기술동향
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진주모층 모방 격막 개발로 리튬전지 내충격 성능 향상

중국과기대 야오훙빈(姚宏斌)/니융(倪勇)/위수훙(俞書宏) 연구팀은 생체공학 원리를 이용하여 진주모층 모방 격막을 제조하여 리튬전지를 효과적으로 보호함과 아울러 안전위험을 감소시켰다. 해당 성과는 "Advanced Materials"에 온라인으로 게재됐다. 다공성 폴리올레핀은 우수한 전기화학적 안정성을 보유하고 있기에 리튬이온전지 격막에 광범위하게 이용된다. 배터리의 양극과 음극 사이 단락을 방지하는 절연층인 폴리올레핀 내부의 다공성 구조는 배터리 충방전 과정에서 리튬이온 통과에 유리하지만 기계적 성능이 차하다. 특히 격막이 외부의 국부적인 충격을 받을 경우 그 내부 공극 구조가 변형되어 균열 및 부분 공극의 폐쇄를 초래하기에 리튬전지의 성능 및 안전성에 영향을 미친다. 현재 세라믹 나노입자 코팅층으로 폴리올레핀 격막의 열안정성 및 전해액에 대한 침윤성을 향상시키고 있지만 나노입자 코팅층은 국부적인 외력 충격 작용에 효과적으로 견디기 어렵기에 충방전 과정에서 배터리 내부에 필연적으로 불균일한 리튬이온 유동이 발생하여 전극의 아래위 부분에 불균일한 리튬 침적을 유발하며 심지어 리튬 덴드라이트(Dendrite) 생성을 초래한다. 상기 문제점을 해결하기 위해 연구팀은 폴리올레핀 격막 표면에 진주층 모방 규치적 구조를 구축했다. 진주모 모방 코팅층은 층간 슬립 작용을 통해 힘을 받는 면적을 확장시킴으로써 격막 내부 공극 구조를 효과적으로 보호하여 배터리 내부의 균일한 리튬이온 유동을 유지한다. 상업용 세라믹 격막을 사용한 소프트 패킹 배터리(Soft-packing battery)에 비하여 진주층 모방 격막을 이용한 소프트 패킹 배터리는 충격을 받을 경우 작은 개로 전압 변화, 양호한 순환 안전성 및 고안전성을 나타낸다. 두 가지 격막으로 조립한 소프트 패킹 배터리에 대한 충격시험을 수행한 결과, 진주모층 모방 격막은 양호한 배터리 보호 작용을 보유하고 있을 뿐만 아니라 많은 안전위험을 효과적으로 감소시킬 수 있다. 동 연구는 진주층 모방 인성(Toughness) 증가 격막을 제조하는 방법을 제안함과 아울러 이론적 시뮬레이션 및 실험 테스트를 통해 해당 격막이 리튬전지의 내충격 성능을 향상시킬 수 있음을 입증함으로써 리튬전지의 안전성 향상에 새 경로를 개척했다.

북두항법위성에 독자 개발한 최초의 칩 적용

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허씬씽퉁(和芯星通)공사, 다양한 모델의 항법위성용 OEM 보드와 모듈 개발성공 지난 4월 10일 중국이 8번째 북두(北斗)항법위성을 쏘아 올림으로써 독자적으로 연구개발한 북두위성항법시스템의 자체 포지셔닝능력을 지니게 되었고 북두위성 산업화도 안정적으로 추진하게 되었다. 북두위성항법시스템 구축과정에서 중국 ‘칩’은 핵심역할을 발휘했다. 북두항법위성용 칩 전문개발업체인 허씬씽퉁과기(베이징)유한공사는 자체 지재권을 보유한 '성운 (Nebulas)' 칩을 개발하고 국내외 기술공백을 메웠으며, 중국내의 고정밀 측정, 항법, 타이밍 분야에서 핵심부품을 장기간 수입에 의뢰하던 국면을 타개했다. 순쟈둥(孫家棟) 원사는 지난해 9월 북두항법위성 10년 성과전시회 및 산업화 발전 세미나에서 '성운'칩을 높게 평가했다. ○ OEM 보드와 모듈 개발성공 위성항법시스템은 중요한 우주 기반시설이다. 혁신형 국가 발전전략을 실현하기 위해 자체 지재권 보유 위성항법시스템을 구축하는 것은 중국에서 필연적인 선택이다. 위성항법시스템은 3대 부분으로 구성되었다. 즉 성좌, 관측소, 사용자 장비이다. 그 중 사용자 장비는 위성항법수신기로서 원초적인 표현방식은 수신기의 OEM 보드 또는 모듈이며, 칩은 OEM 보드 또는 모듈의 핵심이다. 따라서 칩은 위성항법응용산업의 핵심기반이다. 중국의 위성항법산업은 발전이 빠르나 여전히 성장기에 놓여있다. 핵심칩 및 OEM보드와 같은 고부가가치 제품은 자체 기술이 부족하여 북두항법응용 산업화가 큰 난항을 겪고 있다. 고정밀도와 항법은 북두위성항법산업 응용에서 두 가지 핵심시장이다. 허씬씽퉁공사는 '성운'칩을 계기로 항법, 타임시장을 위한 모듈 UM220과 UM330, 고정밀도시장을 위한 OEM보드 UB240-CORS와 UB241을 개발하고 교통, 어업, 지도제작에 시범적으로 응용하기 시작하여 무한대학을 비롯한 사용자들의 호평을 받았다. 그 중 UB241은 세계 최초로 북두 2세대를 지원하는 다중시스템, 다중주파수, 고정밀도 OEM보드다. 이 보드는 '성운'칩을 적용하고 저출력 설계방식으로 밀리미터 수준의 반송파 위상 관측값과 센티미터 수준의 RTK 위치결정 정밀도를 제공하며, 칩 레벨의 다중경로 억제를 지원한다. 앞선기술인 순간 RTK와 장거리 RTK 기술은 특히 고정밀 측정 및 위치결정 응용에 적합하다. 따라서 앞으로 RTK 기술은 고정밀 측정, 변형 모니터링, 기상관측, 정밀농업, 항구기계, 상시관측소(CORS) 사용자 단말기의 핵심부품이 될 것으로 보인다. UB240-CORS은 상시관측소와 후처리응용에 대응해 출시한 북두/GPS 더블시스템 쿼드밴드 고정밀도의 OEM보드로서 대학과 연구소의 고정밀도 응용 및 연산 연구에 더욱 적합하다. 모듈분야에서 허씬씽퉁공사의 UM330은 북두(BD1/BD2) 전반과 GPS를 지원하는 세계 최초의 항법형 모듈이다. '성운'칩을 기반으로 40mm×30mm×4mm의 작은 규격에서 BD1베이스밴드와 BD2/GPS베이스밴드 및 무선주파수를 적용하고 집적도를 높이고 전력소모를 줄였다. 따라서 북두와 호환이 가능한 차량 내비게이션, 모니터링, 통신, 전력 타이밍, 기상관측, 해양어업 등에 널리 응용될 수 있다. 허씬씽퉁공사 제품의 광범위한 응용은 후속 북두항법시스템의 산업화 보급 및 산업응용을 위한 탄탄한 기반을 마련했다. ○ 허씬씽퉁공사 설립 2009년 초 미국 SIRF사의 부총재로 지내던 한소우웨이(韓紹偉)는 중국 북두위성항법시스템이 발전전망이 밝다는 것을 지켜보고 20년간 항법기술 연구개발과 산업화 경험을 바탕으로 일부 전문인력과 함께 귀국하여 중국의 북두사업에 헌신했다. 귀국 후 한소우웨이는 중국 최초의 항법분야 상장기업인 북두씽퉁(北斗星通)과 공동으로 허씬씽퉁과기(베이징)유한공사를 설립하고, 북두항법시스템을 지원하며 다중시스템과의 호환이 가능한 위성항법 칩 및 기타 관련 보드와 모듈을 개발할 포석을 다졌다. 허씬씽퉁공사는 위성항법시스템의 핵심기술 개발에 역점을 두어 우주 IT산업의 핵심칩과 OEM보드 제품을 개발하고 해외 독과점구도를 타개했으며, 북두항법의 산업화를 가속화했다. 한편 모바일인터넷과의 결합을 통해 국가안보 수요를 충족시켜주는 사물인터넷과 ‘스마트중국’ 건설을 위해 공헌하기도 했다. 허씬씽퉁공사의 100명에 가까운 연구개발인력 가운데 70% 이상은 국내외 유명 대학과 연구소의 박사/석사 학위를 취득했다. 그 중 대부분은 풍부한 해외 동종업계 사업경험을 지니고 있다. 향후 5년 사이에 북두항법시스템은 개선단계에 진입하며, 그 응용범위를 더욱 넓힐 것이다. 교통, 공안, 기상을 비롯한 많은 정부부처와 대기업들이 북두항법시스템을 대규모로 활용할 것으로 기대된다. 국가중대전문프로젝트도 북두항법시스템을 위해 지속적으로 투자할 계획이며, 산업사슬은 시장이 성숙되면서 개선될 것으로 예상된다.

중국 최대의 무인헬기 V750 처녀비행에 성공

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중국 최대의 무인헬기 V750이 지난 5월 7일 산둥성 워이팡(潍坊)에서 처녀비행에 성공하여 중국에 중형 무인헬기가 없던 상황을 변화시켰다. V750은 B2B 2인승 비행기를 개조해 만들어졌으며, 인공 원격조종이 가능하고, 프로그램제어 자체 비행도 가능하다. 이 두 가지 모델은 비행과정에서 전환이 가능하다. V750은 워이팡텐샹공사, 칭다오하이리(青岛海利)헬기제조유한공사가 중항(中航)기술수출입유한책임공사, 중항공업시안비행자동제어연구소, 중국전자과기그룹 제10연구소와 공동으로 개발하였으며, 현재 생산능력은 연간 150대다. V750은 다목적 무인헬기로서 간이공항, 야외장소, 선박갑판에서 이착륙이 가능하며 다양한 설비를 휴대할 수 있다. 헬기는 특정 지상 및 해역의 고정목표와 활동목표에 대응하여 24시간 전천후의 항공촬영, 정찰, 감시, 지상 파손효과 평가를 진행할 수 있다. 또 산불감시, 고압 전력선 검사, 해안 선박 감시제어, 해상 및 산간지역 수색구조 임무를 수행할 수 있다. 전문가는 V750이 현재 처녀비행에 성공했지만 향후 과학연구 비행시험 단계에 진입하여 항로 절차에 따라 비행을 수행해야 시험비행에 성공했다고 할 수 있다고 지적했다. ○ 무인헬기V750 규격 - 이륙중량: 757kg - 탑재중량 80kg 이상 - 최고시속: 161km - 최대항속거리 500km - 최대 체공시간: 4시간 이상 - 제어 반경: 150km 이상 - 실용 상승고도: 3,000m

자오선공정 최초의 우주관측로켓 하이난성에서 발사에 성공

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쿤펑(鲲鹏)1호 라디오존데, 고도 196.6km 우주공간의 유효 과학데이터 측정 5월 8일 중국 ‘자오선공정’ 최초의 우주관측 로켓이 하이난성에서 발사에 성공했다. 항천과기집단공사 제4연구원 41연구소가 제작한 텐잉(天鹰) 3C 우주관측 운반로켓은 쿤펑(鲲鹏)1호 라디오존데를 싣고 고도 196.6km 우주공간의 유효 과학데이터를 측정했다. 이 시험의 성공은 중국이 독자적으로 우주환경을 모니터링하고 우주공간활동의 안전을 보장하는 데에서 중요한 역할을 발휘할 전망이다. 전날 7일 7시, 텐잉3C는 쿤펑1호 라디오존데를 휴대하고 하이난우주관측부로켓발사장에서 발사되었다. 43초가 지나자 로켓은 고도 60km까지 상승하고 초당 2회전까지로 안전속도를 유지했으며, 헤드는 동체와 분리하고, 전기장 측정기기는 확장로드를 전개했다. 46초가 지나 로켓은 65km까지 상승하고, 랭뮤어(Langmuir) 탐침은 확장로드 잠금을 해제하고 전개했으며, 215초 후 196km 궤도 정상에 도달했다. 420초 후에는 대기층에 재차 진입하고 비행시험을 끝마쳤다. 시험의 전반 과정을 고성능 GPS로 측정하고, 자세측정기기로 3축 자세 파마미터를 획득했다. 로켓의 최대 비행고도는 196.6km다. 이번에 휴대한 쿤펑1호 라디오존데는 양팔 탐침식 전기장 측정기기, 대기의 미량 성분 탐측기기, 랭뮤어 탐침 등 3개 과학탐사 레이로드, 그리고 로켓탑재 공용장비, 로켓발사시스템, 자세측정기기, 고성능 GPS 수신기 등 설비가 포함된다. 그 중 양팔 탐침식 전기장 측정기기와 중국, 오스트리아, 이탈리아가 공동으로 개발한 랭뮤어 탐침은 중국 우주탐사활동에서 최초로 응용되었다. 국가중대기초과학공정인 ‘동반구 우주환경 지상종합모니터링 자오선 체인(자오선공정)’의 중요한 구성부분인 ‘우주관측로켓 및 기상로켓 연구개발’ 임무는 항천과기집단공사 제4연구원이 2009년 7월에 맡았다. 이에 앞서 지난해 6월 3일 최초의 기상로켓이 중국의 첫 GPS라디오존데를 탑재하고 발사에 성공한 바 있다. 이번 우주관측로켓의 상승고도는 기존의 20-60km에서 190km로 높아졌고, 모니터링 범위는 대기층에서 전리층으로 확대되었다. 제4연구원 41연구소의 텐잉계열 로켓은 그동안의 성능개선을 통해 운반탑재플랫폼을 구축하고, 다양한 페이로드를 탑재해 많은 탐사임무를 수행했다. 이 로켓은 우주 대기의 물리적 탐사, 마이크로중력 과학실험, 통신 릴레이, 전자 교란, 정찰 평가 등에 활용될 수 있다. <자오선공정> 자오선공정은 중국이 '11.5'(2006-2010년) 중기부터 투자 건설하는 지속 운행이 가능하고 지역을 뛰어넘는 종합성 대형 우주환경 관측망이다. 공정은 지자기(전기), 라디오, 광학, 우주관측로켓을 종합적으로 활용하여 지구표면 20킬로미터에서 수백 킬로미터 사이의 중고층 대기, 전리층, 자기권, 그리고 십여개 지구반경 이외의 행성간 우주환경 계수를 지속적으로 모니터링하여 중국 우주과학기술의 혁신능력 증강과 우주활동 안전보장에 기여한다. 현재까지 자오선공정은 동경 120도, 북위 30도선에 15개 지상 우주환경관측소를 구축했다. 그 중 하이난성 단저우(儋州)의 하이난우주관측부가 기능이 가장 완전하다. 하이난우주관측부의 우주관측로켓발사기지를 이용해 기상관측과 전리층관측 로켓을 발사하는 것은 자오선공정 우주환경 모니터링시스템의 중요한 임무이다.

우주 GPS라디오존데 국제수주 증가세

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인도로부터 최초의 국제수주를 받았고, 멕시코 및 아프리카 3개 국가의 입찰이 진행 중, 국제 TIP 대기업과 협력협정 체결, 한국의 한 업체와도 협력사무 협상 매일 저녁 7시 30분 중국 CCTV 뉴스연합보도가 끝난 후의 일기예보는 기상위성이 보내준 위성 구름사진을 활용한다. 비행기로 여행하려면 공항 주변의 윈드프로파일러 레이더가 제공하는 정확한 기상정보가 있어야 한다. 태풍을 관측하거나 날씨에 인공적인 영향을 주려면 ‘우주기상패밀리’의 신멤버 GPS라디오존데가 유용하다… GPS라디오존데시스템은 최근 신속히 발전한 고층관측기술이다. 2010년 광둥성 양쟝(陽江)시에서 열린 ‘제8기 국제 라디오존데시스템 비교대조’에서 중국항천과공집단공사 제2연구원 23연구소의 GPS라디오존데가 중국을 대표해 출전, 고층바람관측에서 우수한 성능을 과시하고 일거에 세계 5위, 아시아 1위를 기록했다. GPS라디오존데가 등장하기 전에 중국에서는 레이더 풍력측정기술 시스템으로 고층종합관측을 진행했다. 대량으로 사용된 고층바람측정시스템에는 라디오경위의와 1차, 2차 레이더가 있다. 지상에서 레이더추적을 더 이상 필요로 하지 않게 되면서 GPS라디오존데 지상시스템은 투자가 적고 측량 정밀도와 자동화 수준이 높고 사용하기 쉬운 우위로 고층종합관측의 ‘신병’으로 부상했다. GPS라디오존데가 고층관측의 새로운 지평을 열면서 중국은 기상대국에서 기상강국으로 부상하고 있다. ○ 개발과정 고층기상관측, 특히 온도측정의 경우 태양은 방대한 교란자다. 태양복사로 GPS라디오존데의 온도센서 표면온도가 높아져 라디오존데의 온도 진단에 오차가 나타나는데, 이러한 오차는 최대 섭씨 수십도 수준으로 올라갈 수 있다. 따라서 GPS라디오존데의 온도측정 정확도와 반복적인 측량의 일치성을 확보하려면 센서 표면에서 방사선 차단처리를 해야 한다. 이를 위해 23연구소 계열사 베이징창펑(長峰)음향표면웨이브공사베이징창펑공사는 서로 다른 코팅재료에 대한 대량 실험을 하고, 결국 우주 미세가공 생산라인과 결합하는데 성공하였다. 우주 미세가공기술은 원래 위성이나 미사일과 같은 군수제품의 주파수 가공에 활용되었으나 현재는 GPS라디오존데와 같은 민수품의 주요가공방법이다. 베이징창펑공사의 연구진은 비에 견디고 에너지소비를 낮추며 부피와 중량을 줄이는 GPS라디오존데 실험을 5년간 수백 번 수행하고 무수한 실패를 거듭해왔다. 결국 GPS라디오존데 온도센서의 온도분해능을 0.1℃로 끌어올리고, 측량범위도 +50℃~-90℃로 넓혔다. 기압과 온도의 고층관측은 제네바 기술 브리핑에서 ‘5’점이라는 높은 점수를 받았다. ○ 국제시장 점유율 10% 달성목표 최근 베이징창펑공사는 인도로부터 최초의 국제수주를 받았으며, 현재는 멕시코 및 아프리카 3개 국가의 입찰이 진행 중이다. GPS라디오존데는 소비품으로서 중국에서 연간 5-8만 개를 소비한다. 중국 내 시장에 비해 해외시장은 더욱 방대하다. 주요 고층기상관측업무 시스템으로서의 GPS라디오존데시스템은 갈수록 많은 국가에 의해 사용되고 있다. 현재 세계 과반수의 고층기상관측소는 GPS기술체제를 적용해 종합고층관측을 진행하기 때문에 시장수요량이 상당히 많다. 전 세계적으로 민간 기상부문만으로도 연간 120만 개의 GPS라디오존데 수요량이 있다. 세계기상기구(WMO)는 각국이 GPS라디오존데시스템을 활용할 것을 주장한다. 이에 따라 앞으로 레이더 유도를 적용한 고층관측기술은 세계 기상데이터 공유에 참여할 수 없을 것으로 예상된다. 최근 베이징창펑공사는 국제 TIP 대기업과 협력협정을 체결하고 자체 제품, 기술 우위 및 상대측의 글로벌 마케팅 네트워크 우위를 충분히 활용하여 공동으로 GPS라디오존데 국제시장을 개척하기로 합의했다. 대량 수주에 대응하고자 베이징창펑공사는 생산능력 제고에 주력하고 있다. 실제상 ‘제8기 국제 라디오존데시스템 비교대조’ 결과가 발표된 후 많은 해외 제조업체들이 23연구소의 GPS라디오존데에 주목하였다. 최근 한국의 한 업체는 현지 기상국의 추천으로 협력사무와 관련해 협상하러 연구소를 찾은 적이 있다. 베이징창펑공사는 향후 5년간 국제시장 점유율을 10%로 끌어올릴 목표를 세워놓고 있다. ○ ‘북두(北斗)라디오존데시스템’ 구축 비전 23연구소의 GPS라디오존데가 급성장단계에 놓여있다. 그러나 북두위성항법시스템의 라디오존데야말로 국산 라디오존데 발전의 미래라고 천샤오양(陈晓阳) 베이징창펑공사의 대표이사가 밝혔다. 올해 4월 10일 중국에서 8번째 북두항법위성이 서창위성발사센터에서 발사되었다. 이 위성이 궤도진입에 성공하여 북두 지역 위성항법시스템은 ‘3+3’구조를 형성하고, 시스템 전반의 지속적인 내비게이션 서비스를 제공할 수 있게 되었다. 사용자시스템과 지상응용단말기 역시 기본적인 응용여건을 갖추었다. 북두 지역 항법시스템이 중국의 대부분 지역에서 최초의 서비스를 제공할 여건을 갖추었다는 의미다. 북두위성항법위성이 네트워크를 구성함에 따라 서비스 영역이 더욱 확대될 것이고, 북두위성항법시스템 기반의 라디오존데시스템이 적용될 날도 멀지 않다. 이에 따라 기상산업을 포함한 북두항법 산업사슬이 중대한 변혁을 가져올 것으로 전망된다. 베이징창펑공사는 북두위성항법시스템 기반의 라디오존데 연구개발에 착수했다. 연구자는 원리적인 시제품 개발에 성공했으며, 지상테스트를 통과한 실정이다. 앞으로 북두위성항법시스템 기반의 라디오존데, 북두/GPS 멀티모드 칩 라디오존데가 중국에서 보급될 수 있을 것으로 기대된다.

고성능 열전재료 체계 설계 및 합성 연구성과

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열전변환기술은 반도체재료의 열전(Seebeck)효과와 펠티에(Peltier)효과를 이용해 열에너지와 전기에너지와의 직접적인 상호 전환을 실현한 것으로, 공업여열과 자동차 배기가스 폐열 발전 등 분야에서 광범위하게 응용되는 기술이다. 열전변환기술의 에너지전환효율은 주로 재료 고유의 물리적 특성에 의해 결정되는데, 일반적으로 무차원 종합지수(ZT)로 가늠한다. 구체적으로 재료의 Seebeck계수, 전기전도율, 열전도율과 절대온도 등 요소에 의해 결정된다. 전통 고성능 열전에너지전환재료는 고체 결정화합물로서 연구자는 결정체중 우수한 전기전송성능을 유지하는 한편 다차원구조의 조절제어 등 수단으로 결정격자의 열전도율을 낮추는 방법으로 높은 열전기성능을 획득한다. 최근에는 skutterudite와 clathrate를 대표로 하는 케이지모양 화합물의 열전기성능 최적화 및 나노구조를 통한 결정격자의 열전도율 감소와 열전기성능 제고 연구에서 획기적인 성과를 올렸는데 열전기 최적수치는 1.5이상이다. 하지만 결정화합물중 격자 열전도율의 감소가 구조의 장범위배열(Long Range Ordering)의 제약을 받아 최저극한(최소 결정격자 열전도율)과 완전히 무질서한 유리상태와 비슷한 수준에 처하게 되면서 열전기성능의 최적화 공간을 제한하고 있다. 최근 중국과학원 상해규산염연구소의 스쉰(史迅)연구원, 천리둥(陳立東)연구원, 장원칭(張文淸)연구원, 쉬팡팡(許鈁鈁)연구원과 미국캘리포니아이공대의 G. Jeffrey Snyder박사, 미국 브룩헤이븐(Brookhaven) 국립연구소의 Qiang Li교수, 미시간대학 Ctirad Uher교수와 공동으로 고체재료에 ‘액체’특징을 지닌 이온을 도입하여 열전도율을 낮추고 열전기성능을 최적화하는 방법으로 결정격자 열전도율의 고체 유리거나 결정재료에서의 한계를 극복하였다. 연구팀은 ‘포논액체-전자결정체’특징을 지닌 전통 결정 열전화합물과는 완전히 다른 신규 열전기재료체계를 발견하였고 열전기재료의 설계이념을 확장하였다. 연구결과, 고온 안티형석구조의 반도체 셀렌화 dione (Cu2-xSe)화합물가운데 Se원자는 상대적으로 안정된 FCC 부격자(sub-lattice)구조를 형성할 수 있으며 Cu이온은 무작위로 Se 부격자 네트워크의 틈새위치에 분포되어 자유로이 이동한다. Se 부격자는 양호한 전기전송 통로를 제공하였고 ‘액체’특징을 지닌 자유로이 이동하는 Cu이온은 강열한 확산 결정격자 포논으로 포논의 평균 자유노정을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 일부 결정격자의 진동파 모델을 감쇠하였기에 재료의 격자 열용량을 줄였고 결정재료와 유리재료의 포논 열진동과 수송 제한을 극복하였다. 연구가운데 Cu2-xSe는 양호한 열전기성능을 나타내었고 성능 최적치 ZT는 1.5이상이었으며, 현재 발견한 고성능 결정 열전재료와 같은 수준이며, 또한 도핑최적화 등 수단을 통해 한층 더 높일 수 있다. 연구과정에서 제출한 ‘포논액체’개념은 많은 Cu와 Ag이온 등을 포함한 반도체 재료에서 발견한 전열수송행위 및 법칙을 해석 가능하고, ‘포논액체-전자결정’특징을 지닌 열전신소재체계를 도출할 가망성이 있으며, 신규 열전화합물의 모색 및 전통 열전재료성능의 최적화를 위해 새로운 방향과 경로를 제시하였다. 연구성과는 「Nature Materials」지에 발표되었고, 중국발명특허를 출원하였다. 논문 심사자는 “이 논문이 기존의 포논유리-전자결정’개념을 ‘포논액체-전자결정’까지 확장하여 열전재료의 연구방향을 위해 새로운 가능성을 제공하였고, 간단한 화학식, 결정셀과 경원소로 구성된 재료로 높은 열전성능을 실현함으로써 열전재료에 대한 전통적인 관념을 바꾸어 놓았다. 또한 Cu2-xSe 신규 체계에서 보도한 고성능은 매우 흥미로운데 연구자들에게 전통열전재료보다 훨씬 우수한 성능의 신소재를 구상하도록 유도하였다는 점과 이러한 신소재의 발견이 해당연구 분야의 발전을 유력하게 추진할 것이다”고 높이 평가하였다.

심부탐사 핵심계측기 개발의 획기적 진전

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2월 15일 베이징에서 열린 ‘심부탐사기술과 실험연구 전문프로젝트’ 2011년도 성과보고 교류회에 의하면, 중국의 심부탐사 핵심계측기장비 자체 연구개발에서 획기적인 성과를 거두었다. 전문프로젝트 수석과학자 둥수원(董树文) 중국지질과학원 부원장의 소개에 의하면, 중국이 자체적으로 개발한 지진탐사시스템과 전자기탐사시스템은 핵심기술에서 획기적인 성과를 거두었다. 또한 자기 코어 재료와 저주파수의 미약한 신호 검사측정 등 자기센서의 핵심기술을 장악했으며, 유도성 광대역 자기센서 시제품을 개발했다. 성능지표는 해외 동종제품에 해당된다. 과제팀이 독자적으로 개발한 무인기 공중자기 탐사시스템은 저자성 무인기 제작, 고신뢰성 자동운전 네비게이터 연구개발, 헬륨광학 펌프(Helium optically-pumped) 항공자력계와 초전도 항공자력계에 적용되는 데이터 전처리시스템 개발에서 모두 단계적인 성과를 거두었다. 과제팀이 기업과 공동으로 연구개발 및 생산한 중국의 첫 1만m급 대륙과학시추기는 선진국 수준이다. 2월 말 이 시추기는 다칭(大庆)유전에 운반될 예정이며, 국제대륙과학시추프로그램(ICDP)과 함께 중국 지질조사국과 국가 심부탐사기술 및 실험연구 전문프로젝트가 공동 지원하는 숭랴오(松辽)분지의 과학시추 2호갱에 투입되어 깊이 6,600m의 시추작업을 진행할 계획이다. 전문프로젝트는 심부탐사 핵심계측기장비의 자체 연구개발에 3억 위안을 투입하고, 예정된 기일 안에 해외가 장기간 첨단장비를 독점하던 구도를 타개했다. 취지는 후속 국가지각탐사공정의 입안 신청과 본격 실시를 지원하는 것이다.

중국과학자 무기 다층셀 공심구 제작 최신성과

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다층셀(Multi-shell) 공심구(Hollow ball)는 매우 큰 내부공간 및 두께가 나노스케일 수준의 셀 구조를 하고 있어 광전부품, 촉매, 화학센서, 약물수송, 에너지전환 및 열저축시스템 등에서 응용전망이 밝다. 국가자연과학기금, 북경시자연과학기금과 중점실험실기금 등의 지원을 받아 중국과학원 과정공정연구소의 왕단(王丹)연구원이 주도하는 과제팀은 기존의 성과를 토대로(Angew. Chem. Int. Ed., 2011, 50, 2738-2741;중국발명특허: 다층셀 금속산화물 공심구 및 제조방법, 201010544562.4) ‘시공간 멀티척도 모듈법’을 발전시켰고 금속이온이 흡착된 탄소구체로 열처리방식과 전구체 용액농도을 조절제어하는 방법으로 ZnO 다층셀 공심구 셀 층수와 셀 간격을 조절하였다. 연구결과 이러한 재료로 제작한 염료감응형 태양전지의 광전기전환효율은 공심구 셀 층수를 늘일수록 높아졌고 셀간격과도 밀접히 연계되어 있는 것으로 나타났다. 바깥층이 서로 인접되어 있는 다층셀 공심구로 제작한 태양전지는 셀이 무작위로 분포되어 있는 다층셀 공심구로 만든 태양전지에 비해 광전기전환효율이 더욱 높다. 이는 바깥층에 인접된 다층셀 공심구의 표면적이 더욱 크기에 더욱 많은 염료분자를 흡착할 수 있으며 재료의 광분산 능력을 강화할 수 있어 빛의 재료내부에서의 경로를 증가시키기에 염료분자의 광흡수 확률도 상응하게 높이는 효과를 나타낸다. 이 성과는 고효율 염료감응형 태양전지 광전극재료의 설계와 개발을 위해 새로운 경로를 개척하였다. 관련 연구결과는 국제유명 학술지「Advanced Materials」(Advanced Materials, 2012, DOI: 10.1002/adma.201104626)에 발표되었다. 과제팀이 다층셀 공심구 분야에서 올린 획기적인 연구성과가 인정받아 왕단연구원은 Energy & Environmental Science저널의 초청을 받아 Future Article (2012, 5(2), 5604-5618)을 발표하였다. 나노미세구조 다층셀 공심구의 하드 템플릿법(hard template synthesis method), 소프트 템플릿법(soft template synthesis method), template-free method을 포함한 3종 제조방법 및 공심구조재료의 염료감응형 태양전지, 연료전지, 리튬이온전지와 수퍼 콘덴서 영역의 응용경험을 총화하고 하드템플릿법 원스톱 다층셀 공심구를 제작하는 3가지 가능한 경로를 창의적으로 고안해냈다. 이 논문은 2011년 11월과 12월 연속 2개월 Top Ten most-read EES articles에 올랐다.

영하 40도의 남극에서 로봇주행 시험 수행

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중국의 28번째 남극조사단은 2개월 동안의 반복적인 시험을 거쳐 대륙빙하 주행 로봇 시험을 수행했다. 이는 중국이 남극 빙하에서 최초로 수행한 로봇의 30km 자주 주행 시험이다. 그림은 이번 남극 빙하를 회유 이동하는 로봇의 현장시험을 책임진 중국과학원 선양자동화연구소의 부춘광(卜春光) 부연구원과 천청(陈成) 박사가 남극 빙하 주변의 시험현장에서 빙하 로봇 시험을 진행하는 장면이다. 로봇은 크롤러식 지프차와 비슷하며, 무게는 0.5톤이다. 삼각형의 무한궤도식 모바일 시스템, 자주 조종시스템, 원격통신 워크스테이션, 하중 시스템 등 시스템으로 구성되었으며, 영하 40도의 극지 저온에서 정상작업이 가능하다.