기술동향
/작성자:

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.

12.5 동안 ‘핵심 전자소자, 하이엔드 범용칩 및 기본소프트웨어제품’프로젝트를 통해 핵심기술 개발

/
중국 공업과 신식화부에 의하면, ‘12.5동안’ 중국은 ‘핵심 전자소자, 하이엔드 범용칩 및 기본소프트웨어제품(核高基)’ 중대 프로젝트를 통해 하이엔드 범용칩과 기본소프트웨어제품의 결합을 더욱 촉진할 예정이다. 웹화 계기를 활용하여 중요 애플리케이션을 착수점으로, 핵심기술개발`산업화실현을 주요 임무로, 시정점유율 향상을 목표로 하여 통일적으로 계획하고 전반적으로 추진한다. 기업 참여를 강화하고 산업 핵심경쟁력 제고를 추진한다. 프로젝트 부총엔지니어, 청화대학교 웨이사오쥔(魏少军)교수에 의하면, ‘12.5’동안 중국은 이 프로젝트를 통해 기업이 주체로 하는 기술혁신체계 발전을 더욱 추진하고 ‘국가의 목표, 시장의 요구, 기업의 제안, 전문가의 총괄, 기관의 결책, 기업의 실시’방안을 실시하며 시장의 역할을 확대시킬 계획이다. ‘12.5’ 동안 전문프로젝트를 실시하는 기술관리를 탐색하고 각각 다른 기술단계의 프로젝트에 대해 차별화된 지원과 관리모델을 마련할 예정이다. 전문 프로젝트를 기반으로 하여 ‘12.5’말기까지 중국 집적회로디자인산업이 세계에서 차지한 비중을 12~15%로 제고하고, 기본소프트웨어제품의 시장점유율을 더욱 높이며, 전자정보산업의 이윤율을 대폭 확대한다. 이로써 2020년 국제경쟁력을 갖춘 하이엔드 법용칩과 기본소프트웨어제품 R&D와 산업화체계를 구축하고 국제 집적회로와 소프트웨어산업체인에서 중요한 위상을 차지하는 기반을 마련한다.   ‘11.5’ 동안 ‘핵심 전자소자, 하이엔드 범용칩 및 기본소프트웨어제품’프로젝트를 통해 220건 과제를 안배하고, 전국 23개 성(省)과 시의 300여개 기업과 대학교, 3.7만 명 과학기술자는 프로젝트를 참여하였다. 2010년12월까지 전문프로젝트를 통해 2,247건 특허를 출원하였으며, 이중에 발명특허는 2,123건이었다. 220건 특허권을 획득하였으며, 이중에 발명특허는 220건이었다. 이 프로젝트는 중국 전자정보산업의 자체혁신능력과 국제경쟁력을 높이고 관련 산업의 신속발전을 촉진하였으며, 중국과 국제 선진수준의 격차를 줄이고 전자장비와 국방장비의 자주적, 통제적 발전을 보장하는 능력을 높였다. ‘12.5’ 동안 ‘핵심 전자소자, 하이엔드 범용칩 및 기본소프트웨어제품’프로젝트는 중요한 단계에 진입할 예상이다. 이 단계의 중점은 국제산업체인에 중요한 위상, 최고점과 주도권을 선점하는 것을 강조하고 중국 전자정보산업이 ‘방대(尨大)’에서 ‘강대(强大)’로의 전략적 전환을 지원하는 것이다.

360브라우저 ‘심리스 듀얼 코어’ 출시

/
국가 특허출원이 완료된 360브라우저 초고속 버전은 최근에 출시되었다. 처음으로 개발된 브라우저 ‘심리즈 듀얼 코어’기술로 인해 중국 브라우저 시장은 새로운 변화를 맞이하였다. 전통적 듀얼 코어 브라우저는 하나의 브라우저에 2개 브라우저엔진을 포함하는 것뿐이기 때문에 사용자가 브라우저모드를 전환할 때 2 브라우저엔진은 데이터를 교환할 수 없다. 온라인 쇼핑 과정에서 듀얼 코어 스위치가 발생하면 오더 등 데이터의 유실을 초래할 수 있어서 사용자는 온라인 구매와 결재의 프로세스를 완성할 수 없다. 실제 온라인쇼핑 과정에서 전통적 듀얼코어 브라우저는 결재를 완성하기 위해 호환성모델의 작동을 묵인하였으며, 이로써 듀얼코어의 속도장점을 살릴 수 없었다. 진정한 듀얼코어는 이 문제를 해결할 수 있다. 360브라우저 초고속버전은 심리스 스위칭의 듀얼코어 이념을 처음으로 활용하였다. 360브라우저 초고속버전 사용자는 온라인 쇼핑 등 실제과정에서 모든 프로세스를 초고속 모델로 열 수 있으며, 최종 결재페이지에만 호환성모드를 사용하면 된다. 이 과정에서 전송된 온라인 오더 등 데이터는 유시되지 않을 것임으로써 듀얼코어의 속도우위는 진정히 살릴 수 있다.   360브라우저 초고속버전은 Chromium를 기반으로 하고 코어엔진을 첨가하여 듀얼코어 간 기능과 데이터의 공유를 실현한다. 사용자는 Chromium코어를 사용한 초고속모드 처리 페이지를 묵인할 수 있고, 듀얼코어엔진의 자동 심리스 스위칭을 통해 국내 인터넷 애플리케이션(쇼핑, 인터넷뱅킹)을 거침없이 즐길 수 있다.

연말까지 중국 모든 슈퍼컴퓨터에 ‘Godson’ 사용

/
‘핵심 전자소자, 하이엔드 범용칩 및 기본소프트웨어제품(核高基)’ 중대 프로젝트에 따르면, 올 연말까지 중국 모든 국산 슈퍼컴퓨터에 ‘Godson(中国芯)’칩을 사용할 전망이다. Godson 수석디자이너 후웨이우(胡伟武)에 의하면, 중국과학원에 의해 제조되고 국산칩이 사용된 첫 슈퍼컴퓨터는 올 여름에 조립될 전망이다. 이 슈퍼컴퓨터에 사용될 ‘Godson 3호’ 고성능칩의 일부 지표는 외국보다 높다. 요컨대 서광(曙光) Petaflop 슈퍼컴퓨터에 인텔 CPU를 사용하면 약 2만개 칩이 필요하나 중국이 자체적으로 개발한 CPU를 1만개만 사용하면 된다. 현재 중국에 3개 기관이 슈퍼컴퓨터를 개발하고 있는데, 즉 중국과학원이 지원한 서광시리즈, 강남컴퓨팅기술연구소(江南计算所)의 ‘Shenwei(神威)’시리즈 및 국방과기대학교의 ‘은하(银河)’시리즈이다. 후웨이우는 ‘올 연말까지 3기관은 자체적으로 개발한 CPU를 각자 사용할 것이다. 이 전에 외국의 칩을 사용하거나 일부 국산CPU만 사용하였다’고 말하였다. 슈퍼컴퓨터는 복잡한 프로그램을 신속히 모의할 수 있음으로 유전자배열 발견, 핵 폭발실험, 석유탐사 등 다양한 분야에 활용될 수 있다. CPU는 컴퓨터의 핵심으로서 ‘컴퓨터의 심장’이라고 불린다. 슈퍼컴퓨터를 제조하는 데 가장 어려운 점은 ‘초고성능CPU’를 제조하는 것이었다. 후웨이우는 “CPU와 기본소프트웨어는 국가안보 및 산업발전과 관련된다. 이전에 중국 정보산업은 외국기술플랫폼을 기반으로 하였으며, 이는 국가의 공업발전은 외국의 철강과 석유에 의존해야 하는 것과 같다”며 “이에 중국은 자체의 ‘인텔’과 ‘마이크로소프트웨어’를 발전시키기 위해 ‘핵심 전자소자, 하이엔드 범용칩 및 기본소프트웨어제품(核高基)’프로젝트를 마련하였다”고 말하였다. 국방과학기술대학교와 톈진빈해신구는 ‘톈허(天河)1호’슈퍼컴퓨터시스템 2기 프로젝트를 공동 실시하였다. 1기와 비교하면 컴퓨팅속도가 대폭 늘은 것 뿐 아니고, ‘톈허’에는 국방과학기술대학교가 ‘핵심 전자소자, 하이엔드 범용칩 및 기본소프트웨어제품’프로젝트를 통해 개발한 2048개 ‘FT-1000(飞腾-1000)’CPU를 사용하였으로써 모든 슈퍼컴퓨터핵심부품의 국산화를 실현하였다.

차세대 광대역 무선이동통신 기술트렌드

/
중국은 '11.5'기간 가동한 16개 과기중대전문프로젝트의 하나인 '차세대 광대역 무선이동통신망'을 본격 추진하는 등 차세대 정보통신시장의 주도권을 확보하기 위해 총력을 기울이고 있다. 2G 핵심기술이 해외 것이라면 3G는 중국이 참가 자격을 가졌다고 할 수 있다. 왜냐하면 TD-SCDMA가 3G 이동통신 국제표준으로 채택되었기 때문이다. 그러나 단말기제품의 다양성이나 산업사슬 성숙도는 여전히 취약한 편이다. 최근에 중국이 주도하는 TD-LTE 보강형이 4G 양대 주류 국제표준 중 하나로 선정되었는데, 이는 중국이 참신한 4G에 세계 선두를 달릴 전망이라는 것을 뜻한다. '차세대 광대역 무선이동통신망' 프로젝트를 통해 핵심기술 연구개발력을 강화하고 차세대 광대역 이동통신망을 위주로 광대역 무선접속과 센서망 등을 유기적으로 결합해 유비쿼터스 네트워크를 구축한다는 목표를 제시하고 있다. 또한 이러한 목표를 달성하기 위해 정부는 정책과 자금 분야 지원을 아끼지 않고 있다. 쉬량(许倞) 과기부 중대전문프로젝트사무실 주임에 따르면 '차세대 광대역 무선이동통신망' 프로젝트 실시와 더불어 현재 중국은 TD-SCDMA분야에서 칩, 단말기, 시스템, 계량계측기 등을 포함하는 완비된 산업사슬을 갖추었으며 TD-LTE 국제화 및 산업화도 빠르게 추진되고 있는 것으로 나타났다. 중국이 독자적으로 개발한 3G 기술표준인 TD-SCDMA은 2009년부터 상용화를 시작했다. 장펑(张峰) 공업신식화부 통신발전국 국장에 따르면 2010년 말 기준 중국내 3G 가입자 수는 4,705만 가구에 달했으며, 그중 TD-SCDMA 가입자는 2,070만 가구로 전체의 44.0%를 차지, 2011년 TD-SCDMA 신규 가입자 수는 5000만을 넘어설 것으로 예상했다. 중국이 '차세대 광대역 무선이동통신망' 프로젝트를 통해 전격 지원하고 있는 TD-LTE는 TD-SCDMA의 후속 진화 기술이다. 지난 3월 중순, 차이나모바일은 TD-LTE 시범서비스를 위한 단말기 입찰에 곧 들어갈 예정이라고 밝혔으며 현재는 상하이, 항저우, 난징, 광저우, 선전, 샤먼, 베이징 등 7개 도시에서 TD-LTE 시범망을 구축 중이다.

중국지우취안위성발사센터, 암흑물질 입자탐사용 위성 발사 성공

/
2015년 12월 17일, 중국지우취안(酒泉)위성발사센터에서 ‘창장2호D(CZ-2D)’ 운반 로켓으로 암흑 물질 입자 탐사 위성을 성공적으로 발사했다. 암흑 물질 입자 탐사 위성은 우주과학 시범 프로젝트의 첫 우주 관측용 천문 위성이자 현재까지 관측 범위가 가장 넓고 에너지 분해능이 가장 양호한 암흑 물질 입자 탐사 위성이기도 하다. 그 과학적인 목적은 암흑 물질 및 우주선(Cosmic ray) 기원의 연구에서 핵심기술을 파악하고 감마선 천체의 연구에서 중요한 성과를 확보하기 위해서이다. 우주 과학은 항공우주산업의 중요한 구성 부분이자, 혁신 구동 발전 전략을 실행하는 최적의 착륙지점이기도 하다. 현재 항공우주공학기술의 혁신을 주체로 우주응용 및 우주과학을 양 주축으로 한 ‘일체양익(一體兩翼)’의 새로운 발전 전략을 대대적으로 추진하고 있으며 또한 우주과학, 우주기술, 우주응용 연구를 강화하여 협동연구개방의 새로운 과학 연구 혁신 시스템을 구축한 동시에 다중 국제적 협력 혁신 플랫폼의 건설을 강화하여 항공 우주 사업의 전면적이고 과학적이며 조화로운 발전을 추진하고 있다. 현재까지, 국방과학기술공업국에서는 SJ-5호, 지구-우주 탐사 프로그램, 중국-프랑스 천문 관측 위성, 경질 X-선 망원경 등 우주 과학 위성 프로젝트의 연구 제작에 참여하였으며 또한 대량의 민간용 위성에 우주 환경 탐사 시스템을 탐재하여 상관 실험 및 데이터 축적 업무를 수행하였으며 중국 최초로 지구외 천체의 탐사에 성공했다. 우주과학 시범 프로젝트는 중국 전략적 첨단과학기술 프로젝트로써, 우주과학 발전 전략 계획의 연구, 혁신 개념 연구 및 상관 탐사 기술의 사전 연구, 우주과학 위성 핵심 기술 연구, 우주 과학 위성의 연구 제작, 발사 및 운행 등을 전개한다. 암흑 물질 입자 탐사 위성은 국방과학기술공업국에서 발사 허가를 받았고 중국과학원에서 엔지니어링을 수행하였으며 중국과학원 산하 상하이초소형위성공정센터 및 중국항공우주그룹회사 산하 상하이항공우주기술연구원에서 위성 및 운반 로켓을 각각 연구 제작하였다.

신형 전기 동력 스포츠급 경항공기 RX1E 생산 허가증 획득

/
2015년 12월 3일 선양(瀋陽)대학에서 중국에서 자체 제조한 신형의 전기동력 스포츠급 경항공기-루이샹(銳翔) 2인승 항공기(RX1E) 생산 허가증 수여식을 가졌다. RX1E 전기 동력 항공기는 현재 세계에서 유일하게 모델 설계 자격증(TDA)과 생산 허가증(PC)을 수여 받은 전기 동력 스포츠급 경항공기이다. RX1E 전기동력 항공기는 중국공정원 원사이며 선양항공우주대학 교장인 양펑톈(楊鳳田)이 이끌고, 랴오닝(遼寧)통용항공연구원에서 개발한 자체 지식재산권을 보유한 항공기이다. 해당 항공기는 2012년에 연구하기 시작하여 약 3년 동안의 노력을 거쳐 설계, 제조, 생산, 실험, 시험 비행, 비행 적응 등을 포함한 전부의 작업을 완성하였으며, 또한 중국 내외의 여러 차례되는 항공기 전시회에 참가하여 광범위한 관심과 우수한 평가를 받았고, 이미 28대 항공기 주문 계약을 체결하였다. RX1E 전기동력 항공기는 리튬 전지를 에너지원으로 하고, 희토류 영구자석 동기전동기를 동력으로 하며, 탄소섬유 복합 재료를 구조체로 하고, 30분 충전하면 45~60분 비행할 수 있으며, 순항 속도는 120 Km/h에 달하며 최대 비행 높이는 3,000m이다. 탑승 인원은 2명이며 비행사 훈련, 관광 여행, 비행 체험, 항공 대회 등 비행 활동을 진행할 수 있다. 해당 항공기는 친환경적 무소음, 무오염, 안전하고 편안함, 간단한 조종, 낮은 운행 원가 등 장점을 갖고 있다. 이는 중국이 전기 동력 경항공기 분야에서 국제 선진 수준에 도달하였음을 의미한다. 중국 국민 경제의 발전 및 저공 영역의 개방이 점점 성숙됨에 따라 일반 항공기의 시장 규모는 기하 급수로 증가되고 있고, 현재 중국에서 일반 항공 산업은 “급속한 발전” 추세를 보이고 있다. 루이샹 2인승 전기 동력 항공기의 성공적 개발 그리고 생산 허가증 획득은 중국의 친환경 일반 항공 산업이 세계의 앞자리에 들어섰음을 의미한다. 현재 랴오닝통용항공연구원에서는 이미 순수한 전기 동력 및 전부 복합 재료로 제조한 4인승 일반 항공기를 개발하고 있다.

중국 원격탐사 29호 위성 발사 성공

/
2015년11월27일 5시24분, 중국 타이위안(太原) 위성발사센터에서 원격탐사 29호 위성을 탑재한 창정(長征)4호 병(丙) 운반로켓이 성공적으로 발사됐다. 이번의 발사는 창정계열 운반로켓의 219번째 비행이다. 원격탐사 29호 위성은 과학 실험, 국토자원 조사, 농작물 생산량 예측 및 재해 방지 등 분야에서 주로 사용될 예정이다. 이번에 발사한 위성과 운반로켓은 모두 중국항천과기그룹회사(中國航太科技集團公司) 산하의 상하이항천기술연구원(上海航太技術研究院)에서 연구 개발했다.

“라오스1호” 위성 발사 성공

/
2015년 11월 21일 새벽, “라오스1호” 통신위성이 시창(西昌)위성발사센터에서 성공적으로 발사됐다. “라오스1호” 위성은 중국이 동남아시아국가연합에 수출한 첫 상업 위성으로, 라오스의 700만 인구를 위하여 양호한 위성방송 텔레비전·비상통신 서비스를 제공하고 파키스탄의 1R통신위성, 아태9호(亞太九號) 통신위성과 함께 공동으로 “우주 실크로드” 정보망을 구축할 예정이다. 중국항태과기그룹회사(中國航太科技集團公司) 제5연구원에서 연구 개발한 “라오스1호” 위성은 최초로 “동4S”플랫폼(‘东四S’平台)과 대량의 신재료, 신기술을 사용하여 위성 전체 효율을 대폭 향상시켰다. 1. “작은 부피, 큰 에너지” 로켓의 운반능력은 제한되어 있으므로 위성 자체의 체중을 줄여야만이 더욱 많은 과학탑재 시스템과 연료를 탑재할 수 있다. “라오스1호” 위성은 대량의 소형화, 경량화, 모듈화 기술을 사용하여 기존 “아태9호” 위성에 비해 체중과 크기가 모두 작아졌지만 성능은 오히려 향상되었다. 각 시스템의 건강 상태를 모니터링하는 설비를 기존의 20대에서 2대로 통합하여 무게를 30여 kg 줄였고 수신, 발사, 관측 제어 및 증폭 기능을 통합하여 추적 서브시스템의 무게를 40% 줄였다. 아울러, 1m2의 탱크에 1톤 이상의 추진제를 담을 수 있고 외벽 두께가 버스 IC카드 만큼 얇은 중국 최대 직경의 탱크를 연구 개발하여 탱크의 수명을 18년 이상으로 향상시킴으로써, “라오스1호”위성의 연속 15년 운행 가능하도록 하였다. 해당 탱크는 현재 세계에서 가장 얇고 수명이 가장 긴 탱크 제품이다. 2. 혁신 유전자로 튼튼한 프레임 구조 구축 연구은 최초로 자체적으로 배합한 시안산에사테르를 개발하였다. 기존의 재료에 비해, 시안산에스테르는 더 양호한 역학적 성능을 보유하고 있는 동시에, 원자산소, 복사 등 공간 환경의 영향에 대한 저항 능력을 갖고 있다. 연구팀은 최초로 우주 특수 재료의 요구를 만족시킬 수 있는 시안산 에스테르를 자체 배합하여 “라오스1호”의 튼튼한 프레임 구조를 구축하였다. 또한 탄소섬유 강화 재료와 기본 재료로 구성된 성능이 우월한 신재료를 개발하여 열악한 우주 환경에서 라오스1호를 보호하였다. 3. 최강의 인식감지로 자율 판단 태양 고에너지 입자, 공간 파편, 우주 폭발 현상이 빈번한 열악한 우주 환경을 드나드는 과정에 궤도이상 현상이 자주 발생하는 점을 감안하여, “라오스1호”를 위한 “최강 브레인”-종합전자분석시스템을 개발함으로써, 비상사태에서 자율적으로 처리하고 결정을 내리는데 도움을 주었다. 종합전자분석시스템은 원천기술 분담과정 중 컴퓨터와 데이터 관리 컴퓨터의 제어 기능을 포함하고 있으며, 위성이 우주에서의 운행방향, 에어컨, 솔라 세일(Solar Sails)등의 작동 제어 모두 해당 시스템에 의해 결정된다. 시스템 내부는 “분담 협력, 통일 지휘”의 완벽한 조합을 이루었다. 즉 종합관리유닛이 지휘를 담당하고, 2개 업무유닛과 1개 집행기관의 구동소자가 실행을 담당하고 있다. 즉, 위성의 전원에 문제가 발생하거나 에너지원이 곧 다 소모될 경우, 종합관리유닛은 제어시스템이 자세를 조정하도록, 태양 전지판이 태양을 향하여 비상 발전을 하도록 지시를 내려 위성의 안전을 보장한다.

중국 13차 5개년 계획 핫이슈는 줄기세포

/
최근, 중국은 13차 5개년 계획에서 “줄기세포 및 그 전환 연구”에 관한 새로운 중점 특별 프로젝트를 확대 증가할 예정이다. 12차 5개년 계획 기간 중국은 약 30억 위안(약 5,384억 한화)을 줄기세포 연구에 투입하였다. 구체적인 수치는 밝혀지지 않았지만 향후 5년의 연구 기금은 대폭 증가될 것으로 전망된다. 해당 연구비용의 사용은 기존의 관계중심의 지원 프레임에서 벗어나 새로운 경쟁 심사·평가 시스템을 도입할 것으로 예정된다. 인구 규모와 많은 지역이 의료 요구에 도달하지 못한 실정에 비추어 중국은 줄기세포와 재생의학의 발전 전망을 현대화 중국 의료 서비스 시스템의 중요한 추진력으로 간주하고 있다. 2016년 3월 중산대학교(中山大學), 캘리포니아대학교 샌디에이고캠퍼스 약학대학(University of California, San Diego School of Medicine)의 연구팀은 주목을 끄는 재생의학 성과를 발표하였다. 그들은 재생의학의 새로운 기법으로 영유아의 선천성 백내장을 치료할 수 있는 방법을 개발하여 기존에 존재하는 줄기세포로 기능성 수정체를 재생시킬 수 있도록 하였다. 동물 및 소규모 인간 임상 실험으로 해당 치료 방법을 테스트한 결과, 기존의 표준 치료 방법에 비하여 수술 합병증 유발 위험이 아주 낮고 또한 수술을 받은 12명의 어린이 백내장 환자에게서 재생된 수정체는 양호한 시각 기능을 나타냈다. 해당 연구 성과는 Nature 잡지에 발표되었다(중산대학교 Nature에 재생의학의 중대한 성과 발표). 2016년 2월 중국 과학자들은 실험실에서 생쥐 기능성 정자를 성공적으로 제조하였다고 발표하였다. 생쥐 기능성 정자를 제조하기 위해 연구자들은 생쥐 배아줄기세포를 유도하여 기능성 정자 유사 세포로 전환한 다음 난세포에 주입하여 생육 능력을 가진 생쥐 후대를 번식시켜 남성 불임증 치료에 이용할 수 있는 정자 세포의 제조 플랫폼을 제공하였다. 해당 연구 성과는 Cell Stem Cell 잡지에 발표되었다.(중국 과학자 Cell Stem Cell 잡지에 줄기세포를 이용한 기능성 정자 제조에 관한 논문 발표). 2016년 1월 예일대학교(Yale University), 상하이과기대(上海科技大學)의 연구팀은 초파리 생체내의 Piwi가 폴리콤브 그룹 단백질(Polycomb-group proteins)을 하향 조절하는 것을 통하여 줄기세포의 생식을 유지하며 또한 난자의 생성을 조절한다는 것을 입증하였다. 해당 중요한 연구 성과는 Nature Genetics 잡지에 발표되었다(상하이과기대 특별 초빙 교수가 Nature Genetics 잡지에 새로운 줄기세포 연구 성과 발표). 중국과학원동물연구소의 연구팀은 생쥐-도깨비쥐의 이질이배체(Allodiploid) 배아 줄기세포를 구축하였고 또한 이용하였다. 해당중요 연구성과는 2016년 1월 14일 Cell 잡지에 발표되었다. 중국과학원동물연구소의 저우치(周琪) 원사와 리웨이(李偉) 연구원이 해당 논문의 공동한 교신저자이다(중국과학원의 새로 당선된 원사가 Cell 잡지에 줄기세포에 대한 중대한 연구 성과 발표).

중국, 13차 5개년 계획 생물 분야 핫이슈

/
최근, 미국, 유럽과 일본은 모두 각자의 대규모 뇌지도 작성 프로젝트를 발표하였고 중국도 뇌 프로젝트를 기획 중이며 13차 5개년 계획에서 뇌과학을 우선 순위에 배치할 것을 제안하였고 또한 해당 계획은 빠른 시일내에 통과되어 많은 자원을 뇌 프로젝트에 투입할 것으로 전망된다. 중국 뇌 프로젝트는 뇌질환(특히 동물 모델을 통한 연구)과 인공지능에 초점을 둘 예정이다. 중국의 뇌과학 분야 최고급 인재를 놓고 볼때 세계 기타 국가에 비하여 크게 뒤졌지만 빠른 시일내에 따라잡을 것으로 내다보고 있다. 최근 10년간 중국의 신경 과학분야 전문연구자들은 1,500명으로부터 6,000명으로 늘어났으며, 수천만명에 달하는 정신질환 또는 퇴행성뇌질환 환자수는 관련분야 임상 연구 추진을 촉진할 것이며 또한 수천만 마리에 달하는 연구용 원숭이 역시 해당 연구에 도움을 줄 수 있다. 이러한 요인은 중국 연구자들에게 유전자 편집 기술을 이용하여 자폐증 및 기타 질환 모델을 구축할 수 있는 조건을 마련하여 주었다. 풍부한 연구용 동물 또한 국외 과학자들의 흥미를 불러 일으키고 있다. 미국 매사추세츠공과대학교(Massachusetts Institute of Technology, MIT)는 중국과 협력하여 선전(深圳)에 영장류동물연구센터를 설립하였다. 최근 중국 과학자가 신경과학 분야에서 거둔 중요한 연구 진전은 다음과 같다. 2016년 1월 중국의 연구자들은 자폐증 증상을 보이는 유전자 조작 원숭이를 만들어 냈다. 이 실험 원숭이는 귀신에 홀린듯이 맴돌면서 다른 원숭를 외면하였으며 사람들이 주시할때 불안해하며 중얼거렸다. 해당 유전자 공학 원숭이는 인간 자폐 스펙트럼 장애와 관련된 1개의 유전자를 소지하고 있었다. 연구자들은 해당 원숭이가 자폐증에 대한 테스트 치료 및 조사 과정에 새로운 생물학적 경로를 개척할 것으로 내다보고 있다. 해당 연구 성과는 Nature 잡지에 발표되었다(중국과학원 Nature에 머리기사 발표 표제 논문-세계 첫 자폐증 유전자 조작 원숭이). 대뇌의 배측봉선핵(Dorsal Raphe Nucleus, DRN)은 인식 관련 행위 형성에 참여한다. 그러나 인간은 아직도 DRN 신경원이 어떻게 각종 자연 현상에 대하여 인식하는 지를 밝히지 못하고 있다. 베이징셰허(北京協和)의학대학, 베이징생명과학연구소 등 연구기관의 연구자들은 해당 문제에 대하여 심층적인 연구를 진행하여 2016년 1월에 출간한 Nature Communications 잡지에 논문을 발표하여 DRN의 5-세로토닌 신경원이 인식 신호에 대한 코딩 작용을 입증하였다. 해당 논문의 교신저자는 베이징셰허의학대학의 뤄민민(羅敏敏) 연구원이다(중국 학자들이 가장 많이 인용한 Nature 자매지에 새로운 성과 발표). 퉁지대학교(同濟大學) 생명과학.기술대학, 중국과학원생물물리연구소의 연구자들은 생쥐 대뇌가 발육되는 과정에서 LSD1 보조억제인자(corepressor) Rcor2가 신경 발생을 조절한다는 것을 입증하였다. 해당 연구 성과는 2016년 1월 22일에 출간한 Nature Communications 잡지에 발표되었다. 연구 결과, 보조억제인자 Rcor2은 배외측 전두엽에서 Shh 신호 경로 억제를 통하여 피질 발달 과정에 중요한 작용을 일으킨다는 것을 규명하였다[가오사오룽(高紹榮), 왕샤오췬(王曉群)이 Nature 자매지에 후성 유전 연구 새로운 성과 발표].

난카이대학, 약제 내성균에 저항성을 갖는 천연물 “멘노펩티마이신” 전합성

/
최근, 난카이(南開)대학 원소유기화학국가중점실험실 천궁(陳弓) 교수가 이끄는 연구팀이 7년 동안의 연구를 통해 최초로 약제 내성균에 저항성을 갖는 천연산물 “멘노펩티마이신(mannopeptimycin)”을 고효율적으로 전합성하는데 성공하였다. 해당 연구는 장기간 학계에서 해결하기 어려웠던 당펩타이드 합성 문제를 해결함으로써 “슈퍼박테리아”를 효과적으로 대처할 수 있는 신형 항생제를 개발하는데 새로운 경로를 개척하였다. 관련 연구는 국제 최고 수준의 화학학술지 “Journal of the American Chemical Society”에 발표되었다. 20세기 20년대에 발견된 페니실린은 “항생제 시대”의 서막을 알렸다. 항생제의 사용으로 인간의 평균 수명은 15~20년 늘었다. 최근 몇 년 동안, 전통 항생제의 남용으로 약제 내성을 갖춘 “슈퍼박테리아”가 기승을 부리고 있는 가운데, 이러한 세균을 효과적으로 대처할 수 있는 신형 항생제의 연구개발이 시급하다. 자연계로부터 특수한 생물활성을 보유한 천연산물을 분리한 후, 바이오기술을 통해 화학구조를 변화시키는 방법은 줄곧 신약 연구개발의 중요한 수단으로 꼽히고 있다. 20세기 50년대에 최초로 발견된 “멘노펩티마이신”는 스트렙토마이시스 하이그로스코피쿠스(Streptomyces Hygroscopicus)에서 추출한 다약제내성균에 대해 우수한 항균 활성을 갖는 고리형 당펩타이드 천연산물은 세균 세포벽 형성의 억제를 통하여 병원균을 용해하여 사멸시킨다. 약제 내성균에 대한 우수한 항균 활성으로, “멘노펩티마이신”는 국가별로 관심을 받는 “스타 분자”로 부상하였다. 2002년 미국 와이어스(Wyeth) 제약회사는 대규모의 연구개발팀을 구성하여 “멘노펩티마이신”의 화학합성과 생물합성, 항균 메커니즘과 약물 개발 등에 관한 연구를 진행하였으며, 일련의 핵자기 스펙트럼 수단을 통해 해당 항생제의 화학구조를 추정하였다. 그러나 “멘노펩티마이신”이 아주 복잡한 당펩타이드 구조를 보유하고 있기에 핵심적 전합성이 줄곧 이루어지지 못하고 있다. 이러한 원인으로 관련 약물의 연구개발도 뚜렷한 진전을 이루지 못하고 있다. 천궁 교수가 이끄는 연구팀은 7년 동안의 탐구 끝에, 금촉매에 의한 클리코실화반응을 이용하여 N-mannose을 보유한 N-Man-D-βhEnd조각을 효율적으로 구축하였으며 자체 개발한 팔라듐 촉매에 의한 C-H본드 활성화 기법을 이용하여 L-βMePhe유닛을 효과적으로 제조한 다음 집합식 전략을 이용하여 고리형 헥사펩타이드 골격의 조립을 완성하였으며, 마지막으로 촉매 수소화에 의한 전체 탈보호반응을 통해 최초로 멘노펩티마이신 α와 β를 효율적으로 전합성하였다. 연구팀의 작업은 또 기존의 와이어스회사에서 핵자기 스펙트럼으로 유도한 화학구조의 정확성을 검증하여 유사 복합 당펩타이드 천연산물의 합성을 위하여 중요한 전략적 지침을 제공하였다. 해당 합성 작업은 또 약 내성균에 저항성을 갖는 신형 항생제의 개발 생산에 튼튼한 기반을 마련하였다.

중산대학, 줄기세포를 이용한 영유아 백내장 치료법 개발에 성공

/
최근, 중산(中山)대학교, 캘리포니아대학교 샌디에이고캠퍼스약학대학(University of California, San Diego School of Medicine)의 연구팀은 재생의학의 새로운 기법으로 영유아의 선천성 백내장을 치료할 수 있는 방법을 개발하여 잔존하는 줄기세포로 기능성 수정체를 재생시킬 수 있도록 하였다(www.ebiotrade.com). 동물 및 소규모 인간 임상 실험에서 해당 치료 방법을 테스트한 결과, 기존의 표준 치료 방법에 비하여 수술 합병증 유발 위험이 아주 낮았고 또한 수술을 받은 12명의 어린이 백내장 환자에게서 재생된 수정체는 양호한 시각 기능을 나타냈다. 해당 연구 성과는 2016년 3월 9일 “Nature” 잡지에 온라인으로 발표되었다. 중산대학교와 캘리포니아대학교 샌디에이고 캠퍼스약학대학의 장캉(張康, Kang Zhang) 교수, 중산대학교의 류이즈(劉奕志, Yizhi Liu) 교수는 해당 논문의 공동 교신저자이다. 장캉 교수의 주요 연구 분야는 새로운 황반변성, 당뇨병으로 인한 망막병증과 유전성 망막 질환으로 인한 병원성 유전자 및 치료 방법 연구이며, 류이즈 교수는 30여 년간 안과 의료, 교육, 과학 연구 및 실명(blindness) 예방 사업에 종사하였고 중국에서 최초로 초음파 유화 및 인공수정체 삽입술을 결합하여 백내장 치료를 수행한 전문가이다. 선천성 백내장은 아동 실명을 유발하는 중요한 원인이며, 어린 환자가 태어날 때 또는 태여난지 얼마 안되어 수정체 혼탁 현상이 나타난다. 혼탁된 수정체는 광선의 망막 도달 및 시각 정보의 대뇌 전달을 저해하여 막대한 시력 손상을 유발한다. 기존의 치료 방법은 환자 나이 및 관련 합병증의 제한을 받으며, 대부분 아동 환자가 백내장 수술 후에 모두 시력교정 안경을 착용하여야 한다. 줄기세포 연구의 최종 목적은 생체내 줄기세포의 재생 잠재능력을 활성화시켜 조직과 기관 복원 및 질병 치료 효과에 달성하는 것이다.(www.ebiotrade.com) 연구 과정에서 장캉, 류이즈 교수 연구팀은 내인성 줄기세포의 재생 잠재능력을 이용하였다. 기타 줄기세포 방법과 달리, 해당 방법은 실험실에서 줄기세포를 구축한 다음 다시 환자의 체내에 주입하므로 병원체 전파와 면역거부반응 등과 같은 잠재적 장애가 발생하며, 내인성 줄기세포는 스스로 손상한 문제 부위에 자리를 잡는다. 인간 눈의 수정체 상피줄기세포(LECs)는 일생에서 부단히 생성되어 수정체 세포를 대체한다. 그러나 해당 세포의 생성 능력은 연령의 증가에 따라 쇠퇴된다. 기존 백내장 수술은 주로 수정체 중의 LECs를 제거한다. 영유아 체내에서 해당 잔류 세포는 비조직 재생을 진행하므로 유용한 시력을 생성할 수 없다. 동물 모델로 LECs의 재생 잠재능력을 검증한 후, 연구팀은 새로운 최소침습수술 방법을 개발하여 수정체낭(수정체가 기능을 발휘하는데 요구되는 형태를 부여하는데 보조적 작용)의 완전성을 보존하였으며 또한 LECs의 생장을 자극하여 물체를 볼 수 있는 새로운 수정체를 형성하는 방법을 찾았다. 연구팀은 백내장 질환 동물에 대한 테스트 및 소규모 인간 실험을 통하여 새로운 수술 기법으로 기존의 LECs로 기능성 수정체를 재생시킬 수 있다는 것을 발견하였다. 특히 인간에 대한 실험 과정에서 새로운 기술로 치료받은 12명의 2살 이하 영유아와 기존 표준 수술 치료를 받은 25명의 소아 환자를 비교한 결과, 표준 치료 대조 그룹의 수술 후 염증, 조기 고안압증, 수정체 불투명도 증가 발생율이 더욱 높았다. 새로운 수술 치료를 받은 12명 영유아의 합병증 발생율은 비교적 낮았고 회복도 더욱 빨랐으며 3개월 후 모든 환자의 눈에 모두 투명한 이중 볼록 수정체가 재생되었다. 해당 수술 기 기법은 인간의 새로운 조직 또는 기관의 재생 및 인간 질병을 치료하는 새로운 방법으로서 인간자체의 재생능력을 이용한 재생요법에 광범위한 영향을 미칠것으로 전망된다. 장캉 연구팀은 현재 연구 범위를 확장하여 노년성 백내장을 치료하는 방법을 탐구하고있다. 노년성 백내장은 세계적으로 실명의 주요 원인으로 꼽히고 있다. 지금 2,000만 미국 인구가 백내장 질병으로 시달리고 있으며 매년 약 400만건되는 인공 수정체로 혼탁된 수정체를 대체하는 수술을 진행하고 있다. 해당 수술 방법은 기술면에서 새로운 진전을 가져왔지만 수술을 받은 적지 않은 환자가 수술 후에 시력 감소 원인으로 시력교정안경을 착용하여야 만이 차운전 혹은 책읽기 등 작업을 수행할 수 있는 단점이 있다. 그러므로 향후 해당 방법을 한층 더 개선하여 환자에게 더욱 안전하고 더욱 좋은 치료 방법을 제공하여야 한다. 최근, 장캉 교수와 류이즈 교수는 협력하여 많은 중대한 연구 성과들 거두었다. 2014년 7월 장캉 교수와 류이즈 교수는 WNT7A와 PAX6이 각막 상피세포의 운명 결정 과정에서 아주 중요한 작용을 일으킨다는 것을 입증하였으며 또한 각막 질환을 치료하는 새로운 전략을 제안하였다. 해당 연구 성과는 “Nature” 잡지(중산대학교, Nature 잡지에 세포 운명 결정 인자 규명)에 발표되었다. 2015년 9월 장캉 교수와 류이즈 교수는 중산대학교와 캘리포니아대학교의 연구팀을 이끌고 녹내장의 유전학적 감수 민감성과 RGC 사멸 잠재적 메커니즘을 연결시켜 녹내장 발병 메커니즘의 중요한 이론을 제안하였다. 해당 연구 성과는 Molecular Cell 잡지(장캉, 류이즈 교수가 공동으로 녹내장 발병 메커니즘 규명)에 발표되었다.

700℃ 초초임계 발전기술 연구개발계획 본격 가동

/
6월 24일 국가에너지국의 주도로 전력연구기관, 발전그룹, 전기설비제조업체가 ‘국가 700℃ 초초임계 석탄 화력발전기술 혁신연맹’ 최초의 이사회와 기술위원회 회의를 북경시에서 개최함으로써, 700℃ 초초임계 석탄 화력발전기술 연구개발계획이 본격적으로 가동되었다. 700℃ 초초임계 석탄 화력발전기술을 개발하는 것은 국가 에너지전략의 중요한 내용이자, 석탄위주 전력구조 고도화의 중요한 조치로서 화력발전기 효율의 효율적인 향상, 발전용 석탄소비와 오염물방출 감소가 가능하다. 청정석탄 화력발전기술 가운데 증기 매개변수 향상은 효율 향상 폭이 최대이고 가장 기본적인 발전방향이다. 오스테나이트(Austenite)계와 니켈계 합금소재를 기반으로 하는 고초초임계 기술은 경제성 대폭 향상과 이산화탄소 방출 감소가 가능하다. 700℃ 초초임계 발전기술은 600℃ 초초임계 발전기술에 비해 전력공급 효율을 48-50% 향상시킬 수 있고, 이산화탄소 방출을 14% 줄일 수 있다. 중국의 초임계와 초초임계 발전기술은 선진국에 비해 10년이 뒤져져있지만 자체 개발을 통해 600℃ 초초임계 발전기술 수준과 유닛 건설에서 모두 세계 1위에 올랐으며, 발전기 설계와 제조 및 운행 능력을 기본적으로 형성하고, 관련 선진 설계, 조립제조, 공법기술을 확보하고 있다. 국가에너지국에 의하면, 700℃ 초초임계 발전기술의 난제 및 해외와의 격차에 근거해 중국은 관련 기술발전로드맵(2010-2015년)을 그렸다. 로드맵은 종합설계, 재료응용기술, 고온재료와 대형 주조/단조품 개발, 보일러 핵심기술, 터빈 핵심기술, 부품검증시험, 보조기계 개발, 유닛 운행과 시범발전소 건설 등 9개 분야로 나뉜다. 로드맵의 목표 매개변수를 보면, 압력≥35 MPA, 온도≥700℃, 발전기 용량≥60만kW이다. 로드맵에 따르면, ‘12.5규획’(2011-2015년) 말 시범발전소가 설립될 전망이다.

중국공정원, 비전통 천연가스 개발이용 전략적 연구에 착수

/
비전통 천연가스 개발로 에너지 판도가 바뀔 전망 6월 20일 중국공정원은 북경시에서 2011년 중대자문프로젝트인 ‘중국 비전통 천연가스 개발이용 전략적 연구’에 착수했다. 쉬쾅디(徐匡迪) 중국공정원 주석단 명예주석과 저우지쥔(周济均) 중국공정원 원장은 전략적 국가차원에서 프로젝트의 중대한 의미를 인식해야 한다고 밝혔다. 중동과 북아프리카의 정치적 혼란, 일본의 지진과 해일로 인한 핵위기 사태로 세계 에너지 공급과 이용 및 안전 문제가 대두하고 있다. 세계 주요 국가들은 오일가격, 안전, 기후변화 대처 압력에 직면하여 전략을 조정하고, 대체에너지 모색과 에너지 신기술 개발에 적극 나서고 있다. 이러한 배경에서 천연가스의 세계 에너지구조에서의 지위가 뚜렷이 높아지고 있다. 프로젝트 책임자 셰커창(谢克昌) 중국공정원 부원장은 천연가스가 미래 25년 사이에 주요 역할을 발휘하며, 21세기가 천연가스의 세기라고 하면서 프로젝트 입안배경에 대해 “천연가스 공급의 증가는 세계 경제 활성화, 경제운영비용 절감, 경제성장에 이롭다.”라고 소개했다. 비전통 천연가스의 급속한 개발이용에 힘입어 전통 에너지 이익관계로 구축된 지정학적 구조가 조정에 직면하여 세계 에너지 판도가 바뀔 것이라는 지적이다. 푸훙쥬(濮洪九) 중국석탄학회 이사장은 비전통 천연가스 개발이용은 석탄의 과소비를 줄일 수 있는 한편, 석탄의 채굴안전을 확보할 수 있다고 지적했다. 비전통 천연가스에는 혈암가스, 치밀가스, 석탄층가스, 천연가스수화물이 포함된다. 기본 구성은 천연가스와 비슷하며, 화석에너지에서 보다 깨끗한 에너지다. 세계 비전통 천연가스는 전통 천연가스 자원의 8.3배인 4,000조㎥로 자원이 풍부하다. 지난 10년간 세계 비전통가스는 이용량이 늘어나고, 비전통 천연가스는 생산량이 급증했다. 2008년 비전통 천연가스 생산량이 천연가스 생산량의 18%이며, 미국의 2010년 비전통 천연가스 생산량은 천연가스 생산량의 50%를 넘어섰다. 중국의 비전통 천연가스는 전통 천연가스의 5배 이상으로 자원이 풍부하다. 그러나 미국을 비롯한 선진국에 비해 중국의 비전통 천연가스 탐사 연구는 초기발전단계에 놓여있어 개발 잠재력이 크다. ‘중국 비전통 천연가스 개발이용 전략적 연구’프로젝트는 국제 에너지 구도변화를 추적하고, 중국 비전통 천연가스 형성의 지질조건, 자원분포, 부존법칙에 대한 조사연구 및 해외 비전통 천연가스와의 대조분석을 통해 중국 비전통 천연가스 탐사개발 핵심기술, 발전전략, 정책적 건의를 제시함으로써, 향후 10-15년 국가 에너지 전략적 정책결정과 계획을 위한 과학적 근거를 제공한다는 방침이다. 프로젝트 실시기간은 10개월, 참여 전문가는 150명(그 중 원사 26명)이고, 투입경비는 850만 위안이다.

금사강의 4개 대형수력발전소 건설 본격화, 삼협댐의 2배 규모

/
중국장강삼협그룹은 6월 19일 북경시에서 최초로 사회적 책임 보고서를 발표하고, 금사강(金沙江)의 계락도(溪洛渡), 향가패(向家坝), 오동덕(乌东德), 백학탄(白鹤滩) 등 4개 대형 수력발전소 건설에 본격적으로 나서고 있다고 지적했다. 이 4개 수력발전소의 계획 설비용량은 4,300만kW로 삼협댐공정의 2배 규모에 해당하며, 연간 발전량은 1,900억kW/h다. 금사강은 장강의 상류이며, 유역면적은 47만 3,200㎢로, 장강 유역면적의 26%이다. 수량이 풍부하고 안정적이며, 낙차가 크고 집중되어 세계적으로도 수력자원이 풍부한 하천으로 유명하다. 수력자원 비축량은 1억 124억kW로 중국의 16.7%이며, 개발 가능한 수력자원은 9,000만kW이다. 계락도수력발전소는 2005년 건설에 착수하여 2013년 발전을 개시할 계획이며, 총 설비용량은 1,386만kW로, 중국의 2대, 세계 3대 수력발전소다. 향가패수력발전소는 2006년 건설에 착수하여 2012년 발전을 개시할 계획이며, 총 설비용량은 640만kW이다. 중국장강삼협그룹은 현재 오동덕과 백학탄 수력발전소 건설을 준비하고 있다. 이 두 발전소는 금사강 하류 개발 2기공사다. 2010년 국가발전개혁위원회가 이 두 발전소의 준비사업을 허가함으로써 금사강 하류 수력발전소 개발이 전반적으로 추진되었다.

심천선진기술연구원, 차세대 태양전지 공동연구 진전

/
6월 초 중국과학원 심천선진기술연구원은 홍콩중문대학과 공동으로 광전 변환효율이 17%에 달하는 세계 최고수준과 비견될 CIGS(구리·인듐·갈륨·셀렌) 박막형 태양전지를 개발했다. CIGS전지는 가격이 저렴한 유리, 플라스틱, 금속박편을 기판으로 하여 두께가 200분의 1mm인 다층 박막재료를 코팅해 만들어졌다. 흐린 날씨와 난반사광 조건에서 발전이 가능하여 고층건물이 즐비한 도시 환경에 적용된다. 일반 결정 실리콘 태양전지에 비해 50배 얇고, 비용을 절반 줄일 수 있어 ‘매우 유망한 차세대 신형 박막 태양전지’로 불린다. CIGS전지는 얇아 휴대하기 편리하며 성능이 안정적이어서 건축물 외벽 발전에 적합하다. 핸드백이나 가방에 넣어 실시간으로 전자제품 충전이 가능하며, 우주 및 군용 전자설비 전원으로도 사용이 가능하다. 옥상의 10㎡ 면적에 전지를 설치할 경우 4인 가정의 하루 사용에 충분한 5-6kW의 전기 공급이 가능하다. 10cm×10cm의 면적에 CIGS전지를 설치할 경우 햇볕이 내리쬐는 조건에서 휴대폰 한 대를 충전하는데 2-3시간밖에 소요되지 않으며, 가격은 30홍콩달러로 예상된다. CIGS전지는 또한 20년간 사용할 수 있고 가끔 전지 표면을 닦아주는 정도로 유지보수가 간단하다. 연구진은 현재 심천시에서 40cm×60cm의 면적에 사용할 CIGS전지를 연구 중이며, 1년 반이 지나면 개발이 완료될 것으로 예상된다. 이에 따라 배낭, 텐트에 응용될 전자제품 충전이 가능하여 상용화 수익이 높을 것으로 기대된다. 더 나아가 60cm×120cm 면적에 사용할 CIGS전지도 개발할 계획이다. 이 연구계획은 2년 동안 중국과학원, 심천시정부, 홍콩중문대학, 홍콩혁신과기국의 지원을 받았으며, 심천선진기술연구원 심천선진집적기술연구소 광전지태양에너지센터(光伏太阳能中心)와 홍콩중문대학이 연구개발을 진행했다.

전자과기대, 세계 4 번째 외골격 로봇 개발

/
최근, 전자과학기술대학 연구팀은 5년간의 연구를 거쳐 착용자의 의도 감지 성능이 보다 뛰어난 외골격 로봇을 개발하였다. 로봇 착용 환자의 보행모드 계획 및 생성은 외골격 로봇의 지능제어 시스템 설계 그리고 알고리즘에 의해 결정되는데 비추어 연구팀은 인간-기계 상호작용 알고리즘이 국외에 비하여 더 선진적이고 효과적인 알고리즘 버전을 개발하였다. 이로써 중국은 미국, 이스라엘, 일본에 이어 네 번째로 외골격 로봇을 개발한 국가로 되었다. 해당 외골격 로봇은 착용자의 운동 의도를 감지하여 컴퓨터에 전송하는 한편 제어 모듈을 통해 명령을 발송한다. 그리고 전기구동 관절, 기계적 연결봉, 지능형 신발, 허리 지지 부재, 고정 부재 등으로 구성되었고 생물·기계·전자 일체화 시스템을 적용하여 관련 부품을 고속으로 작동시켜 사용자의 자유로운 행동을 보조한다. 2010년 외골격 로봇 연구 초기는 로봇이 착용자의 행동을 강제 지배하는 수준이었는데 현재의 로봇은 착용자의 행동 의도를 감지하고 능동적으로 협동하는 수준에 달하였다. 연구팀은 학제간 융합을 통해 기계 설계, 전기구동 설계, 소프트웨어 및 알고리즘을 자체적으로 개발하였으며 해당 분야의 핵심기술을 파악하였다. 외골격 로봇은 하지마비 환자의 보행 보조, 중풍·뇌성마비 환자의 재활 훈련에 응용될 뿐만 아니라 등산운동과 같은 체육운동에도 활용할 수 있다. 또한, 국방 분야에서 단일 병사의 90kg에 달하는 군장비 하중을 완화할 수 있다. 연구팀은 쓰촨(四川)성의 여러 병원과 연합하여 임상 테스트 및 응용을 추진하고 있고 의료 재활 분야에서 발목관절 또는 무릎관절과 같은 특정 부위를 대상한 모듈화 외골격 장비도 하나의 연구방향으로 계획하고 있다.

중국과학원, 40만 가우스의 정상상태 강자기장발생장치 개발

/
2016년 11월 13일, 중국과학원 허페이물질과학연구원 강자기장과학센터에서 자체 개발한 강자기장발생장치가 40만 가우스의 정상상태 자기장을 생성하는데 성공하였다. 이는 세계에서 자기장 강도가 두 번째로 높은 정상상태 강자기장 발생장치로서 세계 일류 수준에 달하였다. 현재, 세계에서 제일 높은 정상상태 강자기장발생장치는 미국국가강자기장실험실에서 보유하고 있으며 그 기록은 45만 가우스이다. 강자기장은 하나의 중요한 극단적 실험 조건이며 강자기장 조건에서 물질의 구조 및 변환 과정으로 물질의 상태는 변한다. 이는 물리학, 화학, 재료학, 생물학 등 분야의 연구에 새로운 공간을 개척함과 동시에 첨단 과학기술 연구에 필요한 극단적 실험 조건을 마련한다. 해당 장치는 초전도 자석 속에 수랭식 자석을 담그는 방법으로 접합하였다. 얼마 전, 연구팀은 30만 가우스의 정상상태 자기장을 생성할 수 있는 수랭식 자석 개발에 이어 10만 가우스의 안정상태 자기장을 생성할 수 있는 저온 유효내경이 92밀리미터인 대형 고자기장 초전도 자석을 개발하였다. 2016년 11월 13일, 두 개의 자석을 접합하여 40만 가우스의 정상상태 자기장을 생성하는데 성공하였다. 해당 장치는 주로 신형 기능재료의 양자거동 연구에 사용할 예정이다.

400mm×500mm인 세계 최대 면적의 에셸 격자 제조

/
2016년 11월 11일, 중국과학원 창춘광학정밀기계·물리연구소는 세계 최대 면적의 에셸(echelle) 격자를 제조함으로써 중국의 대면적 고정밀도 격자 제조 관련 기술을 국제수준으로 제고하였다. 동 연구소는 2008년 중국과학원과 재정부의 공동 지원으로 “대형 고정밀도 회절격자 가공시스템 개발” 국가 주요 과학연구 장비프로젝트를 가동해서 8년에 걸쳐 18개 핵심 기술을 파악하였고 9개 혁신 성과를 획득하였다. 이를 바탕으로 상기 격자 가공시스템을 스스로 개발하였고 최종 400mm×500mm인 세계 최대 면적의 에셸 격자를 제조하였다. 본 시스템의 홈 가공 정밀도는 10nm로서 20km 작동범위에서 홈 가공 간격 오차는 머리카락 굵기의 1‰도 안 된다. 회절격자는 나노 정밀도의 주기적 미세구조를 가진 정밀 광학소자로서 분광기와 레이저장치 등 첨단기술 장비의 핵심 부품이다. 다양한 유형의 격자에서 에셸 격자는 면적이 가장 크고 정밀도가 가장 높은 격자로서 광통신, 천문학, 신에너지 등 전략적 첨단기술 분야에서 광범위하게 응용된다. 중국은 대형 고정밀도 격자 가공시스템 개발 및 대면적 에셸 격자의 성공적 제조를 통해 고정밀도 빅사이즈 격자 기술에서의 외국 의존도를 낮추었고 분광기기 등 분야의 저급화에서 고급화로의 발전을 추진하였을 뿐만 아니라 정밀기기 학과·산업의 혁신적 발전을 이끌 것이다.

中, 유럽·미국 보다 집적도 높은 밀리미터파 레이더 칩 개발

/
최근, 상하이(上海)마이크로기술공업연구원(약칭 “공업연구원”) 루위민(盧煜旻) 박사 연구팀은 집적도가 높고 원가가 낮은 자동차 레이더 칩을 개발하였는데 그 성능은 유럽, 미국 제품을 초과하였다. 해당 제품은 기업과의 성과 사업화를 통하여 곧 시장에 출시될 예정이다. 공업연구원은 “모어 댄 무어(More than Moore)” 영역에서 상하이시 주요 혁신 기능형 플랫폼이다. “모어 댄 무어”란 무어 법칙을 따를 필요가 없으며 반도체 공법 규모에서 점점 작아지나, 성숙된 공정 생산라인에서는 각종 센서와 같은 비디지털, 다원화 반도체 기술 및 제품의 개발을 가리킨다. 최근, 스마트폰 보급에 따라 센서 시장은 급격히 확장되고 있으며 가속도센서, 자이로스코프, 자기 센서 등은 이미 휴대폰 표준구성(standard configuration)으로 되었다. 2013년 말, 미국에서 10년간 작업한 루위민 박사는 국가 “천인계획(청년)”에 입선되어 공업연구원에서 휴대전화 무선주파수 칩과 밀리미터파 레이더 칩 개발에 착수하였다. 밀리미터파 레이더 센서는 자동차에 장착하여 운전사를 위해 맹점탐지, 차선변경경고, 자동순항 등 서비스를 제공할 수 있으며 향후 주동적 충돌 방지 기능까지 보유하여 점차 중고급 자동차의 표준구성으로 되고 있다. 밀리미터파 레이더 칩은 센서의 핵심 소자이다. 연구팀은 2년간 연구를 거쳐 실험실 샘플을 제조하였다. 해당 밀리미터파 레이더 칩은 유럽, 미국의 성숙한 제품에 비해 집적도가 높고 성능이 좋으며 원가가 낮은 “후발 우세”를 갖고 있다. 샘플 개발에 성공한 후 퉁화(同華)투자그룹, 공업연구원과 연구팀은 공동출자하여 쟈딩(嘉定)자동차타운(Auto Town)에 회사를 설립하고 2017년 초에 레이더 센서 생산 기업에 엔지니어링 샘플(Engineering sample)을 제공할 계획이며 빠른 시일 내에 자동차 부속품 시장에 진출할 예정이다.

중국 나노소재 면역시스템 안전성 연구 Small 표지논문에 선정

/
생물체가 나노입자에 호흡이 노출된 후, 호흡시스템을 통해 국부로부터 어떻게 전신과 기타 조직에 신호를 전달하며 생체효과를 나타내는가 하는 것은 아직까지 해명하지 못한 과제이다. 최근 국가나노과학센터의 니에광쥔(聶廣軍)과 자오위량(趙宇亮)연구팀은 생체 나노입자인 엑소좀(Exosome)이 나노재료를 유도(mediated)하여 유기체의 면역을 활성화하고 감염되기 쉬운 그룹의 호흡계 질병을 유발하는 중요한 신호 운반체임을 입증했다. 이 실험실은 장기간 나노재료와 생체와의 상호작용에 관한 생물학 메커니즘 연구에 주력하고 있다. 난백 단백(Ovalbumin)의 민감성 감염되기 쉬운 쥐모형(즉 호흡계 민감성 질병모형)을 구축하였고 자성 산화철 나노재료를 여러차례 호흡에 노출시킨 다음 주머타오(朱墨桃)박사는 자성 산화철 나노재료가 폐포내에서 대량의 엑소좀(Exosome)의 생성을 유발한다는 것을 처음으로 발견하였다(그림1). 엑소좀 유도 나노재료는 유기체 전신의 T세포 활성화를 유발할 수 있다. 연구원은 더 나아가 엑소좀이 민감성 유기체(즉 기존의 호흡계 민감성 질병 유기체)내와 정상 유기체내에서의 유도 면역활성화 작용방식과 효능이 다르다는 점을 증명하였다. 민감성 유기체에 대해 엑소좀은 더욱 강한 Th1형 세포극화(즉 지연성 과민반응) 능력을 나타내는데 이는 나노재료가 민감성 그룹의 호흡계 질병 발병과 장기 만성 염증을 악화시키는 중요한 요소로 작용한다. 연구결과 나노재료 유도의 유기체 면역활성화의 가능한 분자메커니즘을 해명하였을 뿐 아니라 나노입자에 노출된 직업군과 감염되기 쉬운 그룹의 건강을 모니터링하고 제어하는 중요성을 강조하였다. 이 연구는 Small 표지논문(그림2)으로 선정되어 발표된 외에도, 독일 Wiley출판사가 주관하는 Materials Views에 의해 ‘Trojan Horse Causes Nanoparticle Allergy’라는 제목으로 보도되었다.

중국 천연제품 전합성 연구 진전

/
천연제품은 구조와 작용원리가 다양하여 항암 선도화합물의 풍부한 공급원이 되었다. 2011년 5월 한국과 일본의 과학자들은 천연제품 fusarisetin A의 분리, 구조감정과 생물활성연구를 공동으로 보도한바 있다(J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 6865). 이 분자는 일반적인 항암 소분자(미세소관 단백 안정제/destabilizing agent 및 DNA Topoisomerase 억제제)와는 달리 암세포 이동 및 침투를 비교적 강하게 억제하는 작용을 나타내었고 뚜렷한 세포독성은 없다. 구조를 보면 이 분자는 6,6,5,5,5의 병렬루프(parallel loop) 틀구조에 10개의 키랄중심을 가지고 있어 합성 난도가 크다. 중국과학원 상해유기화학연구소 생명유기화학 국가중점실험실의 리앙(李昂) 연구원이 주도하는 연구팀은 6개월만에 fusarisetin A 원래구조의 첫 전합성에 성공했다(J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 920). 이 합성화합물은 천연제품의 스펙트럼 특성이나 비선광도(specific rotation)의 값은 모두 일치했으나 양자의 광회전방향이 상반되기에 천연제품의 절대 입체모형이 바뀐 것이다. 즉 진실한 구조는 원래구조에 대응하는 이성질체이다. 화학 합성로드맵을 보면 기존에 알려진 알데히드1에서 출발하여 13단계를 거쳐 목적분자(-)-fusarisetin A로 전환한다(그림). 그 결정적인 절차는 루이스산(lewis acid)의 촉진작용이 있는 분자내부 Diels-Alder반응, 팔라듐 촉매의 아릴릭(allylic) 산소탄소치환, 위치선택의 Wacker 산화 및 마지막의 Dieckmann 축합/반축합 케톤 고리화 직렬연결과정을 포함한다. 이 연구를 통해 천연 fusarisetin A의 절대 입체모형을 확정하였고 이러한 천연제품의 유사물질을 합성하기 위한 작용타깃과 메커니즘 연구를 위한 준비를 하였으며 부분 합성방법은 기타 구조와 관련된 천연제품의 합성연구에 응용될 전망이다.

메탄올로 올레핀 제조과정의 MTO 기초연구 성과

/
다년간 응용연구와 기초연구를 병행해온 중국과학원 대련화학물리연구소의 MTO 국가공정실험실(청정에너지 국가실험실 저탄소촉매공정연구부)은 MTO공업화과정의 개발과 응용에서 많은 성과를 올렸고, 최근에는 메탄올전환 메커니즘연구에서 획기적인 진전을 이룩했다. MTO가 산성분자체에서 진행하는 다상촉매반응은 일련의 복잡한 촉매과정과 반응절차를 거친다. 반응메커니즘연구가 심층적으로 추진되면서 하이드로카본 풀(Hydrocarbon Pool)이 주목받고 있다. 하지만 직접적인 실험증거가 부족하여 특히 그중에 미치는 중요한 반응중간체 heptaMB+ 및 HMMC가 매우 활발하기에 직접 관찰하기가 매우 힘들었다. 과거에는 다만 간접적인 방법과 이론계산을 통해서만 분자체에서 형성이 가능하였고, MTO반응과정의 중간체 존재 여부와 올레핀생성과정에서 어떻게 역할을 발휘하는가 하는 문제는 규명되지 못하고 있었다. 대련화학물리연구소의 DNL1201연구진은 분자체의 구조와 산성이 MTO반응메커니즘에 미치는 영향을 상세하게 연구하는 한편, 최근에 합성해낸 신형 분자체 재료 DNL-6의 대형 케이지(Large cage) 모양과 강산성의 특징을 이용해 처음으로 MTO반응체계에서 heptaMB+/HMMC의 존재를 관찰하였고, 이를 통해 하이드로카본 풀 메커니즘의 합리성을 입증하였다. 13C 동위원소에 대한 추적실험을 통해 중간체의 메탄올 전환 작용과 카르보 양이온(carbocation)을 중간체로 하는 올레핀 생성경로를 검증하였다. 이 발견은 반응메커니즘차원에서 신규 촉매제의 설계와 생성물중 올레핀의 선택성에 이론적 근거를 제공하였다. 위의 연구성과는 《미국화학학회지(JACS)》에 발표되었다.

중국 토폴로지컬 절연체 기초연구 성과리뷰

/
최근 3차원 토폴로지컬 절연체 A2B3(A=Bi,Sb;B=Se,Te)이 독특한 2차원 디랙 페르미온(Dirac Fermion) 표면준위와 많은 특이한 전자특성을 지닌 것으로 알려지면서 연구자들의 관심사가 되어왔다. 하지만 거의 대부분의 토폴로지컬 절연체 재료는 고유의 결함 때문에 표면준위의 특성은 캐리어에 의해 쉽게 나타나지 않는다. 표면준위 디랙 포인트 부근의 특성을 보다 잘 연구하기 위해서는 디랙 포인트와 멀리해야 한다. 따라서 결함을 제어하여 페르미면과 에너지밴드구조를 효과적으로 조절 제어하는 것은 해당 분야의 중요한 과제가 되었다. 중국과학원 물리연구소 북경응집체물리 국가실험실(준비중) 표면물리국가중점실험실의 마쉬춘(馬旭村)연구원, 허커(何珂)부연구원과 청화대학 물리학부의 쉐치쿤(薛其坤), 왕야위(王亞愚)와 천시(陳曦)교수는 1년간 공동 연구를 통해 토폴로지컬 절연체 박막의 전자구조 및 에너지밴드 조절, 토폴로지컬 절연체 도핑연구에서 많은 성과를 올렸다. 1. Sb2Te3박막의 결함제어, 에너지밴드구조 제어 및 토폴로지컬 표면준위 특성연구 2010년의 Bi2Te3, Bi2Se3 연구성과를 바탕으로 연구진은 고품질 Sb2Te3박막의 분자빔 애피텍셜 생장(MBE)을 가장 먼저 실현하였다. STM/STS 관측을 통해 재료의 결함유형에 대한 연구를 수행하였는데, 주요 결함은 모두 P형임을 확정하였다.(그림1 a-f) 생장동력학의 정밀조절을 통해 Sb2Te3 박막중 결함의 농도와 유형을 효과적으로 제어하였다. 기판의 n형 도핑효과를 이용해 Sb2Te3 박막의 페르미면을 전체 에너지갭범위에서 효과적으로 조절하였으며(그림1g) 특히 페르미면은 디랙 포인트를 꿰뚫고 지나 표면준위의 전하 중성점(neutral point)에 도달할 수 있다.[Phys. Rev. Lett., accepted, see also arXiv: 1111.0817] Sb2Te3박막중 란다우 준위(Landau level)에 대한 체계적인 연구를 수행했고(그림2c) 처음으로 Sb2Te3 표면준위의 준입자수명이 인트린식(intrinsic) 대체 결함의 영향을 거의 받지 않고 전자 상호작용의 영향만 받는다는 점을 입증하였다.(그림2e) 이는 토폴로지컬 표면준위 전자가 보통도체중의 carrier와는 달리 특이한 나선스핀구조를 지니기 때문이다. 또한 Sb2Te3 표면준위가 완벽한 선형 분산관계를 지니며(그림2d) 3차원 토폴로지컬 절연체로서 두께 극한은 4층임을 확정하였다. 이러한 특징으로부터 Sb2Te3은 일종의 토폴로지컬 절연체로서 많은 특이한 현상을 나타내는 이상적인 재료임을 알 수 있다. [Phys. Rev. Lett., in press (2011), see also arXiv: 1111.1485] Sb2Te3과 Bi2Te3이 지닌 다양한 에너지밴드구조와 도핑특성을 이용해 연구팀은 서로 다른 성분의 (Bi1-xSbx)2Te3 3차원 합금박막을 성공적으로 생장시켰다. ARPES스펙트럼과 수송측정연구결과, 3차원 합금박막중 Bi/ Sb의 비율을 조절하면 표면준위 에너지밴드구조를 hole형에서 전자형으로(그림3) 전환할 수 있으며 디랙 포인트는 원자가띠 최대값(valence band maximum, VBM)(Bi2Te3)이하로부터 에너지갭을 높일 수 있음을 나타냈다. 에너지밴드와 화학 포텐셜(chemical potential) 조절제어기술은 이상적인 인트린식(intrinsic) 토폴로지컬 절연체를 실현할 수 있을 뿐만 아니라 표면상태의 양자수송연구와 부품응용을 촉진할 수 있다.[Nat. Commun. 2, 574 (2011)] 2. 도핑한 Bi2Se3 토폴로리컬 절연체 박막의 전자구조연구 초전도체/토폴로지컬 절연체 계면을 구축하거나 혹은 초전도상을 토폴로지컬 절연체의 펄크 상(bulk phase)에 도입시키면 토폴로지컬 절연체는 Majorana 페르미온을 실현할 가능성이 가장 큰 체계가 될 것이다. 후자는 Cu를 도핑한 Bi2Se3재료로부터 이미 실현하였지만 Majorana 페르미온은 아직 확인된바 없다. 연구진은 MBE와 STM/STS를 이용해 미시적인 차원에서 CuxBi2Se3체계를 통해 Cu 도핑메커니즘을 체계적으로 연구하였고 Majorana 페르미온의 관측에 유용한 정보를 제공하였다.[Phys. Rev. B 84, 075335 (2011)] 3차원 토폴로지 절연체 가운데 갭레스(Gapless) 나선표면준위의 베리위상(Berry's phase)은 π인데, 이는 일련의 특이한 현상을 유발한다. 전자 수송을 통해 토폴로지컬 표면준위의 이러한 특성을 연구하기 위해 2차원 극한에서의 Bi2Se3박막을 생장시켰으며, 박막에 전자상호작용 및 안티 약국소화 효과(weak anti-localization theory)로 형성된 절연기저상태를 발견하였다.[Phys. Rev. B 83, 165440 (2011)] Bi2Se3박막에 자성원자를 도핑한 결과 표면준위의 베리위상이 π에서 빗나가면서 안티 약국소화(weak anti-localization)로부터 약국소화(weak localization)로 전이하는 현상을 유발하였다. 자성 도핑이 토폴로지컬 절연체 표면준위의 수송특성에 미치는 영향에 대해 세밀하게 연구하였고 토폴로지컬 절연체의 스핀전자학 분야의 잠재된 응용을 발굴하는데 의의가 크다.[Phys. Rev. Lett., in press (2011), see also arXiv: 1103.3353]