기술동향
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고속자기부상열차의 “동력 심장” 핵심 기술 파악

최근, 중국 중처주저우(中车株洲)유한회사(CCRC)가 참여한 중국 "13차 5개년 계획" 중점개발 계획 "고속자기부상 교통시스템 핵심기술 연구" 서브 프로젝트가 이미 긴고정자(지상 1차, long stator) 직선형전동기와 서스펜션 전자석 독자 개발에 성공하여 시속 600km 자기부상열차 시제품에 응용되어 양호한 운행상태를 보였다. 이는 중국의 고속자기부상열차 핵심기술이 세계 선두를 달리고 있음을 의미한다. 고속자기부상열차와 중저속자기부상열차는 전기구동에 대한 요구가 서로 다르다. 중저속자기부상열차는 주로 접촉망을 통해 전력을 공급받는데 이런 전력공급 방식은 고출력 고속자기부상열차의 안정적인 전력 공급을 보장할 수 없다. 또한, 열차가 지면에 부착하여 고속 "비행"하기 때문에 열차 자체의 중량을 최대한 감소시켜야 한다. 연구팀은 긴고정자 직선형전동기를 개발하여 중저속자기부상열차의 차상 1차(short stator) 직선형전동기의 "고정자"를 차체에서 궤도로 옮겨 지상 전력공급 설비가 직접 전력을 공급하게 함으로써 안정적인 전력공급을 확보했다. 고출력 인버터도 열차에서 지상으로 옮겨 열차의 자체 중량을 대폭 감소시켰다. 해당 긴고정자 직선형전동기는 고속 운행하는 열차의 고출력 요구를 충족시킴과 아울러 열차에 부상력과 견인력을 제공한다. 중저속자기부상의 차상 1차 구조와 비교해 긴고정자는 동시 제어 방식을 이용하여 전동기 효율을 20 % 향상시키고, 전동기 전압을 10 % 이상 향상시켰다. CRRC는 긴고정자 직선형전동기, 부상, 가이드 및 브레이크 전자석 기술과 엔지니어링 제조 연구에 초점을 맞추고 3년간 독자 개발을 진행하여 3D 시뮬레이션플랫폼, 유한요소시뮬레이션플랫폼, 온도장 시뮬레이션 플랫폼, 시험 검증, 공정 검증 등 분야에서 단계적 성과를 이루었고 고속자기부상열차 전동기 구동의 핵심 기술을 보유했다.

중국 핵융합공정실험로(CFETR) 개념 설계 완성

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최근, 중국과학기술부 기초연구사(司)는 허페이에서 국가 자기밀폐 핵융합에너지 발전연구 특별 프로젝트인 “핵융합로 총체적 설계 연구” 검토회의를 열고 중국 핵융합 공정 실험로(CFETR) 개념 설계를 평가하였다. 2011년 프로젝트가 가동된 후 3년 동안에 CFETR프로젝트팀은 중국 자기밀폐 핵융합 연구 방면의 핵심역량을 집중시켜 목표가 명확한 국가팀을 형성하였고 국제핵융합실험로(ITER)와 국제 자기밀폐 핵융합로 설계 기술을 받아들이고 습득한 토대에서 혁신을 거듭하여 ITER과 상호 연결·보완할 수 있는 CFETR 설계 방안을 완성하였다. 해당 프로젝트는 광범위한 국제 협력을 이끌어냈다. 미국, 독일, 프랑스, 이탈리아 등 세계 핵융합 선진국은 중국과 밀접한 연계를 맺었고 이미 CFETR 설계에 전면적으로 참여하였다. 러시아도 향후 CFETR 설계에 더 깊이 참여할 것을 밝혔다.

시창 위성발사센터, 통신기술 시험위성 1호 발사에 성공

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2015년 9월 12일 23시 42분, 중국 시창(西昌) 위성발사센터에서 창정3호을(長征三號乙) 운반로켓을 이용하여 통신기술 시험위성 1호를 발사하는데 성공하였다. 해당 위성은 중국 통신기술 시험위성 시리즈 첫 위성으로, Ka 주파수 채널의 광대역 통신기술 시험에 응용될 예정이다. 이번 발사 임무를 수행한 창정3호을 운반로켓은 중국 운반로켓기술연구원에서 연구 개발한 것이다. 이는 중국 창정 시리즈 운반로켓의 208번째 발사이다. 위성 통신에 사용되고 있는 주파수 채널은 L, S, C, Ku, Ka 등이다. 현재 적도 상공에 있는 제한된 지구 동기위성 궤도는 이미 각 나라에 의해 거의 채워져 있으므로 C, Ku 주파수 채널의 위성 궤도는 아주 빠듯한 상태에 있다. 또한C, Ku 주파수 채널도 대량으로 사용되고 있으며 주파수 범위도 상대적으로 제한되어 있다. Ka 주파수 채널의 주파수 범위는 C보다 수십배 크므로 현대 군사와 민용 통신에서 광범위한 응용 전망을 갖고 있다.

지우취안 위성발사센터, 가오펀9호위성 발사에 성공

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2015년 9월 14일 12시 42분, 중국 지우취안(酒泉)위성발사센터에서 창정2호정(長征二號丁) 운반로켓을 이용하여 지우펀9호(高分九號)위성을 우주에 발사하는데 성공하였다. 가오펀9호위성과 창정2호정 운반로켓은 각각 중국항천과학기술그룹회사(中國航天科技集團公司) 산하의 우주공간기술연구원, 상하이(上海)항천기술연구원에서 연구 제작한 것이다. 이는 창정 시리즈 운반로켓의 209번째 비행이다. 가오펀9호위성은 중국 고해상도 지상관측시스템 관련 과학기술 중대프로젝트 과제인 광학 원격탐사 위성으로, 지상 픽셀 해상도가 최대로 서브미터급까지 달하며, 국토 조사, 도시 규획, 토지권리 확인, 도로망 설계, 농작물 생산량 예측과 재해 방지 및 저감 등 분야에 응용되고 있다. 해당 위성은 “일대일로(一帶一路)” 등 국가중대전략의 시행과 국방 현대화 건설에 정보 보장을 제공하게 된다.

중국과학원 핵에너지안전기술연구소, 핵융합로 구조 재료 생산기술 확보

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최근, 중국과학원 허페이물질과학연구원 핵에너지안전기술연구소는 국내 특수강 제조 업체와 손잡고 저활성화 마텐자이트 스틸(martensitic steel)의 산업화 생산에 성공하였다. 저활성화 스틸은 고순도 핵 재료로서 양호한 중성자 방사 내성과 저활성화 특성을 보유하고 있으며 상대적으로 성숙된 산업 기술 토대를 갖추어 미래 핵융합로 및 상업화 핵융합 발전소의 최우선 구조 재료로 간주되고 있다. 저활성화 마텐자이트 스틸은 중국이 자주적 지식재산권을 확보한 저활성화 스틸로서 2001년에 개발을 시작하였고 대규모 생산에 앞서 줄곧 실험실 개발과 산업화 시험 생산 수준에 머물러 있었다. 연구팀은 15년에 걸친 기술적 어려움을 극복하고 최근에 6.4톤 규모의 저활성화 마텐자이트 스틸 주괴 제조에 성공하였다. 주괴의 주성분은 안정적 제어가 가능하며 불순물 원소는 극히 낮은 수준에서 통제할 수 있다. 또한 형재의 기본 역학적 성능은 국외 동일 유형 재료와 대등한 성능을 갖추었다. 이로써 중국은 유럽연합, 일본에 이어 세번째로 저활성화 스틸의 산업화 생산 기술을 확보한 나라로 되었다. 현재 저활성화 마텐자이트 스틸은 과학기술부에 의해 중국 ITER 실험패킷에 사용될 최우선 구조 재료로 확정되었다. 1기의 핵융합 시험로가 약 3,500톤의 저활성화 스틸을 필요로 하므로 제련 규모는 저활성화 스틸의 산업 응용을 가늠하는 핵심적 문제이다. 국제 열핵융합 실험로와 미래 핵융합 동력시험로 건설의 수요를 만족시키기 위해 유럽연합, 일본, 중국 등 국제열핵융합 실험로 참여측은 저활성화 스틸의 산업화 생산을 위한 연구에 뛰어들었다. 미국, 프랑스 등 국가는 20세기 80년대 중반부터 세계 최초의 제어 가능한 열핵융합실험로를 건설하여 무궁한 청정 에너지를 제공하고자 국제열핵융합실험로 계획을 추진하였다. 제어 가능한 열핵융합 실험장치의 운행 과정은 태양의 에너지 생성 과정과 흡사하여 ‘인공태양’으로도 불린다. 중국은 국제열핵융합실험로 참여국가 중 하나이다.

칭화대학교, “캡시드” 뚫고 바이러스 내부를 볼 수 있는 새로운 방법 개발

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칭화대학 청링펑(程凌鹏) 부연구원이 후난사범대학교 물리∙정보과학대학 류훙룽(刘红荣) 교수와 공동으로 냉동 전기렌즈 및 그것을 개선한 새로운 방법을 이용하여 이중 사슬 RNA 바이러스 내부 유전체 및 RNA 폴리메라아제 3차원 구조를 해석하였으며 최초로 바이러스에 대한 관찰시각을 “캡시드(capsid)”에서 그 내부로 깊이 들어가게 하였다. 해당 성과는 2015년 9월 18일 ≪science≫에 발표되었다. 자연계 상당수의 바이러스는 이십면체가 대칭인 “캡시드”와 껍질 내 비대칭 유전체 및 관련 단백질로 구성되었다. 최근 몇 년간, 과학자들은 대량의 바이러스 캡시드의 근거리 원자 해당도 3차원 구조를 해석하였으며 캡시드 단백질 분자구조에 대해 비교적 계통적인 인식을 가지고 있다. 하지만 바이러스 내부의 유전체 및 관련 단백질 3차원 구조에 대해 아는 것이 아무것도 없다. 류훙룽과 청링펑은 새로운 방법을 이용하여 최초로 곤충에서 유래한 이중 사슬 RNA 바이러스 내부의 유전체 및 그 RNA 폴리메라아제 3차원 구조에 대해 해석하였으며 해당 바이러스 내부구조는 하나의 “다층 구형”을 나타낸다는 것을 발견하였다. 또한 이중 사슬 RNA 바이러스가 복제와 전사과정에서 내부 RNS 및 그 폴리메라아제의 협력 작업 모델을 성공적으로 구축하였다. 따라서 기존의 해당 유형 바이러스 내부 유전체는 샤프트 라인 모양 배열(spool shaped arrangement)을 나타낸다는 주류견해를 뒤엎었다. 해당 방법은 최초로 생물학자들을 위해 바이러스 내부 유전체 및 그 폴리메라아제의 3차원 구조 정보를 제공한 동시에 방법론적으로 바이러스 유전체를 포함한 대칭적 미스 매치 생물 대분자 3차원 구조에 대한 연구의 문을 열었으며 구조생물학 첨단 연구에 큰 영향을 미칠 전망이다.

중국과학원 상하이규산염연구소, 저산소 종양 치료에서 새로운 성과 확보

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중국과학원 상하이규산염연구소의 스젠린(施劍林), 부원보(步文博) 연구팀은 기존의 연구 과정에서 이미 고민감도 산소감지탐침으로 저산소 종양 영역의 산소화 상태에 대한 실시간 모니터링(J. Am. Chem. Soc, 2014, 136(27), 9701-9709.)을 실현하였다. 최근, 연구팀은 해당 연구를 토대로 희토류 화학 성분 조절 및 미세 구조 기능화 설계를 이용한 “저산소증 극복”, “저산소증 이용” 및 “저산소증 회피” 등 3가지 새로운 저산소 종양 치료 전략을 제안하였고, 새로운 다기능 희토류 나노 치료제를 저산소 종양의 고효율적이고 정밀한 치료에 이용하여 일련의 혁신적인 성과를 거두었다. 악성 종양은 인류의 생명 건강에 아주 큰 위해성이 있다. 그 가운데서 고형 종양은 임상 악성 종양의 85% 이상을 차지하며, 저산소증은 고형 종양의 중요한 특징이다. 종양의 저산소 영역 존재는 종양에 대한 방사선 요법 및 화학 요법의 민감성을 감소시켜 종양에 신생 혈관 및 저산소 유도 인자의 형성을 초래하며, 종양 세포의 재발, 침입 및 전이를 유발된다. 이는 종양을 치료하기 어려운 근본 원인이다. 그러므로 저산소 종양에 대한 효과적인 치료는 세계 의학 분야에서 모두 공인하는 종양에 대한 철저한 치료 과정에서 반드시 해결하여야 하는 중요한 문제점이다. 연구팀은 상술한 문제점에 대비해 먼저 “저산소증 극복”의 치료 전략을 토대로 새로운 복합 구조 희토류 나노 치료제인 부하 상향 변환 나노 치료제(UCSs)의 MnO2 나노 층상(UCSMs)을 이용하여 저산소 응답형 상향 변환 발광(UCL) 영상 형성과 산소 증강형 동역학 요법(PDT)/방사선 요법 협동 치료를 진행하여 저산소 종양의 성장, 침입 및 전이에 대한 억제 목적에 도달하였다(Adv. Mater., 2015, 27, 4155–4161). 다음으로 “저산소증 이용”의 치료 전략을 토대로 상향 변환 발광 탐침, 감광제 분자 및 생물학적 환원 약물을 모두 함유한 새로운 다기능 나노 진료 시스템을 구축하여 동역학적 요법(PDT)/화학 요법(생물학적 환원 치료)이 결합된 고효율적 협동 치료를 실현하였다. 동물 실험을 진행한 결과, 광 동역학 치료와 생물학적 환원 약물을 결합한 협동 치료 효과는 단일 치료 모델 및 2가지 치료 모델을 간단히 결합한 치료 방법에 비하여 뚜렷하게 좋았다(Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 8105–8109). 마지막으로 “저산소증 회피” 전략을 토대로 2가지 새로운 다기능 희토류 치료제를 설계함으로써 종양 미세 환경 중의 물분자와 원위치 방출 조절 NO 분자를 이용하여 저산소 종양에 대한 “X선 유도 X-PDT/방사선 요법” 및 “X선 유도 NO 방출 조절/방사선 요법” 2가지 고효율적인 이중 모델의 협동 치료를 실현하였다. 연구 결과, X선 유도 X-PDT 치료 효과는 종양 내의 산소 압력의 크기에 의존성이 없으므로 X선의 에너지 이용율을 뚜렷하게 증가시킬 수 있으며, X선 유도 NO 방출 조절/방사선 요법은 저산소 세포 내의 DNA에 대한 고효율적 파괴, 저산소 종양 세포의 괴사 및 사멸 촉진 과정으로 저산소 종양의 성장을 뚜렷하게 억제하여 저산소 종양에 대한 치료 목적에 도달할 수 있다(Angew. Chem. Int. Ed., 2015, DOI: 10.1002/anie.201504536). 상술한 연구 결과는 향후 악성 저산소 고형 종양에 대한 치료 과정에서 중요한 역할을 일으킬 것이며, 또한 임상에서 일부분 중대한 질병의 다중 모드 영상 중재치료를 토대로 하는 고효율 원위치 치료 등 새로운 의료 기술에 참고적인 연구 아이디어를 제공할 것으로 전망된다.

베이징농학대학, 형질전환 복제소 후대 번식 성공

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최근 2012년에 출생한 첫 번째 지방성 지방 연결 단백질 유전자를 함유한 체세포 형질전환 복제소 “니우니우(妞妞)”가 후대 번식에 성공하였다. 2015년 9월 12일까지 제2세대 “형질전환 송아지”의 건강상태는 양호하였다. 이는 중국이 체세포 복제 기술을 이용하여 자체 브랜드의 고기소 신품종 육성 과정에서 거둔 중요한 성과이며, 중국인들이 중국산 “눈꽃 소고기(snowflake beef)”를 단시일 내에 맛볼 수 있게 되었다. 베이징(北京)농학대학교 동물과학기술대학 교수이며 중국 형질전환 중대 전문 프로젝트 “우량 고효율적 형질전환 고기소 신품종 육성” 담당자인 니허민(倪和民)이 이끄는 “연구팀은 3년간의 노력을 거쳐 2012년 8월 1일에 베이징농학대학 종합실험기지에서 “니우니우”를 출생하는데 성공하였다. 출생시 “니우니우”는 신체가 허약하고 스스로 먹이를 섭식하지 못하였지만 연구팀의 세심한 보살핌으로 성성숙되어 후대를 번식할 수 있게 되었다. 2014년 11월 2일 연구팀은 중국축산기지 유전자원보호센터에서 제공한 친촨(秦川) 소 동결정액을 “니우니우”에게 인공수정하였다. 299일 후 2015년 8월 28일 새벽, 체중이 17 Kg인 제2세대 암컷 송아지가 출생하였다. 이번 연구를 통하여 중국은 해당 기술 분야에서 3가지 핵심기술을 확보하였다. 1) 체세포 형질전환 복제 기술을 통하여 육성한 형질전환 소는 정상적인 번식 능력이 있었는데 이는 복제 소가 개체군 번식력을 가지고 있다는 것을 입증한다. 2) 송아지에 대한 검사 결과, 지방성 지방 연결 단백질 유전자를 함유한 유전자는 이미 송아지의 체내에 확산되어 안정하게 융합되었는데 이는 해당 유전자가 대대로 유전될 수 있다는 것을 입증한다. 3) 토양 환경 지시 생물인 지렁이 및 형질전환 소 외양간 주위 토양 내 미생물 등의 생태환경을 측정한 결과 형질전환 소가 주위 환경에 불량한 영향을 미치지 않았다. 이러한 결과는 체세포 형질전환 복제 기술 생산 시스템을 형질전환 동물의 안전 생산에 이용할 수 있다는 것을 보여준다.

상하이 생화학·세포생물학연구소, 척수소뇌성 실조증 7형 병원성 단백질의 메커니즘

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최근, 중국과학원 상하이(上海)생명과학원 생화학·세포생물학연구소 후훙위(胡紅雨) 연구팀은 척수소뇌성 실조증 7형 단백질(Ataxin-7)이 특이한 상호작용을 통하여 탈유비퀴틴화 효소 USP22를 운반함으로써 그 기능을 손상시킨다는 것을 발견하였다. 해당 연구는 척수소뇌성 실조증 7형 단백질의 새로운 발병 메커니즘을 제시하였으며, 단백질 축적으로 인한 세포독성과 신경 퇴행성을 해석함으로써, 해당 연구팀이 기존에 제안한 운반 모델을 검증하는데 새로운 실험 증거를 제공하였다. 해당 연구논문 “Aggregation of Polyglutamine-Expanded Ataxin-7 Specifically Sequesters Ubiquitin-Specific Protease 22 and Deteriorates Its Deubiquitinating Function in SAGA Complex”은 2015년 9월 4일 “The Journal of Biological Chemistry”에 온라인으로 발표되었다. 척수소뇌성 실조증 7형(Spinocerebellar Ataxia 7,SCA7)은 Ataxin-7 단백질의 폴리글루타민(Polyglutamine, PolyQ)영역의 비정상적인 확장으로 인한 신경 퇴행성 질환이다. 척수소뇌성 실조증 환자는 보행 장애, 손 민첩성 저하, 언어 장애 및 실명 등 임상 증상을 보인다. 전사 공활성화 인자 SAGA 복합물의 서브유닛인 Ataxin-7 단백질의 PolyQ 확장으로 인하여 오접힘(misfolding)이 발생할 수 있으며, 또 축적물 혹은 봉입체가 형성될 수 있다. 해당 축적물 혹은 봉입체가 SGAG 복합물의 기능에 영향을 미치는지는 아직 알려지지 않았다. 연구팀은 PolyQ이 비정상적으로 확장된 Ataxin-7은 SAGA 복합물 중 중요한 탈유비퀴틴화 효소USP22를 불용성 축적물 혹은 봉입체에 집합시키며, 해당 집합작용은 양자 간의 특이한 상호작용에 의존한다고 밝혔다. SAGA 복합물 중 USP22의 주요한 기능은 히스톤 H2B의 탈모노유비퀴틴화를 담당하기에 세포 중 히스톤 H2B의 모노유비퀴틴화 수준을 검출하여 PolyQ이 비정상적으로 확장된Ataxin-7이 SAGA 복합물의 기능에 미치는 영향을 추정할 수 있다. 연구 결과, PolyQ이 비정상적으로 확장된 Ataxin-7은 USP22의 탈유비퀴틴화 효소의 활성을 낮추고 세포 중 모노유비퀴틴화 H2B의 수준을 뚜렷하게 증가시켰는데, 이는Ataxin-7의 PolyQ 확장이 SAGA 복합물 중 USP22의 탈유비퀴틴화 기능을 손상시킨다는 것을 입증한다. 해당 연구는 SCA7 질환에 전사조절 장애가 나타나는 원인을 해석하였으며, SCA7 질환의 발병 메커니즘을 해석하는데 새로운 근거를 제공하였다.

중국 최초의 500kV 란시변전소 광전지 발전량 5,000kWh 돌파

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란시(兰溪)변전소는 국가전력망공사(State Grid) 산하 최초의 500kV 스마트 변전소로 2011년 4월 1일 기준 광전지 발전량이 5,042kwh를 기록했다. 란시변전소는 저장(浙江)성 란시시 산벙댄커우춘(三峰殿口村)에 위치해 있으며 부지는 99.7무(畝)이다. 국가전력망공사는 2010년부터 스마트 그리드 구축을 목표로 란시변전소를 대상으로 지능화 사업을 추진해왔다. 광전지발전소는 옥상에 설치하며, 설치면적은 200㎡, 설치용량은 20.8kW로, 연간 발전량 2만kWh로 예상된다. 태양광발전시스템은 태양전지판, 인버터, 전압 제어기, 태양에너지 직류 배전박스, 데이터 수집기, 역류방지장치, 환경 모니터링 시스템 등으로 구성되어 있다. 동 시스템은 태양빛을 직접 전기에너지로 변환하는 발전장치로서 햇빛을 받아 전기를 생성한 후 직류형태로 저장된 발전전력을 인버터를 통해 교류로 변환시켜주는 장치이다.    또한 필요에 따라 비상용 전원으로 사용할 수도 있으며 LED 조명 등 녹색 조명에도 널리 사용되고 있다.

해양 중금속 오염 구조 길은 어디에

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중국 최초의 ‘12.5’ 국가급 전문프로젝트 계획은 중금속 오염 퇴치에 초점을 두었다. 최근 국가환경보호부는 <중금속오염 종합퇴치 ‘12.5’규획>이 국무원의 허가를 받았다고 밝혔다. 중금속 오염 퇴치는 현재와 향후 일정 기간 환경보호의 최우선 대사이다. 최근 열린 중금속오염 종합퇴치 화상회의에서 저우성샌(周生贤) 환경보호부장을 비롯한 14개 중점도시의 책임자들은 각 지역에서 중금속오염 조성 기업, 특히 기술이 낙후하고 오염이 심각한 납산 배터리 생산, 납 제련 등 기업을 조사해야 한다고 지적했다. ◉ 닝버시 70% 해역은 심각한 오염 최근 발표된 <2010년 닝버시 해양환경공보>, <2010년 썅산항(象山港) 해양환경공보> 및 <2010년 닝버시 어업생태환경 상황공보>에 따르면 닝버시 인근 해역들은 약 70%가 오염이 심각한 것으로 나타났으며, 오염이 심각한 해역은 항저우시 완난안(湾南岸), 융쟝커우(甬江口), 베이룬-다세다오(北仑—大榭岛), 썅산항, 산먼완(三门湾) 등지에 분포된 것으로 조사됐다. 그중 닝버시 해양환경공보에 따르면 2010년 닝버시 인근 해역 양자강, 치엔탕쟝(钱塘江), 융쟝(甬江) 등의 영향을 받아 영양염이 심하게 오염됐으며 오염이 심각한 해역 면적은 6,625.76㎢로 전체의 67.9%를 차지한 것으로 집계됐다. 중간정도의 오염 면적은 1,790.24㎢로 18.35%를 차지했으며 경미한 정도의 오염 면적은 861.06㎢로 8.82%를 차지, 청정해역 면적은 480.94㎢로 4.93%에 그쳤다. 따라서 2009년 대비 오염이 심각한 해역과 중간정도 오염해역 면적은 다소 증가한 반면 경미한 정도의 해역오염 및 청정해역 면적은 감소한 것으로 드러났다. ◉ 화이허(淮河) 수질오염사건 1994년 7월, 화이허에서 대형 오염 사건이 발생, 2억㎥에 달하는 폐수가 유입되어 중하류 지역의 모든 담수 양식업에 막대한 피해를 끼쳤고 안후이(安徽) 북부 공업 생산이 중지되었으며 100만 명에 달하는 주민들이 식수난에 직면했다. ◉ 어떤 종류의 중금속이 해양오염을 조성하는지? 전문가에 따르면 중금속은 아주 위험한 오염물질로 현재까지 명확한 정의가 내려지지 않고 있지만 비중이 4.5g/㎤ 이상인 금속으로서 수은, 카드뮴, 납, 아연, 크롬, 구리 등이 있으며 독성이 강하고 자주 접할 수 있는 금속이기 때문에 주요 환경오염물질로 간주되고 있다. 인위적인 오염은 산업폐수와 광산폐수의 배출 및 중금속농약의 유실이며, 석탄과 석유 연소과정에 방출되는 중금속이 대기운반을 통해 바다에 진입한다. 중금속은 물속에서 분해될 수 없어 도처에 확산되어 어느 정도 기준에 도달한 후 해수요염을 조성한다. 다른 일부 중금속은 미생물의 작용으로 다양한 형태의 상호 전환과 집결을 통해 독성이 더욱 강한 금속화합물을 형성한다. 예를 들면 수은의 메틸화로 인해 메틸수은이 형성되어 수은중독을 초래하는 것이 가장 전형적인 사례다. ◉ 해양 중금속오염은 어디에서 주로 오는지? <2009년 중국 해양환경 품질공보>에 따르면 2009년 중국에서 청정해역 수질 기준에 도달하지 못한 면적은 14만 6,980㎢로 전년대비 7.3% 증가한 것으로 나타났다. 오염이 심각한 해역으로는 보하이완(渤海湾), 랴오둥완(辽东湾), 창쟝입구(长江口), 항저우완(杭州湾), 주장입구(珠江口) 및 일부 중대도시의 인근해역으로 조사됐다. 국지적인 해역의 침적물은 중금속과 석유오염 피해를 입었으며 부분적인 조개류의 체내 오염물 잔류수준은 여전히 높았다. 하천을 따라 바다에 진입한 오염물질총량은 전년대비 크게 증가했다. 바다로 들어가는 오폐수 배출구의 73.7%는 기준을 초과해 오염물질을 배출했으며, 일부 오폐수 배출구 인근의 해역은 환경오염이 갈수록 심각해지는 추세다. 또한 한 해 동안의 적조 발생 횟수는 68회, 누계 면적은 1만 4,100㎢에 달한 것으로 드러났다. ◉ 해양 중금속오염 해결책은? 해양 중금속 오염이 세계적인 환경문제로 부각되고 있는 가운데 전문가들은 해양 중금속 오염 해결책으로 내・외부 통제방법을 병행할 것을 지적하고 있다. 외부 통제방법으로는 광물채굴, 전기도금, 금속제련, 화공생산 등에서 배출되는 중금속 함유 폐수나 고형폐기물을 처리 및 감소시키는 것이며 내부 통제방법에는 용해성 중금속을 불용성 또는 난용성 금속화합물로 전환시키는 것과 중금속의 화학적 형태를 변환시키지 않는 역삼투, 전기투석, 이온교환, 증발농축 등 방법이 제기되고 있다. 그러나 해양 중금속 오염 퇴치는 주로 예방에 중점을 두고 오염원을 통제하는 동시에 제조공법을 개선하여 중금속 유실을 방지하고 회수율을 높여야 할 뿐만 아니라 관련 환경보호법규를 실질적으로 시행하고 모니터링을 강화하는 것이 필요하다. ◉ 깊은 바다의 물고기를 선호하는 자가 해양수은 중독의 가능성 커져 생선을 대량 섭취하면 총명해지고 쇠고기 돼지고기보다 지방과 콜레스테롤이 적어 많이 먹을수록 몸에 좋다는 정보를 장기간 동안 많이 접했다. 그러나 환자 치료과정에 생선 과다섭취로 수은중독에 걸리는 현상이 자주 발생하고 있다. 아직까지 생선을 너무 많이 섭취하여 수은중독에 걸릴 수 있다는 명확한 입증자려가 없지만 환자치료 과정에 원인을 찾을 수 없는 병이 대량 발견되어 추적해보니 대부분 환자의 음식습관이 황새치, 참치, 상어 등 원양어류를 선호하는 것으로 밝혀졌다. 이들 환자 체내의 수은함량은 상당히 높았으며, 의사 건의대로 생선 섭취를 중단하니 모든 증상이 완화되었다.

칭장고원에서 최대 규모 태양광발전소 건설 한창

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건설이 한창인 10MW급 눠르카저(诺日喀则) 태양광발전소는 산동성의 티벳 지원 최대 프로젝트로서 투자규모는 8억 위안이다. 1기공사 부지는 400무(畝), 연간 발전량은 2,000만kW로, 오는 5월 말 계통연결형 발전을 본격적으로 가동한다. 동 프로젝트는 르카저시 10만 가구 농/목축민들의 한 해 동안 생활용 전력을 공급할 수 있어 현지용 전력부족난을 완화시킬 수 있을 뿐만 아니라 연간 7,000톤의 석탄을 절약할 수 있고 이산화탄소 1만 3,000톤을 감축할 수 있다. 이에 따라 이곳의 생태환경이 앞으로 크게 개선될 전망이다.

공업신식화부 스마트그리드와 특고압 송전망 구축에 박차

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3월 26일, 중국전력기업연합회 주관으로 개최된 '2011년 경제상황 및 전력발전 분석 예측회의'에서 쑤버(苏波) 공업신식화부 부부장은 신에너지 장비산업과 관련 핵심기술 개발에 주력해 저탄소 녹색성장을 촉진해야 한다고 밝혔다. 그는 이러한 목표를 달성하기 위해 고효율 청정석탄 발전장비, 특고압 송전기술, 스마트 그리드 등 3대 업종을 대대적으로 발전시켜야 한다고 명확히 제시했다. 이는 공업신식화부 고위 인사가 최초로 스마트그리드와 특고압 송전망에 대해 공식적으로 언급한 것이어서 주목받고 있다. 쑤버 부부장은 신에너지장비 분야에서 자체 지재권 보유 태양전지 및 태양열 이용 장비, 메가와트급 태양광 발전소 인터버 및 제어시스템, 메가와트급 풍력발전장비와 핵심부품 설계, 제조 기술을 본격적으로 발전시켜야 한다고 지적했다. 아울러 원전 분야에서는 첨단 원전 프로젝트를 통해 원자력발전 장비와 서비스산업의 발전을 촉진하고 대형 단조물, 압력용기, DCS(분산제어시스템), 원전용 밸브, 펌프의 자체 제조능력을 제고할 것을 요구했다. 저탄소 녹색성장과 관련해서는 고효율 청정석탄 발전장비와 특고압 등 대용량 첨단 송전기술・장비를 대대적으로 발전시켜 대규모 송전망 구축에 따른 전선 소모를 줄이고, 전력 공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보를 교환해 송배전 효율을 최적화하는 차세대 전력망인 스마트그리드 사업을 강화해야 한다고 강조했다. 또한 스마트그리드 표준시스템 구축과 기타 신에너지장비 연구개발을 강화할 것을 제시했다. 쑤버 부부장은 중국의 태양광전지 생산량이 세계 1위이나 스크린인쇄기, 고온 소결로 등 핵심설비는 여전히 수입에 의존하고 있어 독자적인 연구개발력 강화가 시급하다고 덧붙였다.

中, 고온의 철기반 초전도재료 중 신형 1차원 토폴로지 경계상태 최초 발견

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최근, 중국과학기술대학교 허페이(合肥)마이크로규모 물질과학국가실험실 왕정페이(王征飛) 교수는 미국유타대학교 류펑(劉鋒) 교수, 칭화(清華)대학교 쉐치쿤(薛其坤)원사, 마쉬춘(馬旭村) 연구원, 중국과학원물리연구소 저우싱장(周興江) 연구원과 협력하여 철기반 고온 초전도재료 중 신형 1차원 토폴로지 경계상태를 최초로 발견하였다. 해당 성과는 2016년 7월 4일 ‘Nature Materials’에 온라인으로 발표되었다. 초전도재료와 토폴로지재료는 최근 몇 년간 응집물질물리학 연구에서 큰 이슈로 되고 있다. 예측에 의하면, 토폴로지 초전도재료는 자기장에서의 소용돌이 중심에서 마요라나 페르미온(Majorana fermion)을 생성한다. 마요라나 페르미온의 반입자는 그 입자 자체이기에 기존의 전자기 또는 물리간섭에 의해 쉽게 파괴되지 않으며 양자 계산에서의 양자 비트 정의에 사용될 수 있으므로 기존 양자 비트의 결어긋남(Decoherence) 문제를 해결하는데 도움을 주어 그 생존시간을 향상시킬 수 있다. 양자계산은 기존 계산에 비해 양자 역학의 중첩 원리 우위를 갖고 있으며 기존 계산과 병행으로 처리할 수 있다. 자연계에서 아직까지 토폴로지 초전도재료를 발견하지 못하였다. 따라서 토폴로지 초전도재료를 찾기 위한 연구는 많은 관심을 받고 있다. 단일 재료 고온 토폴로지 초전도체를 구현하기 위해 연구팀은 FeSe/SrTiO3 신형 고온 초전도 재료를 연구대상으로 하고 이론적 계산, 주사형 터널 현미경과 각해상도 광전자 분광법과 결합시켜 그 반강자성 전자구성을 체계적으로 연구하였으며, 실제공간에서 스핀-궤도 결합으로 오픈한 토폴로지 에너지갭에서 신형 1차원 토폴로지 경계상태의 존재를 관측하였다. 해당 연구는 FeSe/SrTiO3에 동시에 존재하는 초전도체와 토폴로지 2가지 특성을 규명하였다. 따라서 전자와 홀 도핑을 통하여 초전도와 토폴로지 에너지갭 위치를 한층 더 조절할 수 있다. 이는 단일 재료 고온 토폴로지 초전도체와 마요라나 페르미온을 탐색하는데 새로운 연구경로를 개척하였다. 동시에 해당 연구는 또한 FeSe/SrTiO3의 고온 초전도 메커니즘을 한층 더 이해하는데 이로우며 철기반 고온 초전도재료의 메커니즘 연구를 추진하는데 매우 중요한 의미가 있다.

베이징대학, 세계 최초로 단분자 전자 스위치 소자 출시

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최근 베이징(北京)대학교 궈쉐펑(郭雪峰) 연구팀은 중외과학자들과 협력하여 디아릴에틴(diarylethene) 분자를 기능 중심으로, 그래핀을 전극으로 하는 가역 단분자광전자 스위치 소자를 구축하였으며 발명특허를 신청하였다. 이로써 세계 최초의 실제 안정적 조절가능한 단분자 전자 스위치 소자가 중국에서 출시되었다. 관련성과는 최근 ‘Science’에 발표되었다. 단일 분자를 이용한 전자소자의 구축은 현재 반도체 소자 마이크로화의 장애를 극복할 수 있으며 또한 조절가능한 단분자 전자 스위치 기능 구현은 분자가 핵심 구성요소로써 전자 소자에 응용될 수 있는지를 검증하는 핵심 절차이다. 연구팀은 이론적 시뮬레이션 예측과 분자 공학 설계를 통하여 디아릴에틴 기능 중심과 그래핀 전극 사이에 핵심적인 메틸렌기(methylene group)를 한층 더 도입하였다. 연구 결과, 새로운 시스템은 분자와 전극 사이 최적화한 경계면 결합작용을 구현하여 전체 가역적 광유도와 전기장 유도의 이중패턴 단분자 광전자 소자를 획기적으로 구축하였다. 그래핀 전극과 디아릴에틴 분자의 안정적 탄소 골격 및 고정적 분자/전극 사이 공유결합 연결방법은 이러한 단분자 스위치 소자로 하여금 전례 없는 스위치 정밀도, 안정성과 재현가능성을 보유하게 하여 미래 고도로 집적화된 정보처리장치, 분자 컴퓨터와 정확한 분자 진단기술 등 분야에 큰 응용 전망을 보이고 있다. 이 외, 연구팀은 기능분자가 핵심 부품으로 전자회로 구축에 이용될 수 있다는 것을 입증하였으며 이는 기능 분자를 실용 전자소자에 응용하는 첫걸음으로 된다.

난징이공대학교, 신형 티타늄 알루미늄 합금이 항공기 엔진에 이용

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최근 난징(南京)이공대학교 천광(陳光) 교수가 이끄는 연구팀은 국가973계획 지원아래 장기간의 연구를 거쳐 새로운 항공우주 재료인 티타늄 알루미늄 합금 분야에서 획기적인 성과를 거두었다. 해당 재료 실온 인장 소성, 굴복강도, 고온 크리프 저항 성능, 온도 수용 능력 등 핵심적 지표는 세계 최고 수준으로써 미국의 동종 재료보다 1-2개 수량급 더 높다. 2016년6월 20일, 관련 연구성과는 ‘Nature Materials’에 온라인으로 발표되었다. 2007년, 미국제너럴일렉트릭(GE) 회사에서 세계 최초로 Ti-48Al-2Cr-2Nb(이하 4822로 간칭) 합금으로 니켈기 고온합금을 대체하여 최후 2단 저압 터빈 날개를 제조하였다. 이로부터 티타늄 알루미늄 합금이 최초로 항공기 엔진에 응용되었다. GE 회사에서 사용한 4822 합금의 실온 인장 소성은 2%도 되지 않으며, 기타 금속간 화합물보다는 우수하지만 니켈기합금보다는 약하다. 따라서 GE 회사는 이러한 합금을 환경온도, 위험계수가 가장 낮은 말단 2단 날개에 사용함으로써 날개가 끊어져도 전반적인 비행기의 통제력은 잃지 않게 하였다. 티타늄 알루미늄 합금의 밀도는 니켈기 합금의 절반 밖에 되지 않아서 그램(g)을 무게 감소 단위로 하는 비행기 엔진에서 티타늄 알루미늄 합금은 현재 니켈기 고온 합금을 대체하는 최적 신형 경질 구조재료로 되고 있다. 항공기 엔진은 비행기 심장으로 불리며, 기초 연구 능력 부족으로 인하여 현재 중국 민용항공 엔진은 기본적으로 수입에 의존한다. 군용 전투기 엔진에서 비록 일정한 기술을 확보하였지만 핵심적 성능 지표는 선진국과 비교할 때 격차를 보이고 있다. 그 가운데 터빈 날개는 항공기 엔진에서 가장 핵심적인 핵심 부품이며 그 온도 수용능력은 엔진 성능, 특히 추력중량비를 직접 결정한다. 기존의 니켈기 합금의 각종 성능은 모두 양호하였지만 최대 결점은 너무 무거운 것이며 이로 인하여 엔진의 에너지효율비 향상에 직접적인 영향을 미친다. 천광 연구팀은 재료 성능에서 3가지 획기적인 성과를 얻었다. 1. 실온 인장 소성과 굴복강도는 각각 6.9%와 708MPa, 인장강도는 978MPa에 도달하여 고강도 고소성의 우수결합을 구현하였다. 2. 크리프 저항 성능이 우수하다. 3. 온도 수용능력이 크게 향상되었다. PST 티타늄 알루미늄 합금의 사용 온도는 900℃ 이상에 달하며 니켈기 합금과 유사한 레벨을 갖고 있고 또 날개 뿐만 아니라 터빈판, 고압압축 터빈 등 부품에 이용될 것으로 기대된다. 새로운 재료가 실험실로부터 직접 비행기에 조립되기까지 긴 시간이 필요하며 PST 티타늄 알루미늄 합금의 응용이 실현되기까지 5-10년의 시간이 필요하다.

중국, 1만 미터수준의 심연과학기술 유동실험실 공사 1단계 완공

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2016년 6월 8일 상하이(上海)에서 열린 제1회 국제심연정상포럼에 따르면 중국의 만 미터급 전 수심 심연(abyss)과학기술 유동실험실 1단계 공사가 곧 완공을 앞두고 있고 2017년 3월에 운영될 계획이며 또한 전세계 과학자들을 위해 개방·공유할 예정이다. 상하이해양대학교와 상하이차이훙위(彩虹鱼)해양과기주식유한회사가 공동으로 추진하는 만 미터급 심연과학기술 유동실험실은 과학관찰용 모선“장젠(张謇)”호, 만 미터급 전 수심 착륙장치 3대, 만 미터급 전 수심 복합형 무인잠수장치 1대, 만 미터급 전 수심3인 작업형 유인잠수정1대로 구성된다. “차이훙위” 심연 극한 도전으로 불리는 본 프로젝트는 두 단계에 걸쳐 건설된다. 본 프로젝트는 기대 이상의 성과를 거두었는데 2015년 말, 첫 만 미터급 착륙장치와 무인 잠수장치는 4,000미터 수심의 시운전을 끝냈고 2016년 3월, 배수량이4,800톤급인 “장젠”호 모선이 정식 진수하였으며 2016년 7월에 있게 될 첫 항해에서 남태평양의 섬나라 파푸아뉴기니에로 출항하여 수심 8,000미터 뉴브리튼 해구에 대한 2개월 동안의 연합 과학고찰을 진행할 예정이다. 2016년 12월부터 2017년 2월 사이, “장젠”호는 착륙장치 3대와 무인 잠수장치 1대를 탑재하고 마리아나 해구의 가장 깊은 곳인 수심 11,000미터 챌린저 해연(Challenger Deep)에 도착하여 해상 시험을 하게 된다. 국제 해양학계는 깊이 6,500미터 이하 해역을 심연이라고 부른다. 해당 영역은 인류가 도달하기 어려운 신비한 곳일 뿐만 아니라 생명기원 탐구와 각종 심해 연구에서 성과를 낼 수 있는 과학보물고이다. 제1회 국제심연정상포럼은 국가자연과학기금위원회 지구과학부, 국가해양국 홍보교육센터, 상하이해양대학교 등 기관이 공동 주최하였고 중국, 러시아, 미국, 일본 등 국가의 200여명 심연과학자와 학자들이 참석하였다.

제5기 국가중점기초연구개발계획 전문가자문팀 결성

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중국정부는 국가기초연구개발사업을 강화하기 위해 차기의 국가기초연구개발계획(973계획) 전문가자문팀을 새로이 결성했다. 9월 16일 제5기 국가중점기초연구개발계획 전문가자문팀을 결성하는 회의를 개최했다. 이번에 결성된 전문가자문팀은 47명의 과학자로 구성되는데, 저우광조(周光召) 중국과협 명예주석이 명예팀장을, 제11기 쉬관화(徐冠華) 전국정협 敎科文衛體위원회 주임이 팀장을 맡고, 천쟈얼(陳佳洱), 린취엔(林泉), 주다오번(朱道本)이 각각 부팀장을 맡았다. 973계획은 국가의 중대한 전략수요를 겨냥한 기초연구개발계획으로, 설립초기부터 고차원적인 전문가자문팀을 결성하였다. 전문가자문팀의 주요 직책은 973계획의 발전전략을 연구·기획하고 973계획 조직실시과정의 중요문제에 대한 의견과 제안을 하며, 973계획의 연도보고지침에 대한 건의를 제출하고, 입안과제에 대한 종합자문과 종료과제에 대한 평가심사를 하며, 973계획 과제의 중대한 조정에 대한 의견과 건의를 제출한다. 973계획은 10년 남짓이 추진해왔고, 과제경비는 초기의 3억위안이던데서 올해에는 35억위안으로 증가되었다. 중점지원분야도 초기의 6개에서 현재의 농업과학, 에너지과학, 정보과학, 자원환경과학, 건강과학, 재료과학, 제조·공정과학, 종합교차과학, 중대과학프론티어 등 9개 영역으로 늘였다. 그밖에 863계획, 지원계획, 국가중대전문과제 등과의 연계를 강화하기 위해 대형국유기업에서 전문가 6명을 파견하였다. 또한 홍콩과의 과학기술교류와 협력을 강화하기 위해 처음으로 홍콩의 과학자를 전문가자문팀의 구성원으로 초청했다. 중국은 10년동안 973계획을 추진하면서 경제와 사회 발전을 선도하는 역할을 강화하였고, 장기적인 기술축적과 학제간 융·복합을 통해 유인우주선, 청장철도, 남수북조와 같은 대형공정을 추진하였으며, 식량안전, 기후변화, 자원부족, 생태취약 등의 발전을 제약하는 병목문제를 해결하기 위해 과학적 기반을 다졌다. 고온초전도, 양자통신, 유도 다기능성 줄기세포와 같은 973계획의 부분 연구성과는 국제적으로 중요한 영향을 미쳤으며, 중국의 기초연구실력을 전 세계에 알렸다. 제5기 973계획 전문가자문팀의 주요 역할은 다음과 같다. 장기적인 발전에 입각하여 계획방향을 파악하고 탑레벨설계를 강화하여 국가 중대전략수요에 초점을 맞추고 과학목표지향을 더욱 강화하며 우수 연구진의 육성을 강화하며 국가의 경제와 사회발전을 제약하는 핵심과학문제 해결에 주력하여 중국의 기초연구사업의 발전을 위해 기여한다. 완강(萬鋼) 전국정협 부주석겸 과기부 부장, 왕웨이중(王偉中) 과기부 부부장, 저우광조, 쉬관화, 그리고 재정부, 교육부, 중국과학원, 자연과학기금위원회 등 부처의 관계자와 제4기, 제5기 973계획 전문가자문팀 팀원들이 이번 회의에 참석했다.

대련화학물리연구소 금속유기구조체 분리막 획기적 성과

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최근 중국과학원 대련화학물리연구소의 양워이선(杨维慎)연구원이 이끄는 무기막촉매신소재연구팀은 금속유기구조체(Metal Organic Frameworks, MOFs) 분리막 연구에서 획기적인 진전을 이룩했다. 최신성과는「Angewandte Chemie」(DOI: 10.1002/anie.201104383) 뒤표지 문장으로 발표되었는데, 이는 실제응용가치가 있는 MOFs분리막으로서 최초의 보도사례이다. 최근 MOFs재료는 흡착, 분리, 촉매 등 분야에서의 거대한 잠재응용가치로 인해 세계 각국 연구자들이 주목하는 인기분야가 되었다. 세계적으로 MOFs재료를 이용해 설계한 분자채 분리막(분자의 크기에 따라 소분자가 우선 통과)과 이를 응용한 기체분자의 크기에 따른 선택성 분리에 관한 연구가 활발히 추진되고 있다. 하지만 MOFs재료 자체에 존재하는 구조체의 유연성으로 인해 MOFs분자채 분리막의 대분자를 차단하는 효과가 떨어져 기체막분리분야의 응용이 제약받고 있다. 양워이선 연구팀은 MOFs재료(ZIF-8)의 구조체 유연성을 이용해 이소부탄올 분자가 ZIF-8나노입자에서 흡착하는 과정의 “gate-opening”효과를 실험으로 관찰하였고 이론모의를 거쳤다. 이러한 효과와 ZIF재료의 표면 초소수성 원리를 이용해 알코올류의 대분자는 우선 통과시키지만 크기가 더욱 작은 물분자는 차단하는 고성능 ZIF-8 나노복합막을 제작하였다. 이 분리막은 저농도 발효액중의 이소부탄올(제2세대 바이오연료)의 효율적인 농축이 가능한데, 분리계수는 34.9 - 40.1, 투과량은 6.4 - 8.6 kgh-1m-2에 달하여 문헌에 보도된 부탄올 농축막 성능의 상한치를 초과한 것으로 나타났다. 에너지소모량 분석결과, ZIF-8복합막의 삼투기화분리에 의한 에너지소모량은 증류에 의한 에너지소모량의 절반에 불과하여 산업응용전망이 밝다. 이 막분리기술은 바이오연료생산을 강력하게 추진할 가망성이 있는 유망연구성과이며, MOFs분리막의 대분자 선택성분리와 액체분리분야의 연구에 중요한 참조가치를 지닌다.

구면수차 보정기술을 이용한 리튬이온 저장메커니즘 연구

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투사전자현미경(TEM)은 높은 공간해상도에서 재료의 미시구조를 관찰하는 측정수단이다. 높은 공간해상도(0.1nm 미만)에서 재료의 물리화학 특성을 측정하여 응집체물리의 구체적 문제를 해결하는 것은 당대 과학기술발전의 필연적 추세가 되었다. 대물렌즈는 수차 특히 그중 구면수차의 제한을 받아 일반 전자현미경으로서는 옴스트롱 이하(sub-Angstrom) 척도에서는 직접적으로 영상을 형성하기 힘들다. 해상도를 높이는 수단은 주로 복잡한 도면처리와 계산에 의존할 수 밖에 없다. 20세기말 첫 구면수차 보정장비가 출시된 후 구면수차보정 전자현미경기술이 폭넓게 응용되면서 옴스트롱(Å) 수준의 높은 공간해상도에서 구조정보의 직접적인 획득이 가능케 되었다. 하지만 투사현미경으로는 수소, 리튬, 붕소, 탄소, 질소, 산소 등과 같은 가벼운 원소의 전자난반사 단면이 작아 일반적인 이미징법으로는 가벼운 원자의 공간위치를 직접적으로 식별할 수 없는 것이 단점이다. 최근 중국과학원 물리연구소/북경응집체물리 국가실험실(준비중) 선진재료·구조분석실험실의 구린(谷林) 연구원, 돤샤오펑(段曉峰)연구원, 허샤오칭(賀小慶)박사와 청정에너지실험실의 리훙(李泓)연구원, 후융성(胡勇胜)연구원, 천리췐(陳立泉)연구원은 독일 막스플랑크 고체연구소, 일본 정밀세라믹연구소, 도쿄대학의 연구자와 긴밀한 협력을 통해 선진적인 구면수차보정 스캔투사 링모양 명시야 이미징기술(STEM-ABF)을 이용해 양극재료 LiFePO4로부터 리튬이온을 직접 관찰하였고(http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja109412x), 실험조건과 이미지 콘트라스트(image contrast)와의 관계에 대한 체계적인 토론을 하였다(Mater. Express 1, 43-50, 2011). 처음으로 일부 충전한 LiFePO4로 리튬이온의 비월주사 탈출 현상을 관측하였는데, 이는 흑연에 존재하는 ‘계단’현상과 유사하였다. 이 발견은 앞서 제출한 상경계(phase boundary)이동, core-shell structure 등의 각종 반응모형과 모두 일치하지 않았다. 이는 재료의 리튬저장 메커니즘 및 ‘계단현상’을 심층적으로 인식하는데 중요한 의의가 있다. 이 결과가 발표되자 Malik Rahul 등은 Nature Mater. (10, 587-590, 2011)에 발표된 이론계산에 지지한다는 관점을 밝혔다.

다야완 중성미자검출기 중성미자 포집에 성공

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8월 15일 광동성 다야완에 위치한 중성미자검출기로 원자력발전소 반응로에서 방출된 중성미자를 포집하는데 성공함에 따라 반물질이 사라지는 비밀을 밝히는데 큰 역할을 할 것이라는 기대를 낳고 있다. 다야완 중성미자실험프로젝트는 중·미 양국간 기초과학분야 최대 협력프로젝트로, 2007년 10월 13일에 착공되어 4년이 지난, 올해 1월 8일에는 중성미자실험프로젝트과 관련하여 브리핑을 가진적 있다. 중국과학원, 중국과학기술부, 국가자연과학기금위원회, 미국에너지부 등의 지원을 받아 4년만에 건설된 대형과학공정인만큼 세계적인 주목을 받게 되었다. 프로젝트 건설단계인 2006년부터 중국, 미국, 홍콩, 대만, 러시아 등 6개 국가(지역), 39개 연구기관의 연구원 250명이 참여하였다. 당시 중국측의 설계방안이 가장 우수하다고 판단한 미국에너지부는 자국의 2개 실험방안을 전부 포기하고, 그 대신 미국과학자가 다야완 실험프로젝트에 합류하도록 지원하였다. 현재 이 프로젝트는 중미양국의 기초연구분야 최대 규모의 협력과제이며 미국에너지부가 해외에 투자한 제2위의 입자물리실험프로젝트로, 유럽의 대형강입자충돌기(LHC) 다음간다. 바이춘리(白春禮) 중국과학원 원장은 대형과학장비 가동식에서 기초과학분야의 국제협력 강화와 국가 기초연구분야의 창의적인 원천기술능력 향상에 있어서 다야완중성미자실험프로젝트가 지니는 의의가 깊다고 언급한바 있다. 중국과학원 고에너지연구소의 연구자는 희토류 화학 및 방사화학분야의 노하우를 바탕으로 새로운 화학배합방법과 화학제조방정식을 고안해냈고 소규모 테스트와 4톤의 확대시험을 마친 후 180톤을 생산하는 등 양산화에 성공하였다. 다야완의 중국측 연구자가 현재 한국의 중성미자실험 역시 중국의 배합방법을 사용하고 있다고 밝힐 정도로 중국의 화학배합방법이 선진국 수준임을 시사해준다.