀이 콜드체인 안심 스티커를 개발했으며, 『Advanced Materials, IF:25.809』 3월호에 ‘식품의 콜드체인 배송 시 온도·시간 이력을 지시하는 나노섬유 스티커‘라는 제목의 논문으로 게재했다. 이 연구는 과학기술정보통신부의 한국화학연구원 주요사업으로 수행됐다.▲상온(20℃) 노출 후 시간 경과에 따른 콜드체인 안심 스티커의 변화윗줄 이미지는 콜드체인 안심 스티커의 앞면에 해당하는 나노섬유필름이 투명해지면서 뒷면의 일반 필름의 이미지가 나타나는 모습이다. 아랫줄 현미경 이미지는 상온에 노출된 후 시간이 흐르면서 나노섬유가 붕괴하는 모습이다. 가느다란 실이 교차된 형태의 나노섬유 구조가 서로 엉겨 붙어 뭉치면서 빛이 투과하게 된다.?최근 언택트 시대가 활짝 열리면서 신선식품 배송시장이 덩달아 성장하고 있어서 콜드체인 안심 스티커에 대한 수요도 상당할 것으로 기대된다.?이에 따라 양 기관은 내년 하반기까지 콜드체인 안심 스티커를 상용화한다는 계획이다. 먼저 ㈜뉴처 모회사의 유제품(우유, 아이스크림, 치즈 등)에 시범적으로 적용해 상용화하고, 이후 국내 유통 및 제조기업과 협의해 적용 대상을 점차 확대할 예정이다.?한국화학연구원 이미혜 원장은 “콜드체인 안심 스티커는 식료품 저온유통뿐 아니라, 현재의 값비싼 의약품 저온유통 시장에도 적용할 수 있어 성장 잠재력이 크다”면서 “성공적으로 상용화될 수 있게 물심양면으로 지원하겠다”고 말했다.?한편, 한국화학연구원은 지난 5월 19일 국내외 유통 및 제조기업이 참가한 기술 설명회*를 통해 우선 협상자를 선정했고, 최종적으로 이날 ㈜뉴처에 해당 기술을 이전했다.*콜드체인 안심 스티커 제조기술 라운드 테이블은 5월 19일(화) 서울 서초구 양재aT센터 세계로룸에서 열렸으며, 국내외 유통 및 제조기업 27개사 관계자가 참여했다.

  • 등록일2021-02-25
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Krict Research 온실가스 이산화탄소로 화장품 쿠션·건축 단열재 만든다

KRICT News이산화탄소 활용 친환경 폴리우레탄 화장품 쿠션 및 건축 단열재 시제품 제조 성공촉매를 연속적으로 대량 생산할 수 있는 반응기 구축…후속 연구 진행 중이산화탄소를 활용해 친환경 폴리우레탄 화장품 쿠션(부드러운 폴리우레탄 폼) 및 건축 단열재(딱딱한 폴리우레탄 폼)를 만드는 기술이 개발돼 시제품 제조에 성공했다.한국화학연구원 조득희 박사팀은 KPX케미칼㈜, ㈜폼웍스, 부산대학교, 인제대학교와 함께 한국전력공사 기술기획처 사외 공모로 ‘이산화탄소를 함유한 친환경 폴리우레탄 소재 개발’ 연구사업을 수행했다.본 연구에서 한국화학연구원은 온실가스인 이산화탄소를 활용해, 폴리우레탄 소재의 원료가 되는 기초 단량체 물질 ‘프로필렌 카보네이트’의 촉매 공정을 개발했다. 프로필렌 카보네이트는 폴리올의 기초원료이며, 폴리올은 폴리우레탄의 원료가 된다. 연구진은 프로필렌 카보네이트와 이를 원료로 한 폴리올을 파일롯 규모로 생산해 기업 ㈜폼웍스와 KPX케미칼㈜에 제공했다. 이를 바탕으로 ㈜폼웍스는 폴리우레탄의 부드러운 형태(연질폼)인 화장품 쿠션을, KPX케미칼㈜는 폴리우레탄의 딱딱한 형태(경질폼)인 건축 단열재 시제품을 각각 제조하는 데 성공했다.?㈜폼웍스에서 친환경 폴리올을 이용한 화장품 담지체 쿠션 제조를 위해 발포(좌) 및 가공(우)했다.?KPX케미칼에서 친환경 폴리올을 이용하여 1m x 6m x 100T(좌) 및 1m x 2m x 50T(우) 크기의 샌드위치 판넬 형태의 건축 단열재를 제조했다.프로필렌 카보네이트는 폴리올의 원료 물질 외에도 활용 범위가 넓다. 인체에 무해해서 화장품의 유화제로 사용하거나 이차전지의 전해액 또는 극성용매로 사용할 수 있다. 프로필렌 카보네이트는 기존 공정에서 독성이 강한 물질로 만들었는데, 이를 친환경적으로 대체하기 위해 온실가스인 이산화탄소 활용 공정을 전세계적으로 개발하고 있다.이산화탄소는 열역학적으로 매우 안정된 물질이어서 이를 유용한 물질로 전환하기 위해서는 높은 에너지가 필요하다. 따라서 반응 에너지를 높여주는 촉매 공정이 필수적이다. 중국과 독일에서 촉매 공정을 개발했고 국내에서는 최근 여러 논문들이 보고되고 있지만 실험실 규모에 그치고 있으며 효율이 낮다.한국화학연구원은 이산화탄소로부터 프로필렌 카보네이트 합성에 필요한 고효율 촉매를 개발하고 파일럿 규모에서 물질 제조에 성공했다. 부산대학교에서는 프로필렌 카보네이트의 촉매 반응 메커니즘에 대한 연구를 화학(연)과 공동 수행했고, 인제대학교에서는 본 공정으로 만들어진 폴리올의 적용 확장성에 대해 연구했다. 또한 연구진은 촉매를 연속적으로 대량 생산할 수 있는 반응기를 구축했으며 현재 촉매의 반응성을 개선하기 위한 후속 연구를 진행하고 있다.?이산화탄소로부터 ‘프로필렌 카보네이트’ 합성을 위한 연속 반응기(좌) 및 촉매(우)이와 관련한 연구 성과는 2016년부터 ACS Sustainable Chemistry & Engineering 등 4편의 국제학술지에 게제되었고 3편의 특허가 출원되었다. 현재 관련 기업과 사업화를 논의하고 있다.이산화탄소로부터 제조가 가능한 다양한 5원환 탄산염한편, 연구진은 프로필렌 카보네이트 외에도, 이산화탄소와 촉매를 활용한 다양한 5원환 탄산염의 합성 연구를 진행해 왔다. 5원환 탄산염은, 탄소와 산소로 이루어진 오각형 분자구조 물질로 다양한 화학원료로 쓰인다. 연구진은 특히 유럽 선진국에서 활발한 연구가 진행되고 있는 비 이소시아네이트 폴리우레탄 주원료를 만드는 촉매 및 공정을 개발했다. 비 이소시아네이트 폴리우레탄은 접착제, 페인트, 3D 프린팅 소재 등에 쓰이는 원료로서, 향후 이산화탄소를 활용한 폴리우레탄 원료 연구개발 영역이 확대될 것으로 기대된다. 이 성과는 최근 2020. 8월 15일 『Applied Catalysis B: Environmental, 2020, article number 119395 (IF: 16.683)』에 게재되었다.

  • 등록일2021-02-25
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Krict Research 유기태양전지 제조비용 1/20로 낮췄다

험 수준으로 간단·비용 1/20로 저렴 … 상용화 물꼬화학연-경기대 공동 연구진,등에 게재유기태양전지 제조비용을 획기적으로 낮출 수 있는 기술이 개발됐다. 제조법이 학부 유기화학실험 수준으로 간단하면서도 비용은 대폭 낮춰 유기태양전지 상용화에 물꼬를 틀 전망이다.?한국화학연구원 송창은·신원석 박사팀과 경기대학교 임은희 교수팀은 유기태양전지 광활성층(빛을 흡수해 전하를 생성하는 층)에 들어가는 신소재를 개발, 제조비용을 20분의 1로 낮췄다.△유기태양전지는 투명기판, 투명전극, 광활성층, 금속전극으로 구성되어 있다. 이중 핵심은 광활성층으로, 전자받개(acceptor)와 전자주개(donor) 소재가 섞여 있다. 빛을 쬐면 광활성층 내부에서 발생한 정공(양전하)과 전자(음전하)가 각각의 전극으로 이동하고, 이 전위차에 의해 전류가 흐르게 된다.유기태양전지는 광활성층에 유기물질을 사용하는 차세대 태양전지로, 광활성층은 전자주개(donor)와 전자받개(acceptor)로 이뤄져 있다. 빛을 쬐면 광활성층 내부에서 발생한 정공(양전하)과 전자(음전하)가 각각 양극과 음극으로 이동하고, 이 전위차에 의해 전류가 흐르게 되는 원리다.?연구자들의 화두는 전자받개(acceptor)에 들어가는 신소재 개발이었다. 처음에는 축구공 모양처럼 생긴 풀러렌 소재(PCBM)가 쓰였다. 빛을 흡수해서 생성된 전자는 풀러렌을 따라 고속도로를 달리듯 빠르게 이동할 수 있지만, 빛 흡수량이 적은 탓에 광전변환효율(빛→전기 변환효율)이 낮았다.PCBM(전자받개 소재/풀러렌 구조)이러한 문제를 개선한 게 비풀러렌 구조의 전자받개 소재였다. 하지만 이 소재(ITIC)는 분자구조가 복잡하고, 분자들이 길게 연결된 탓에 합성하려면 5단계를 거쳐야 해 시간과 비용이 많이 들었다. 게다가 빛을 흡수하는 파장대가 전자주개 소재(PTB7-Th)와 겹쳐 넓은 범위의 태양광을 흡수하는데 비효율적이었다. 전자주개 소재(PTB7-Th)는 주로 가시광선과 근적외선을 흡수한다.?ITIC(전자받개 소재/비풀러렌 구조) 및 PTB7-Th(전자주개 소재)?이에 공동 연구진은 분자구조가 단순한 신소재(T2-ORH)를 개발했다. 단 2단계 만에 합성할 수 있는 소재로, 합성시간과 비용을 크게 줄였다. 실제 신소재 합성비용은 그램당 40달러로, 기존 비풀러렌 소재 합성법의 20분의 1 수준이다. 또한 전자주개 소재가 흡수하지 못하는 단파장 영역(자외선)을 흡수할 수 있어 광전변환효율을 높였다.T2-OEHRH(전자받개 소재/비풀러렌 구조)?경기대 화학과 임은희 교수는 “이번 연구의 가치는 학부 유기화학실험 수준의 간단한 합성법을 사용해 단 2단계 만에 저가로 합성하는 소재로도 고성능 유기태양전지를 구현할 수 있는 데에 있다”고 설명했다.?실험을 통해 최적의 비율(2:1)로 전자받개 신소재(T2-ORH)와 전자주개 소재(PTB7-Th)를 섞어 만든 유기태양전지의 광전변환효율이 0.1㎠ 기준으로 9.33%를 기록했다. 기존 전자받개 소재(ITIC)와 전자주개 소재(PTB7-Th)를 2:1로 혼용한 유기태양전지 효율은 7.46%(0.1㎠)였다.?한국화학연구원 송창은 박사는 “기존의 복잡한 화학 구조를 탈피한 신소재의 개발 전략이 앞으로 고성능 유기태양전지 상용화에 큰 역할을 할 것”이라고 자평했다.?△한국화학연구원 에너지소재연구센터 송창은(좌) 박사와 신원석(우) 박사가 새로 개발한 광활성 신소재가 적용된 유기태양전지를 들고 포즈를 취했다.?공동 연구진은 여기서 한발 더 나아가 인체와 환경에 유해한 할로겐 용매 대신 비할로겐 용매에서도 용액공정이 가능하도록 용해도를 향상시켰다. 보통 유기태양전지는 고체 상태의 광활성 소재를 유기 용매에 녹인 후 기판 위에 코팅해 만든다.?지금까지 할로겐 용매가 인체와 환경에 유해한 것을 알았지만, 광활성층 소재들이 비할로겐 용매에 잘 녹지 않아 불가피하게 할로겐 용매를 사용해왔다.?하지만 공동 연구진은 신소재 분자(T2-ORH)의 양 끝에 비대칭적인 곁사슬을 붙이는 방법으로 T2-OEHRH를 만들었고, 비할로겐 용매에서의 용해도를 향상시켰다. 그와 동시에 신소재 특유의 광학적·전기화학적 특성을 그대로 유지하는 데 성공했다.?그 결과, T2-OEHRH와 PTB7-Th를 2:1로 혼용한 유기태양전지는 0.1㎠에서 9.7% 대면적에서는 6.2% 광전변환효율을 나타냈다.?이번 연구결과는 ‘Advanced Energy Materials(IF: 24.884)’의 2019년 4월호*와 ‘Journal of Materials Chemistry A(IF: 11.301)’의 2019년 10월호**, 2020년 5월호***에 게재됐다. 또한 관련 연구결과는 국내 및 미국에 특허 등록됐다.*논문명: Simple Bithiophene?Rhodanine-Based Small Molecule Acceptor for Use in Additive-Free Nonfullerene OPVs with Low Energy Loss of 0.51 eV**논문명: Enhanced efficiency and stability of PTB7-Th-based multi-non-fullerene solar cells enabled by the working mechanism of the coexisting alloy-like structure and energy transfer model***논문명: Non-halogenated solvent-processed ternary-blend solar cells via alkyl-side-chain engineering of a non-fullerene acceptor and their application in large-area devices?이번 연구는 한국에너지기술평가원의 에너지기술개발사업과 한국연구재단 중견사업의 지원으로 이뤄졌다.

  • 등록일2021-02-25
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Krict Research 열을 전기로 바꾸는 스펀지 열전소재 개발

KRICT News화학소재연구본부 조성윤 박사팀, 구부러진 열원에도 적용할 수 있는 열전소재 개발『Advanced Energy Materials』 2019년 8월호 표지논문으로 선정구부러지고 늘어나고 압축이 돼, 열이 있는 곳 어디에든 붙여 열을 전기 에너지로 바꿔주는 열전소재가 개발됐다. 완전히 유연한 열전소재가 개발된 건 이번이 처음이다.?한국화학연구원 화학소재연구본부 조성윤 박사팀은 열원의 형태와 관계없이 어디든지 붙일 수 있는 ‘스펀지형 열전소재’를 개발하는 데 성공했다. 열전소재는 열을 전기로 바꿔주는 소재로 온도 차에 의해 전기가 발생한다. 일례로 발전소 굴뚝에 열전소재를 부착하면, 굴뚝 안쪽의 고온(150도)과 바깥 상온(30도)의 온도 차로 전기가 만들어지는 것이다.?연구진은 주변에서 손쉽게 구할 수 있는 스펀지에 탄소나노튜브 용액을 코팅했다. 탄소나노튜브를 물리적으로 분산시킨 용매를 스펀지에 도포한 후, 용매를 빠르게 증발시킨 것이다. 제조방법이 간단해 대량생산에도 적합하다. 모양을 만들어주는 틀 없이 스펀지를 이용해 열전소재를 만들 수 있기 때문이다. 이를테면 거푸집 없이 콘크리트 구조물을 만드는 셈이다.?지금까지 대부분의 열전소재는 무기 소재로 만들어진 탓에 유연하지 않았다. 사람의 몸이나 자동차 등 다양한 곡면의 열원에 붙일 수 없을 뿐 아니라, 제조공정 자체도 까다롭고 복잡하다. 전 세계 연구진들은 유연한 열전소재를 개발하기 위해 탄소나노튜브에 주목했다. 탄소나노튜브는 전기전도도가 높고 기계적 강도가 강하며, 지구상에 풍부하게 존재하기 때문이다.?지난해 한국화학연구원 조성윤 박사팀이 탄소나노튜브를 이용해 유연한 열전소재를 만드는 데 성공했다. 열전소재는 딱딱하다는 고정관념을 깨고, 스펀지와 유사하면서도 높게 쌓을 수 있는 탄소나노튜브 폼(foam)을 만든 것이다.?한국화학연구원 조성윤 박사팀은 2019년 구부러진 열원에도 적용할 수 있는 탄소나노튜브 폼 열전소재를 개발했다. 이 연구는 그 우수성을 인정받아 에너지 소재 분야 최고 권위지인 『어드밴스드 에너지 머티리얼스(Advanced Energy Materials)』 2019년 8월호 표지논문으로 선정됐다. 하지만 소재 자체가 완전히 유연한 건 아니었다. 압력을 가하면 부서지는 것도 문제였다. 이러한 이유로 열전소재를 고무 기판에 넣어 사용해야 했다. 이번에는 아예 스펀지로 열전소재를 만들어 이 같은 문제를 해결한 것이다.?한국화학연구원 조성윤 박사는 “지금까지 개발된 유연한 소재는 지지체나 전극의 유연성을 이용한 것”이었다면서 “소재 자체가 유연한 건 이번 스펀지형 열전소재가 처음이고 제조방법도 간단해 대량생산도 가능하다”고 설명했다.?스펀지형 열전소재의 압축 안정성 실험 결과이번에 개발된 스펀지형 열전소재는 열전소재의 전기적 특성과 스펀지 고유의 성질을 그대로 유지하고 있다. 실험 결과, 열전소재를 압축하고 복원하는 과정을 10,000번 반복해도 형태는 물론이고 전기적 특성을 안정적으로 유지했다. 압축 전과 압축 후의 저항값이 각각 1.0Ω(옴), 0.3Ω으로 그대로 유지된 것이다. 이는 스펀지에 기공이 무수히 많아 변형에 강하기 때문이다. 저항은 물체에 전류가 흐를 때, 이 전류의 흐름을 방해하는 요소이다. 저항값이 낮을수록 전기가 잘 통한다. 스펀지형 열전소재의 경우, 압축했을 때 전기가 더 잘 통하는 것이다.

  • 등록일2021-02-25
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Krict 이모저모 언택트 시대 특별했던 창립기념식

KRICT 인사이드?언택트 시대특별했던 창립기념식‘비대면 방식’이 사회적 거리두기 실천의 중요한 수단으로 자리를 잡아가고 있습니다.온라인으로 중계되는 각종 회의와 콘서트, 무관중 스포츠 경기들에서도이제 초반의 어색함은 느끼기가 어렵습니다.이 같은 사회적 변화상은 한가위 연휴 기간 대한민국을 들었다 놓은 한비대면 콘서트에서도 확실히 체감할 수 있었는데요.최초의 비대면 기념식화학연 구성원들은 그보다 앞서 지난 9월 1일 열린 창립 제44주년 기념행사를 통해서 도도한 변화의 물결을 미리 감지할 수 있었습니다. 이날 화학연 대강당에서 열린 창립 기념행사의 참석자는 이미혜 원장과 수상자 대표 등 극소수에 불과했습니다. 하지만 화학원 구성원들 모두가 각자의 모니터와 원내 곳곳의 대형화면을 통해 유튜브 채널로 생중계되는 기념식을 실시간으로 함께했습니다.?전례가 없던 형태의 행사인 만큼 준비하는 부서에서는 전날과 당일 아침 두 차례에 걸쳐 실시간 중계 상황을 점검하는 사전 리허설을 통해 개최에 만전을 기했는데요. 한 관계자는 “장비 여건상 대중문화계처럼 공연자와 관객이 멀티비전으로 쌍방향 소통하는 화려함과는 거리가 멀었지만 동시 접속자 수가 당초의 기대치를 훌쩍 뛰어넘어 이번 기념식에 쏠린 화학연 구성원들의 관심 정도를 가늠하게 했다”고 전하고 있습니다.?행사 관계자들은 기념식 특유의 엄숙함에 더해 온라인 중계라는 이중고를 극복하기 위해 직접 기획·제작한 오프닝 영상으로 분위기를 띄웠습니다. 이 영상에서는 기념식에 함께하지 못한 연구대상 등의 수상자들이 대거 출연해 최근 큰 인기를 얻었던 유튜브 콘텐츠를 패러디한 미션들을 수행하며 부서 소개와 수상 소감을 전했는데요. 실험도구의 전자저울 무게를 맞추는 절대감각 테스트, 부서장과 부서원들의 원격대결로 펼쳐진 이구동성 게임 등이 생중계를 지켜보는 많은 이들의 웃음을 자아냈습니다.?두고두고 기억될 역사한편 이날 기념식에서는 환경자원연구센터 장태선 박사와 화학분석센터 김종혁 박사가 국가과학기술연구회 이사장상을, CEVI융합연구단과 바이오화학연구센터가 탁월한 연구업적을 거둔 단체에 수여하는 연구대상을 수상했습니다. 이밖에도 우수단체와 우수기술, 우수직원 등의 단체 및 개인포상이 이어졌는데요.???이미혜 원장은 기념사를 통해 “온라인으로 진행되는 기념식에도 불구하고 많은 직원 분들이 함께하고 있어 양해와 감사의 마음을 함께 전한다”며 “비록 코로나 사태 속에 서로 마주하지는 못하지만 다 같이 한마음으로 수상자들을 축하하고 있다”고 말했습니다. 이어 “일본 수출규제와 코로나 확산 등 국가적 위기 속에서 화학 대표 연구소인 우리 화학연의 역할에 대한 국민적 기대가 더욱 높아지고 있다”면서 “이에 부응해 국민의 생명과 건강을 지키는 데 기여할 수 있도록 더욱 전력을 다해줄 것을 바라며 창립 44주년을 맞는 오늘이 우리 화학연이 익숙했던 것들과 결별하고 새로움에 적응하며 발전하는 위대한 첫걸음이 되도록 하자”고 당부했습니다.팬데믹과 함께하고 있는 2020년은 세계 시민 모두에게 잊기 힘든 한 해가 될 게 분명합니다. 하지만 고생했던 시절이 추억으로 남듯 코로나의 어려움 속에서도 일상 곳곳에서 피워내고 있는 작은 즐거움들은 오히려 더 선명한 기억으로 간직되리라 여겨지는데요. 사상 최초로 온라인 행사로 치러진 한국화학연구원 창립 제44주년 기념식 역시 두고두고 오랜 시간 역사의 특별했던 한 장면으로 회자될 것 같습니다.

  • 등록일2021-02-25
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People&Collabo 지역산업의 미래를 여는 '소재' 프런티어들

KRICT Collabo?지역산업의 미래를 여는'소재' 프런티어들덕산하이메탈(주)덕산하이메탈은 국내 최초로 개발한 반도체 패키징 필수소재 솔더볼을 주축으로반도체와 디스플레이 관련 전자재료를 대량생산하고 있습니다.설립 첫 해부터 반도체 대기업에 자체 개발한 솔더볼을 공급하기 시작한 이래해외 유수 기업들과의 치열한 개발경쟁 속에서 반도체·디스플레이 접합소재의 국산화에 주력한 끝에현재 세계 3대 솔더볼 제조업체이자 국내 최대의 OLED 소재 기업으로 자리매김하고 있습니다 .?소재산업 입국의 꿈2019년 7월 시작된 일본의 수출규제 사태로 대한민국의 주력업종인 반도체와 디스플레이 산업이 위협을 받으며 오히려 더 큰 주목을 받게 된 기업이 있습니다. 울산 북구 연암 공단에 위치한 덕산하이메탈(회장 이준호)이 그 주인공입니다. 이곳을 방문하면 가장 먼저 눈에 들어오는 “소재산업입국(入國), 그 중심기업 덕산(德山)”이란 통천 현수막이 그 이유를 짐작케 합니다.?울산은 조선, 자동차, 석유화학의 3대 주력산업을 바탕으로 성장한 중화학공업도시입니다. 하지만 전통적인 중화학공업 강세에 가려 전자나 소재산업 등은 상대적으로 부각되지 못한 측면이 있습니다. 이런 지역 산업구조 속에서도 덕산하이메탈은 20년 넘게 울산을 지키며 반도체 접합소재라는 독자적인 아이템으로 글로벌 소재기업들과 경쟁을 벌이고 있습니다.?덕산하이메탈이 울산을 고집하는 데는 이유가 있습니다. 창업자인 이 회장은 현대중공업에서 회사 생활을 하다 1982년 선박 도금업체인 덕산산업을 세우며 사업의 길에 들어섰습니다. 그리고 당시 막 폭풍성장을 시작한 반도체 산업을 눈여겨보며 소재의 중요성을 깨닫게 되었습니다. 몇 년 간에 걸쳐 전 재산을 투자한 끝에 반도체 패키징 핵심소재인 솔더볼 독자개발에 성공한 1999년, 덕산하이메탈의 역사도 본격화되었습니다. 국내는 물론 국제무대에서도 좀처럼 보기 힘든 소재 강소기업이 울산에서 탄생한 것입니다.?2014년 신기술 개발을 위해 영입된 유영조 연구소장?은 “국내 유수의 반도체·디스플레이 소재 기업인 덕산하이메탈이 관련 산업체가 몰려 있는 수도권 대신 불리한 조건이라 할 수 있는 울산에 있는 것이 처음에는 잘 이해가 되지 않았다”고 회고합니다. 하지만 사업 다각화를 위해 디스플레이 핵심소재인 도전볼, 투명전극, 특히 열전도성 전자파 차폐제의 개발을 진행하며 비로소 그 이유를 깨닫게 됩니다. 울산이 집적지로부터 떨어져 있다는 지리적 약점을 충분히 상쇄하고도 남을 큰 잠재력, 다시 말해 화학연으로 대표되는 정밀화학 분야의 탁월한 연구개발 역량을 보유하고 있다는 것이었습니다.?차세대 전자파 차폐소재?덕산하이메탈의 주력제품인 솔더볼(solder ball)은 반도체 칩의 다리를 전자회로기판과 연결해 전기신호를 전달하는 데 쓰이는 초정밀 접착소재입니다. 일본에 전량 의존하던 솔더볼 국산화를 기반으로 세계 수위의 기업으로 성장한 덕산하이메탈은 이후에도 매년 매출의 10% 이상을 R&D에 투자하며 끊임없이 차세대 기술을 탐색했습니다. 휘어지는 디스플레이 소재인 도전볼(AFC), 실버나노와이어 등이 대표적입니다. 그리고 또 하나 이들의 큰 관심사가 바로 전자파 차폐제였습니다.?“전자파는 인체에 미치는 영향뿐만 아니라 부품 간 간섭과 오작동을 유발하기 때문에 이를 막는 차폐소재가 필수적입니다. 스마트폰에서 보듯이 최근 전기전자제품은 갈수록 내부 구조가 복잡해지며 전자파 간섭과 발열 문제가 신제품 개발의 주요 이슈가 되고 있습니다. 현재는 대부분 금속 캔을 씌우는 방식이 주로 이용됐는데 공정비용이 비싸고 최종 제품의 중량이 무거워져 이를 해결하기 위해 새로운 방식의 차폐제 자체 개발을 시도했습니다. 필러라고 부르는 금속분말과 접착물질인 바인더를 섞어서 뿌리는 방식을 고안하게 된 것이지요.”(유영조 덕산하이메탈 연구소장).?하지만 문제가 있었습니다. 오랜 기술개발 경험으로 필러를 다루는 데는 자신이 있었지만, 10~20가지 조성물이 최적의 비율과 구조로 배합되어야 비로소 제 성능을 발휘하는 바인더의 개발은 좀처럼 속도가 나지 않았습니다. 더 큰 난관은 필러와 바인더 개발 뒤에 이 둘을 절묘하게 합쳐야 하는 블렌딩 시스템이었습니다. 차폐제 개발의 핵심기술이지만 참고할 만한 논문이나 이론적 체계를 찾을 수 없는 미개척의 영역이었기 때문입니다.?화학연과 기업의 환상 블렌딩??비슷한 무렵인 2015년, 오랜 시간 고분자 합성을 연구해온 정밀화학융합기술연구센터의 공호열 박사는 울산과학기술원 교수를 통해 우연히 덕산하이메탈이 난항을 겪고 있는 차세대 차폐제 개발 소식을 듣게 됐습니다. 곧 잦은 만남이 이어졌고 금세 서로의 가치를 알아본 덕산하이메탈과 화학연은 누가 먼저랄 것 없이 스프레이 인쇄라는 혁신적인 방식의 전자파 차폐제 개발에 의기투합하게 됩니다.?공 박사는 “정밀화학 중심지인 울산에서 일하며 전자재료 등의 산업 응용분야에 관심이 많던 터였다”면서 “특히 실패해도 괜찮은 연구가 아니라 울산을 대표하는 소재기업의 미래가 걸려 있는 만큼 반드시 성공해야 한다는 생각이 더 도전정신을 북돋았다”고 말합니다. “좋은 금속입자와 고분자 소재를 개발해도 시스템 속으로 들어가 합쳐지면 기대했던 물성과 달라지는 경우가 많습니다. 결국 블렌딩 시스템이 새 전자파 차폐소재의 관건이 되는 만큼 연구개발이 본격화된 이후 2년 간 하루도 빠짐없이 실험을 했지요. 덕산하이메탈과 우리 연구진들이 서로에 대해 강한 신뢰가 있었기 때문에 결과가 좋지 않아도 한 번도 낙담했던 기억이 없습니다.”?화학연과 덕산하이메탈의 끈끈한 신뢰 속에 탄생한 ‘열전도성 전자파 차폐소재’는 단단한 기판이든 휘어지는 디스플레이든 스프레이처럼 뿌리기만 하면 차폐막이 형성됩니다. 대세가 되는 것은 이제 시간문제이지요. 이에 따라 2016년 산업자원부 장관상을 수상하며 기술의 혁신성과 시장성을 동시에 인정받았습니다. 현재 2021년 제품 공급을 위한 막바지 점검이 한창인데요. 기존 소재와 동등한 차폐 성능뿐 아니라 차세대 전기전자제품들의 크기와 무게를 10~30%까지 줄일 수 있어 약 3조 원 규모의 전자파 차폐제 시장에 대규모 지각변동을 일으키게 될 것으로 전망되고 있습니다.?“울산은 조선, 자동차, 석유화학이 주력산업입니다. 상대적으로 소재산업은 부각되지 못했지요. 하지만 전자재료 등의 소재도 결국 정밀화학입니다. 울산이 가진 기존의 강점들을 잘만 활용하면 큰 변화 없이도 부가가치 높은 신성장동력을 준비할 수 있습니다. 수도권에 비하면 아직 기반이 약하지만 R&D 인프라가 충분하고 덕산하이메탈 같은 도전적인 기업이 있으니 충분히 가능한 미래라 여겨집니다.”(공호열 박사).

  • 등록일2021-02-25
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People&Collabo 화학연 걸크러쉬, 슈퍼박테리아에 도전하다

KRICT 젊은과학자?화학연 걸크러쉬,슈퍼박테리아에 도전하다송새미 감염병치료제연구센터 박사올해 노벨화학상은 유전자 가위 기술을 개발한 두 명의 여성과학자에게 돌아갔습니다.미생물학자이자 생화학자인 이들은 박테리아가 자신에게 침입한 바이러스 유전자를 표식으로 남겼다가다시 돌아오면 효소 단백질로 토막을 내는 데서 아이디어를 얻었다고 하는데요. 미생물이 화학물질로다른 미생물을 막는 ‘항생제’와도 비슷한 원리이지요. 이 소식은 송새미 박사에게 더 특별하게 다가올 듯합니다 .미생물학자인 그는 화학연에 입사하며 특별한 꿈을 갖게 됐습니다. 동료 화학자들과 함께인류를 위협하는 슈퍼박테리아의 항생제를 개발하겠다는 것입니다.“숨지 말고 앞장서라”막힘없는 태도와 자신감이 인상적인 송 박사는 어릴 때부터 ‘걸크러쉬’ 기질이 다분했습니다. 동네아이들을 몰고 다니는 골목대장이었고 학창 시절에는 체육대회든 노래자랑이든 뒤에 숨기보다 앞장서는 스타일이었다고 하는데요.???“해보기 전에는 모른다는 부모님의 인생철학이 도전적인 성격의 바탕이 됐습니다. ‘새미’라는 흔하지 않은 한글이름을 갖게 된 것도 새로운 것을 시도하기 좋아하는 부모님 덕분이지요. 그러다보니 자연스럽게 저 역시 호기심이 많아지고 승부욕도 커진 듯해요. 요즘 유행하는 1일 1깡이란 밈처럼 일단 무엇이든 해보고 끝까지 가봐야 직성이 풀리곤 했습니다. 공부도 마찬가지였지요.”? ? ? ??초등학생 때 접하게 된 과학 잡지와 SF소설 탐독은 고등학생 때까지 계속됐습니다. 매월 집으로 날아오는 신간으로는 성이 안 차 도서관에서 오래된 책들을 빌려다 쉬는 시간마다 읽곤 했지요. 그중 특히 흥미를 자극했던 건 바이러스, 박테리아 같은 미생물의 세계였습니다. 자연스럽게 생명과학을 전공으로 선택한 그는 특유의 끈질긴 승부 근성으로 고되고 지루한 대학원 생활까지 이겨내고 마침내 박사모를 쓰게 됩니다.화학연의 '큰 연구'미생물학과 구조생물학, 분자생물학 분야의 전문가가 된 송 박사는 미국으로 건너가 연구원 생활을 하던 중 화학연의 채용 공고를 접하게 됐습니다. 화학연이 왜 미생물 연구자를 원할까 궁금하던 중에 인류에게 큰 위협이 되고 있는 고위험 바이러스와 슈퍼박테리아에 대해서도 혁신적인 연구가 진행되고 있다는 것을 알게 되면서 지원하게 되었습니다.?영국 정부와 세계적인 감염병 연구소 웰컴트러스트생어가 2016년 발표한 보고서에서는 2050년경 기존 항생제에 내성이 생긴 슈퍼박테리아로 인해 전 세계 사망자가 1천만 명에 이를 것이라 예측하고 있습니다. 하지만 이런 경고에도 불구하고 상대적으로 시장성이 확실하지 않은 슈퍼박테리아 치료제 개발은 민간 제약사들에게 후순위일 수밖에 없습니다. 따라서 국민과 인류 건강의 잠재적 위협에 대처하기 위해서는 공공 연구기관의 선도적인 연구가 중요할 수밖에 없습니다.?“슈퍼박테리아를 연구하는 제게 화학연은 ‘큰 연구’를 할 수 있는 최상의 일터입니다. 프로젝트의 규모와 지속가능성이 학교에서 접했던 과제들보다 훨씬 크지요. 저와 함께 공부했던 동료들이 더 부러워하는 건 세계적인 수준의 화학자들과 연구할 수 있다는 것입니다. 미생물 전문가가 슈퍼박테리아의 내성 기전과 타깃 단백질의 구조를 밝히고 이를 바탕으로 화학자가 실제 치료제 물질을 합성하는 환상적인 융합연구가 가능하니까요.”?행복=자기주도성화학연 유일의 박테리아 전문가인 송새미 박사는 “현재 항생제 분야에서는 30년 이상 새로운 신약이 안 나오고 있다”면서 “화학연이 그 기록을 깰 때 제 이름도 당당히 함께 올리는 게 연구자로서의 가장 큰 목표”라고 힘주어 말합니다. 그는 미래의 꿈을 이루기 위해서는 개인적인 삶의 균형 역시 잘 가꿔야 한다고 말하는데요.?“과학은 새로운 것을 좋아하는 사람, 누구도 몰랐던 것을 내가 한번 밝혀내고 싶다는 욕심이 큰 사람에게 정말 매력적인 학문이에요. 하지만 호기심 이상으로 필요한 적성이 또 있습니다. 매일매일 똑같은 실험, 무료한 일상, 그럼에도 원하는 결과는 잘 나오지 않는 실패의 연속을 견뎌내는 힘을 길러야 해요.”?송새미 박사는 그 힘이 꾸준한 ‘멘탈 관리’에서 비롯된다고 믿고 있습니다. 그는 “바깥에서 힘을 얻는 저의 경우라면 신나는 뮤직 페스티벌이나 활동적인 스포츠로, 내부에서 힘을 충전하는 이라면 조용한 휴식으로 각자만의 적절한 스트레스 해소법이 필요하다”고 강조합니다. 이는 곧 ‘자신을 잃지 않는 것’과도 동의어라는 게 송 박사의 부연설명인데요. 자기주도적인 목표와 노력으로 일과 삶 모두에서 성공을 거머쥐고자 하는 그의 당당한 욕심이 화학연 연구자를 꿈꾸는 후배들에게 더 큰 에너지와 영감의 샘이 되기를 기대합니다.

  • 등록일2021-02-25
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