Korea Institute of Science & Technology Information NANO ... · 최종 약물 전달체의...

위클리를 만들다 보면 문득 1호를 다시 보고 싶을때

가 있습니다. 그때 같은 열정이 아직 남아 있는지 확

인해보고 싶어서 입니다. 처음처럼…

어느덧 100호를 앞두고 있습니다. 많이 축하해주세

요. 자세한 내용은 5면 알림을 참고하세요.

NANO *NET of the Nano People by the Nano People for the Nano People

제98호

주간포커스 국내동향 4P

2004년 4월 30일 금요일 문의:(02) 3299-6011 Nano Weekly Korea Institute of Science & Technology Information

www.nanonet.info

2P

자기장을 이용하여 나노입자의 항암제

를 효과적으로 표적세포로 이동시키는

기술이 최근 국내 최초로 개발되었다.

난치병으로 인식되는 암은 그 동안 효과

적인 항암제가 많이 개발되었으나 그 독

성이 암세포 뿐만 아니라 정상세포에도

치명적으로 작용하여 그 사용량이 제한

되었다. 따라서 이미 70년대부터 선진국

에서는 약물을 표적세포에 효과적으로

전달하기 위한 연구를 활발하게 진행해오고 있다. 국내의 경우는 90년

대 부터 본격적인 연구가 시작되었다. 약물전달시스템(Drug Delivery

System, DDS)은 크게 지속성 약물방출시스템, 제어방출시스템, 표적

지향적 약물전달시스템으로 구분할 수 있다.

수소는 주기율표상의 대부분의 원소와 반응

하여 염유사 수소화물, 금속수소화물, 고중합

성 수소화물, 분자성 수소화물들을 만든다.

또한, 수소화물의 결합형태는 화합물의 고유

물성을 규정하며 합금설계의 기본이 된다.

금속수소화물의 수소저장 및 방출기구는 수

소가 금속과 접촉하여 금속의 표면에 물리

흡착되는 단계로 부터 비롯되며 분자상으로

물리 흡착된 수소가 protium 으로 해리되어

금속의 결정격자 사이로 확산되면서 상전이

가 이루어진다. 이렇게 확산된 수소는 포화

점에 이르러 수소화물을 형성한 이후, 온도

와 압력 등에 율속되어 가역적 방출 반응이

이루어진다. 이때 발열과 흡열반응을 동반하

게 되며 이와 같은 현상을 이용한 다양한 응용분야가 연구되고 있다.

• “2004 닮고 싶고 되고 싶은 과학기술인” 10명 선정

•미국 듀폰, 한국 벤처의 나노기술 구입 •한·미 나노기술 워크샵 개최 • KAIST, 세계적 연구소인 카벤디쉬(연)와 협력양해각서 체결

•영남대 원자력기초공동연구소 본격 가동 •나노구조 ‘컴퓨터 시뮬레이션’ 시대 •철원에 플라즈마단지 조성

•실리콘이 가지를 뻗고 있다 •머크 어워드 (Merck Award) 일본의 나노기술연구자에게

•대만, 나노산업에 조세혜택 부여

•도시바, 다중 90 나노미터 SoC 설계기술 개발

•유럽 대학들 나노기술관련 다양한 학위 과정 프로그램 제공

• SNT, 유기박막 대량생산 장치 개발 •나노기술의 아버지 '에릭 드렉슬러' 새로운 나노기술 웹사이트 오픈

• UC Davis, 자성분말로 나노 나침반 제작 •나노 신약 개발 활발 •㈜식스온, 절연성이 우수한 실리콘 카바이드 기판 개발

•중국, 세계최초로 3개의 손을 가진 광 핀셋장치 개발

수 소 저 장 합 금

Hydrogen Storage Alloy

|나노기술 심층정보분석보고서-⑧ 13P

국외동향 7P

표적 지향적 자성 나노 약물전달 캡슐 개발

특 집

자석암세포

표준과학연구원문대원 책임연구원

서울대 물리학부국양 교수

서울대 화학부백명현 교수

포항공대 생명과학과이영숙 교수

정보통신부진대제 장관

㈜코캄엔지니어링홍지준 대표이사

21세기 프론티어사업단이조원 단장

LG전자㈜백우현 사장

㈜KT 이용경 대표이사 서울대 생명과학부최재천 교수

NANO WEEKLY 제98호 2004년 4월 30일 2 면 주간포커스

연세대학교 의료원 송시영 교수는 연세

대 화학공학과 함승주, 설용건, 이강택 교

수팀과 함께 과학기술부 21세기 프론티어

지능형 마이크로시스템 개발 사업단(단장

박종오)의 연구개발 사업의 일환으로, 자

성 나노 약물 전달체를 개발하였다. 이는

질병이 있는 인체의 특정 부위에 약물을

집중시킴으로써 약물치료 효과를 극대화

할 수 있으며, 항암제 등의 약물에 의한 전

신적인 부작용을 최소화시킬 수 있는 기

술이다.

현재 암치료를 위해 항암약물 치료법이

널리 사용되고 있으나, 항암제가 암세포만

죽이지 않고, 정상적인 세포에도 영향을 주

어 많은 부작용을 유발하기 때문에 암세포

를 완전히 괴사시킬 수 있는 충분한 양의

항암약제 사용에 걸림돌이 되고 있는 실정

이다. 따라서, 암세포만 보다 선택적으로 죽

일 수 있도록 다양한 새로운 방법들이 연구

되고 있으며, 항원·항체 반응 및 생분해성

고분자를 이용한 나노 약물 전달체, 자성을

이용한 방법 등에 많은 관심이 기울여지고

있으나 아직 생체 내에서 효과적인 주목할

만한 연구결과가 없다.

특히, 인체 암의 대부분은 특정 장기에

발생한 고형암이므로 해당 장기의 병변에

약물이 보다 효과적으로 전달될 수 있는

약물 전달체계의 개발은 당면한 과제로

볼 수 있다.

자성 약물전달체에 사용되는 자성 입자

물질인 Ferrofluids(FFs) 는 쥐의 경우

250mg/kg까지 주입해도 독성이 없고, 인

체에도 1~3mg/kg까지는 안전함이 보고

되었다[J. Lab. Clin. Med., 110:164-171,

1987, Radiologe, 28:380-386, 1988].

송시영 교수 연구팀은 췌장암, 폐암 등

에 효과적인 약제로 알려진 항암제

(Gemcitabine, Eli Lilly, USA)를 자성물

질과 혼합한 후, 생체친화성 고분자 Poly

(ε-caprolactone)(PCL)을 이용하여 캡슐

화한 자성 약물전달체 (magnetic drug

carrier; MDC)를 나노 입자 크기로 제조

하였다. PCL은 최근 생물학적 제제 개발

에 많이 시도되고 있는 폴리머로 약제 혼

합의 용이성 때문에 널리 이용되고 있다.

최종 약물 전달체의 크기는 164nm, 약물

전달체 내 약물 농도는 2mg/ml, 자성은

0.2 Telsa(일반자석과 비슷한 정도의 자

력)에도 약물 전달체가 자장에 의해 이동

하였다. 약물방출의 경우 시험관 내에서 3

일 만에 50%, 5일 만에 100%의 약물이

약물전달체로부터 방출되었다.

누드 마우스를 이용한 자성 나노 약물

전달체의 생체 실험 결과, 나노 자성 입자

는 자기장을 걸어준 부위에 집중적으로

응집되었으며, 자장에 의한 약물의 종양

주변부 체류에 의해 암의 성장을 효율적

으로 억제하였다. 항암효과 및 생물학적

표적 지향적 자성 나노 약물전달 캡슐 개발 - 국내 최초의 자기장을 이용한 항암제 전달 체계 개발 -

자석

생체 친화성 고분자약물

자석입자

자성 나노 약물 전달체

혈관

혈관을 통한 표적지향성 자성 약물전달체계

자기장을 이용하여 나노입자의 항암제를 효과적으로 표적세포로 이동시키는

기술이 최근 국내 최초로 개발되었다. 난치병으로 인식되는 암은 그 동안 효과적

인 항암제가 많이 개발되었으나 그 독성이 암세포 뿐만 아니라 정상세포에도 치

명적으로 작용하여 그 사용량이 제한되었다. 따라서 이미 70년대부터 선진국에

서는 약물을 표적세포에 효과적으로 전달하기 위한 연구를 활발하게 진행해오고

있다. 국내의 경우는 90년대 부터 본격적인 연구가 시작되었다.

약물전달시스템(Drug Delivery System, DDS)은 크게 지속성 약물방출시스템,

제어방출시스템, 표적지향적 약물전달시스템으로 구분할 수 있다. 지속성 약물

방출시스템은 생체이용률(체순환혈에 들어간 약물량과 투여량에 대한 비율 및

체순환혈에 들어가는 속도)이 낮아 약물이 너무 서서히 흡수되거나 지나치게 빨

리 체외로 소실되는 경우 약물의 방출속도를 늦출 수 있도록 설계된 시스템이다.

제어 방출시스템은 표적부위의 농도를 제어하는 경우로 지속성 시스템의 경우처

럼 약물전달시간을 연장할 뿐만 아니라 약물방출속도의 재현 및 예측까지 가능

한 시스템을 말한다. 마지막으로 표적지향적 약물시스템은 약물의 불필요한 분

포를 억제하여 비표적부위를 보호하고 표적부위로만 약물을 전달하는 방법으로

이번 국내 연구진이 개발한 자성 나노 약물전달 캡슐 시스템이 이에 속한다.

국내 연구진이 이루어낸 개가를 과학기술부 자료를 바탕으로 아래와 같이 소

개한다.

자성물질 및 치료제를 생분해성 고분자로

캡슐화한 164nm 크기의 나노입자 개발

약물 효과의 최대화 및 약물 부작용의 극소화

적으로 고농도의 약제를 집적시킬 수 있

음을 의미한다. 따라서 이 기술을 이용할

경우 향후 항암약제의 농도를 보다 높혀

효과적으로 치료할 수 있음과 아울러, 약

제의 독성에 의한 부작용을 현저히 경감

시킬 수 있을 것으로 전망된다.

자기성 물질 및 치료제를 생분해성 고

분자로 캡슐화한 나노 입자의 제조 방법

및 본 조성물을 이용하는 것을 특징으로

하는 표적 지향적 치료제 전달 방법에 관

해, 국내 1건의 특허를 출원하였다(출원번

호 : 2003-0027675 호).

이 연구는 암으로 고통 받고 있는 수많

은 환자들에게 기존 항암치료 방법의 부

작용을 줄임과 동시에 보다 큰 치료 효과

를 줄 수 있을 것으로 기대된다. 또한 항암

제뿐만 아니라, 국소 부위의 치료를 요하

는 다른 질병들에 대한 약물전달에도 큰

효과가 있을 것으로 기대된다.

참고

과학기술부 2004.4.28자 보도자료 내용

NANO WEEKLY 제98호 2004년 4월 30일 3 면 주간포커스

활성도를 측정하기 위해 누드 마우스의

대퇴부 양측 피하에 사람의 췌장암 세포

를 이식하여 암을 형성시킨 후, 항암제를

함유한 자성 나노 약물전달체를 일주 간

격으로 3주간 투여하였고 매번 약제 투여

후, 병변 부위에 자장을 걸어 주었고, 3주

후 종양의 크기를 비교한 결과 자장을 주

었을 경우 암의 크기가 자장을 주지 않았

을 경우에 비해 통계적으로 의미 있게 감

소하는 것을 확인하였다.

이러한 항암 효과가 자장에 의한 항암

제의 국소 농축에 기인한 것인지를 확인

하기 위해 자장 처리한 실험군과 비처리

실험군에서 암 조직을 적출한 후, 철 염색

을 통하여 철분 분포를 조사한 결과, 자장

을 준 경우에 한하여 종양 부위에 철분이

집적되어 있음을 확인하였다.

자성 나노 약물전달체에 10mg/kg 농

도의 Gemcitabine을 함유시켰을 때의 치

료효과는, 자성 나노 약물전달체를 이용

하지 않고 통상의 Gemcitabine 단독 치료

방법으로 약 150mg/kg의 농도를 사용하

였을 경우의 효과와 비슷하다. 이는 자성

나노 약물전달체를 이용할 경우, 기존 사

용 농도의 1/15에 해당하는 약제만으로도

목표로 하는 특정 조직 또는 장기에 국소

국내외 유사 개발 기술과의 차이점

▶ 미국 샌디에고의 FeRx Inc.는 metallic iron과 활성탄소로 이루어진 magnetic

targeted carrier(MTC) system을 개발하여 제품화 및 여러 종류의 약물로 임상

실험을 진행하고 있음. 그러나 이 방법은 단지 활성탄소가 약제를 흡착시킨다

는 특성을 이용하여 이를 철분 제제와 혼합하여 주입한 후, 자장을 걸어준다는

개념에 불과하여 본 개발결과와 많은 차이가 있음.

▶ 독일의 Lubbe 박사는 ferrofluids(FFs)와 항암제인 mitoxantrone (MTX)을 결

합시킨 후, 동물모델(토끼)에서 magnetic drug targeting 효과를 검증하였음.

그러나, 이 경우, FF-MTX은 이온 결합으로 가역적이긴 하나, 약물의 방출이

생리 환경에 영향을 받으며, 이 방법 역시 안정적으로 철분제제와 약제의 혼합

이 가능하지 않으며 혼합물의 크기 등에 많은 제약이 있음. [Cancer Research,

60: 6641-6648, 2000]

▶ 미국 Northeastern 대학의 Amiji 박사는 tamoxifen을 캡슐화한 생체 분해성

nanoparticle [Poly(ε-caprolactone), PCL]을 이용 하여, 유방암에서 표적지

향 약물 전달의 유용성을 발표함. [Int. J. of Pharm., 249: 127-138, 2002]

이상의 주요 결과들은 이번에 국내 연구진이 개발한 생체 분해성 polymer에

magnetite와 약물을 캡슐화한 방식과 차별된다. 특히 약제를 magnetite와 일정한

농도로 혼합한 후, 이를 폴리머인 PCL로 감싼 나노입자를 164nm의 일정한 크기

의 물질의 개발은 아직 시도된 바가 없다.

자석암세포

(a) 대조군 (b) 실험군

동물모델에서 자성 나노입자의 효과 : 자성 나노입자가 종양의 크기를 현저히 감소시킨다

연세대 의과대학 송시영 교수

연세대 화공생명공학부 함승주 교수

NANO WEEKLY 제98호 2004년 4월 30일 4 면 국 내 동 향

- 청소년의 역할모델이 될 수 있는 과

학기술인 추천, 홍보 -

과학기술부 (장관 오명) 와 한국과학문

화재단(이사장 崔永煥)은 청소년들의 과

학에 대한 관심을 높이고 과학기술계로

의 진출을 장려하기 위해 학술연구, 산

업, 사회문화의 3개 분야에서 청소년들

의 역할 모델이 될 수 있는 뛰어난 인품

과 경력을 가진 과학기술인 10명을 선정,

발표하였다.

학술연구분야에서 국양(鞠樑, 52세, 서

울대학교 물리학부 교수), 문대원(文大

元, 51세, 한국표준과학연구원 책임연구

원), 백명현 (白明鉉, 56세, 서울대학교

화학부 교수), 이영숙(李永淑, 50세, 포

항공과대학교 생명과학과 교수), 이조원

(李兆遠, 52세, 21세기프론티어사업단

장)이, 산업계에서는 홍지준(洪智俊, 50

세, (주)코캄 엔지니어링 대표이사), 백

우현(白禹鉉, 57세, LG전자(주) 사장),

이용경(李容璟, 63세, (주)KT 대표이사)

가, 사회문화계에서는 진대제 (陳大濟,

52세, 정보통신부 장관)와 최재천(崔在

天, 50세, 서울대학교 생명과학부 교수)

이 각각 선정되었다.

선정된 과학기술인들은 그 연구활동,

업적, 생활모습 등은 방송, 신문, 잡지,

인터넷 등을 통해 소개, 홍보되고 청소년

들을 대상으로 한 과학기술강연을 하는

등 과학기술인의 이미지를 높이는 홍보

대사의 역할을 담당하게 된다.

“닮고 싶고 되고 싶은 과학기술인” 선

정 기념식은 2004년 4월 26일(월) 오후

6시, 그랜드인터컨티넨탈호텔에서 과학

기술부 장관 등 각계인사가 참여한 가운

데 거행되었다.

과학기술부 2004.4.27(화)

제3회 한·미 나노기술 워크샵이 오는 5

월 10일부터 11일까지 한양종합기술연

구원에서 개최된다. 이번 행사는 올해로

3회째 맞는 나노소재 및 나노공정에 관

한 워크샵(The 3rd US-Korea Work-

shop on Nanostructured Materials

and Nanomanufacturing) 뿐만 아니라

제1회 나노전자공학 워크샵 (The 1st

US-Korea Workshop on Nanoelec-

tronics)이 추가되었다.

나노소재 및 나노공정분야에는 한국측

과 미국측 각각 9명의 연사가 참가하여

발표하고 나노전자공학 분야에는 11명

의 한국측 연사와 15명의 미국측 연사가

참가할 예정이다.

이 워크샵에 관한 모든 비용은 미공군

에서 지원되며 시설 및 장소는 한양대에

서 지원한다. 행사에 관한 자세한 내용은

NANO*NET(www.nanonet.info) 행사

게시판을 참고하면 된다.

한·미 나노기술 워크샵 개최

“2004 닮고 싶고 되고 싶은 과학기술인” 10명 선정

표준과학연구원문대원 책임연구원

서울대 물리학부국양 교수

서울대 화학부백명현 교수

포항공대 생명과학과이영숙 교수

정보통신부진대제 장관

㈜코캄엔지니어링홍지준 대표이사

21세기 프론티어사업단이조원 단장

LG전자㈜백우현 사장

㈜KT 이용경 대표이사 서울대 생명과학부최재천 교수

THE 3RD US-KOREA WORKSHOP ON NANOSTRUCTURED MATERIALS AND NANOMANUFACTURING & THE 1ST US-KOREA

WORKSHOP ON NANOELECTRONICS

May 10-11, 2004 Hanyang University, Seoul, Korea

미국 듀폰,

한국 벤처의 나노기술 구입

시화공단내 나노테크닉

세계적인 화학업체인 미국 듀폰사가 국

내 벤처기업에서 기술을 사들여 그 기술

을 이용해 제품을 생산할 계획인 것으로

알려졌다.

경기도측은 26일 “미국 듀폰이 시화공

단 내 벤처기업인 나노테크닉사로부터 초

극세사(超極細絲) 제조 기술인 나노섬유

양산 기술을 구입했다”고 밝혔다. 나노섬

유는 인조 피부나 의료용 붕대, 생화학무

기 방어용 의복 등에 사용하는 첨단 소재

로 2007년쯤이면 세계시장 규모가 240

억달러에 이를 전망이다.

경기도측은 “기술 매입대금 자체는 그

다지 크지 않지만 기술을 매입한 듀폰이

경기도 내에 나노테크닉사와 공동 연구개

발센터 설립을 고려하고 있어 대규모 투

자를 기대하고 있다”고 밝혔다.

조선일보 2004.4.26(월)


KAIST, 세계적 연구소인 카벤디쉬연구소와 협력양해각서 체결

과학기술부(장관 : 오명)는 2004년

4월 26일(영국 시간) 영국 캠브리지 대

학 카벤디쉬 연구소와 한국과학기술원

간에 『카벤디쉬(연) 연구협력센터』 설

립을 위한 양해각서를 체결했다고 밝혔

다.

동북아 R&D 허브 구축을 위한 해외

우수 연구기관 유치사업의 일환으로

2002년 11월 과기부장관의 영국 방문시

에 캠브리지 대학측에 제안한 이래 과기

부, KAIST관계자들이 1년 6개월의 노

력 끝에 이번에 결실을 맺게 된 것이다.

양해각서 서명은 2004년 4월 26일

영국 캠브리지 대학교에서 양측 관계자

들이 참석한 가운데 한국과학기술원의

김상수 연구처장과 캠브리지 대학교의

Simon Jones 연구협력처장 간에 이루어

질 예정이다.

금번에 체결될 양해각서를 토대로 한

국과학기술원에 설립될『Cavendish 연

구협력센터』는 카벤디쉬 연구소 세계

적 과학자와 국내 우수과학자들과의 연

구협력을 전담·지원하는 창구기능을 수

행할 것이다.

협력활동은 주로 양국 과학자들이 관

심있는 연구 과제를 공동으로 발굴하고

과학자의 상호교류, 카벤디쉬 (연) 석학

의 특강 등의 쌍방향 협력체제로 이루어

지게 된다.

특히, 협력분야는 초기에 나노전자학,

스핀전자학, 광전자학, 바이오물리학 등

카벤디쉬(연)의 강점분야를 중심으로 시

작하여 점차 우리의 전략기술 분야로 확

대할 계획이다.

또한, 영국 캠브리지대학교에도 ‘카

벤디쉬 연구협력 사무소’를 설치하여 국

내 과학자의 카벤디쉬 (연) 연구 참여를

적극 지원할 계획이다.

이번에 양해각서를 체결하는 카벤디

쉬 연구소는 전자파이론을 제창한 맥스

웰(J.C. Maxwell), 전자를 발견한 톰슨(J.

J. Thomson), DNA 이중나선구조를 밝

혀낸 크릭·왓슨(Crick·Watson) 등을 비

롯해 지금까지 총 28명의 노벨수상자를

배출한 세계 최고의 기초과학분야의 연

구기관으로 최근에는 천체물리학, 고체

물리학, 나노전자학, 바이오물리학 등에

서 탁월한 성과를 거두고 있다.

이번 양해각서 체결은 우리의 학문적

위상 및 연구역량 제고 측면에서 새로운

연구협력모델을 마련하는 계기가 될 것

으로 기대된다.

먼저, 카벤디쉬(연)의 탁월하고 창의

적인 연구·교육철학, 선진연구관리기법

을 체득함으로써, 국내 기초연구역량을

획기적으로 제고할 수 있을 것으로 보인

다.

또한, 세계적 브랜드를 가지고 있는

카벤디쉬 연구소와의 연구협력센터를

설치·운영함으로써, 우리의 연구수준을

전 세계에 알리고 인식을 한 단계 높이

는 계기가 될 것으로 기대된다.

아울러, 카벤디쉬 연구소가 가진 인

적 네트워크, 연구자료 등에 자연스럽게

접근함으로써 선진기술의 이전이 용이

할 것으로 기대된다.

끝으로 과학기술부는 2004년 상반기

내 카벤디쉬(연) 연구협력센터의 개소를

목표로 정부차원의 각종 필요한 지원방

안을 적극 강구해 나갈 계획이다.

과학기술부 2004.4.26(월)

- 상반기 중, 카벤디쉬 연구협력센터 설치 추진 -

영남대는 고리·월성·울진 원전의 안전

성 확보방안 등을 중점 모색하는 원자력

기초공동연구소가 본격 가동에 들어간

다고 26일 밝혔다.

오는 28일 개소식을 갖는 이 연구소

는 영남대 채영석 교수를 비롯, 영남대·

경북대의 기계공학부·무기재료공학과·

컴퓨터공학과 교수 등이 연구원으로 참

여하며 지역대학 및 원자력발전소와의

협력속에 2009년 5월말까지 약 16억원

의 국비지원 프로젝트를 수행한다.

특히 이 연구소는 지난 70~80년대 초

고속산업화 기간에 집중 건설된 국내 원

전의 안전사고 발생위험을 줄이고 기존

설비의 수명연장 방안을 모색하는 ‘고온

프레팅(fretting) 규명 및 마모 평가 시스

템 개발’ 프로젝트를 중점 연구한다.

연구소장인 채영석 교수는 "원자력은

차세대에너지원으로 각광받고 있지만

안전성 확보가 다소 문제가 되고 있

다"면서 "원전 안전성 확보를 위해 기계

공학과 생명공학, 나노기술 등 최첨단 학

문과의 학제(學際)간, 대학간, 연구소간

공동연구를 진행할 것"이라고 말했다.

연합뉴스 2004.4.26(월)

영남대 원자력기초공동연구소 본격 가동

Nano Weekly는 2002년 5월, 1호를

시작으로 어느덧 100호를 앞두고 있

습니다. 이와 관련하여 Nano Weekly

에서는 독자의 의견을 받습니다.

Nano Weekly에 바라는 점이나 100호

축하 메시지 등 다양한 글을 100자내

내외로 5월 10일까지 [email protected]

로 보내주세요. 보내주신 소중한 글은

Nano Weekly 100호에 소개됩니다.

독자 여러분의 많은 관심 부탁드립니

다.

Nano Weekly는 국내 대표 나노기술

소식지로 거듭나기 위해 열심히 노력

하겠습니다. 감사합니다.

100호 알림

골격으로 하고 있다”며, “따라서 미리 가

정된 후보 구조군(群) 중에서 반드시 결

정되는 불완전한 측면을 갖고 있었다”고

설명했다.

반면에 기존의 컴퓨터 모사방법은 후

보 구조들을 가정하지 않는다는 면에서

장점이 있으나, 현실성 있는 계산시간 내

에서 안정한 구조를 예측하는 데는 많은

기술적 한계를 갖고 있다.

이에 대한 대안으로서 허준 교수가 연

구하는 장이론 모사방법은 기존의 이론

과 컴퓨터 모사방법의 장점을 서로 보완

한 것으로, 이론적으로 기술된 밀도장 및

화학포텐셜장 등의 시간적 변화를 모사

기법에 의해 구현함으로써 후보 구조군

을 가정하지 않고 주어진 계의 나노패턴

을 모사공간에서 스스로 발현시키는 방

법이다.

현재 해외에서 계산화학 및 계산재료

연구가 활발한 데 비해 국내에서는 고분

자 나노 상분리 현상에 관한 소프트웨어

개발이 전무한 상황이다. 허교수는 “소

나노기술을 재료개발에 적용하기 위한

원천기술로 나노 패턴 제어기술의 중요

성이 부각되는 가운데, 지금까지 직접적

인 실험에 의존해온 국내 나노 패터닝

연구가 컴퓨터 시뮬레이션을 이용함으

로써 새로운 전기를 맞을 전망이다.

서울대학교 공과대학 재료공학부 허준

교수 연구팀은 고분자 자기조립 (self

assembly) 현상에 따른 나노미세상 구

조 패턴을 예측하는 이론 및 전산모사기

술을 개발, 소프트웨어화하는 연구를 진

행하고 있다. 연구팀은 블록공중합체

(block copolymer) 및 초 분 자 체

(supramolecule) 등 자기조립 기능이

있는 고분자 재료에 의한 나노 패턴의

발현기구를 장이론 (field theory) 을 통

해 체계적으로 모델화할 계획이다. 허준

교수는 “화학종·성분비·분자구조·분산도

등 고분자의 고유인자와 응력·전자기장·

공간제약 등 가공상의 외부인자에 따른

나노 상분리 발현 구조를 예측하는 계산

기법은 나노 패터닝과 연계된 모든 응용

기술에 적용되는 포괄적 원천기술로 주

목받고 있다”고 말했다.

최근 컴퓨터 시뮬레이션에 의한 분자

모델링 방법이 고분자 나노과학 전분야

에서 이용되고 있는데, 분자 모델링은 아

직 합성되지 않은 새로운 고분자의 실제

합성에 앞서 미리 컴퓨터에 의한 예비실

험을 통해 물질의 특성을 예측하는 것으

로, 이처럼 컴퓨터 시뮬레이션은 실험과

이론을 보완하는 중요한 도구로 부상하

고 있다.

현재까지 나노 패터닝에 대한 대다수

의 연구는 실험에 근거한 시행착오법에

의존해왔고 이로 인해 막대한 규모의 연

구비와 인적노력이 투입되고 있는데, 시

행착오법에 의한 연구비 손실을 줄이고

보다 효과적인 연구를 위해 전산모사기

법 등 나노구조에 관한 계산기법의 개발

이 시급하다는 평가이다.

허준 교수는 “나노 미세상 구조에 관한

기존의 이론은 몇 가지 나노구조 후보들

을 미리 가정하고 물리적 양을 제한적으

로 비교함으로써 주어진 고유인자하에

서 안정한 나노구조를 예측하는 과정을

나노구조 ‘컴퓨터 시뮬레이션’ 시대 고분자 나노패터닝 소프트웨어 개발연구

서울대 재료공학부 허준 교수팀


프트웨어 개발기법 측면에서 본다면 수

십 년간 노하우를 축적해온 외국과는 격

차가 크지만, 나노 패턴 예측에 필요한

이론이나 모사 방법론 등은 우리도 이미

상당한 수준에 올라 있다”고 말했다. 따

라서 고가의 워크스테이션 시스템 중심

의 해외에 비해 국내에서는 PC를 겨냥

하는 저가의 소프트웨어를 개발한다면

경쟁력이 있다는 전망이다.

과학신문 2004.4.23(금)

강원 철원군에 플라즈마 종합 연구단

지와 신기술 산업단지가 건설된다.

강원도는 28일 반도체·자동차 등 신

소재 산업 등에 활용되는 원천 기술로

성장 가능성이 높은 플라즈마 산업을 육

성키로 하고 철원군과 공동으로 연구단

지와 산업단지가 병행되는 종합단지를

조성키로 했다고 밝혔다.

도는 이를 위해 2억원을 들여 전문 연

구기관에 ‘플라즈마 종합연구단지 및 신

기술산업단지 조성에 관한 기본구상 및

타당성 조사 용역’을 의뢰키로 했다.

또 현재 철원군 서면 자등리 구 송동

분교에 있는 카프라 물리기술연구소의

환경개선을 위해 6억원을 투입, 연구실

과 자료실 등을 갖춘 300평규모의 연구

동을 내년까지 신축키로 했다.

도와 철원군은 용역결과에 따라 ▲전

자빔 응용연구 개발센터 ▲카프라 물리

기술연구소 ▲플라즈마 산업기술연구소

▲극 초정밀 공작실 등을 설립할 계획이

다.

이 같은 시설이 완공된 뒤 플라즈마

기술을 활용하는 기업 유치를 위해 김화

농공단지를 산업단지로 활용하고 추가

로 신기술산업단지를 새로 조성하게 된

다.

도는 이같은 사업을 위해 이근식 도

산업경제국장을 단장으로 하는 13명의

추진기획단을 구성했다.

도 관계자는 “성장 가능성이 큰 원천

기술인 플라즈마 기술을 국책사업으로

추진하도록 정부에 건의할 예정”이라며

“플라즈마산업을 강원지역 혁신발전 5

개년계획에 반영해 국비지원을 받도록

하겠다”고 말했다

경향신문 2004.4.28(수)

철원에 플라즈마단지 조성

NANO WEEKLY 제98호 2004년 4월 30일 7 면 국 외 동 향

미국 연구자들이 나뭇가지형 망상구

조(tree-like network)의 나노와이어를

성장시켜 “뇌와 유사하게 3차원적으로

상호연결된 컴퓨팅구조”개발의 가능성

을 열었다. 미국 하버드대학(Cambridge,

Massachusetts) 의 Charles Lieber와

동료 연구진은 반도체 새싹 가지로부터

나노와이어를 제작하는 방법을 발견했

다. 이들은 가지의 생성 과정을 반복하여

첫 번째 가지들로부터 두 번째 가지들을

성장시키는 방법으로 반도체 나노나무

(nano-tree)를 제작했다.

각기 다른 형태의 반도체 즉, p형과 n

형 소재(각각 양 또는 음으로 하전된 입

자들(정공과 전자)에 의해 전류가 운반

됨)로부터 각 세대의 가지를 성장시킴으

로써 분기점(branching point)을 전자소

자로 전환시킬 수 있었다. 예컨대, 이러

한 p형과 n형 반도체간의 접합은 다이오

드로서 작용할 수 있다.

이런 식으로 가지달린 나노와이어 구

조는 하나의 회로로 기능할 수 있는 배

선된 소자의 집합이 된다. 이를 충분히

합리적인 방법으로 제작하기 위해서는

새로운 가지의 눈(sprout)을 더욱 정밀

하게 조절해야 한다.

Lieber 연구팀은 이미 다양한 반도체

소재들로부터 나노와이어를 제작하는

방법을 개발했다 - 실리콘(silicon), Ⅲ-

Ⅴ반도체(indium phosphide) 및 Ⅱ-Ⅵ

반도체 (cadmium selenide, zinc sul-

phide). 이 기술은 촉매금속 나노결정 위

에 반도체 재료의 증기를 화학증착하는

것을 포함하고 있다. 와이어의 직경은 촉

매입자의 직경에 의해 조절된다.

가지달린 나노와이어를 제작하기 위

해, 이 공정은 새로운 촉매입자들이 기존

와이어에 부착하는 것을 반복한다. Lie-

ber와 동료들은 금 촉매와 실리콘 나노

와 이 어 , 니 켈 촉 매 와 갈 륨 질 화 물

(gallium nitride) 와이어를 사용해 이 원

리를 실증해 보였다. 와이어 자체 보다

직경이 더 작은 입자들을 사용하여 용액

중의 촉매 나노입자를 기존의 중심줄기

와이어(backbone wire)에 증착시켰다.

예를 들면 30nm 실리콘 나노와이어

의 길이를 따라 성기게 분포된 20nm 폭

의 금 나노입자는 약 22nm 폭의 가지들

을 생성했다. 이 가지들의 밀도는 원 용

액의 촉매입자 농도에 따라 결정된다. 그

러나 아직까지 연구자들은 가지의 생성

점에 대한 정밀 제어는 하지 못하고 있

다.

실리콘 상에서 새로운 가지들은 중심

줄기에 대해 60~70도의 상당히 잘 정의

된 각도로 성장한다. 접합부위를 투과전

자현미경 (Transmission Electron Mi-

croscope, TEM)으로 면밀히 조사한 바,

Lieber와 동료 연구진은 새로운 가지의

원자 격자(atomic lattice)가 중심줄기의

원자격자와 나란히 배열된 에피택시 성

장이라는 것을 알았다. 이는 분기 각도

(branching angle) 가 재료의 결정축

(crystallographic axis)에 의해 결정된

다는 것을 의미한다.

이는 중요한 사실인데, 예컨대 중심줄

기와 가지가 각각 p형과 n형 실리콘이라

면 이 둘 사이에는 소자와 같은 전자적

특성을 발현할 수 있는 매끄러운 고품질

의 접합이 생성된다는 것을 의미하기 때

문이다. 하버드 연구진의 예비연구결과

는 이러한 접합이 정말로 p-n 다이오드

뿐 아니라 전계효과 트랜지스터 (field-

effect transistor) 로도 작동할 수 있음

을 보여주고 있다. 다시 말해, 가지달린

나노구조는 반도체 와이어에 의해 연결

되는 전자스위치를 가질 수 있다.

지금까지 연구진은 각기 다른 직경의

촉매입자를 사용하여 40nm 실리콘 중심

줄기로부터 성장한 20nm 가지 위에

10nm 와이어를 성장시킴으로써 2세대

가지의 제작에는 성공을 거두었다. 그러

나 가지의 계층 구조는 아직 완벽하지는

않다. 일부의 10nm 금 나노입자는 중심

줄기 뿐 아니라 20nm 가지에도 달라붙

어, 10nm 와이어가 중심줄기로부터 직

접 성장하게 된다. 이러한 현상을 피하기

위해서는 촉매입자의 증착이 보다 선택

적이어야 한다. 또 생물의 혈관계나 신경

망과 같이 복잡한 망상구조로 가지들을

연결하려면 별개의 중심줄기 상의 가지

들을 서로 융합시키는 방법을 강구해야

한다.

References

1. Wang D., Qian F., Yang C., Zhong Z. &

Lieber C. M. Rational growth of branched and

hyperbranched nanowire structures. Nano

Letters advance online publication (2004)

Nature 2004.4.15(목)

실리콘이 가지를 뻗고 있다

머크 어워드 (Merck Award)

일본의 나노기술연구자에게

분석 화학(Analytical Chemistry) 분

야의 공로가 인정되는 사람에게 수여되

는 머크 어워드 (Heinrich Emanuel

Merck Award)의 수상자가 선정되었다.

올해의 머크 어워드는 일본 도쿠시마 대

학 물리화학과 요시노부 바바(45) 교수

가 수상한다. 바바교수는 올해 Nature에

게재된 "Nanospheres for DNA sepa-

ration chips"(Nature Biotechnology,

2004, 22)라는 제목의 논문에 대한 공로

가 인정되었다. 바바 교수는 이 논문에

서 나노기술을 이용하여 고속, 고해상도

로 DNA 단편을 분리해내는 기술을 소

개하였다. 나노구(Nanosphere) 용액이

15,000개의 염기쌍으로 구성된 DNA

단편들을 고속, 고해상도로 구분할 수

있음을 실험으로 입증하였다. 또한 점성

도가 매우 낮은 나노구 용액은 다루기가

쉽고 다른 특별한 장치가 없이도 DNA

분석이 가능하다는 장점을 가지고 있다.

바바교수는 나노소재가 칩 기반의

DNA 분석에 응용 가능함을 증명하여

나노기술과 바이오기술을 접목할 수 있

는 새로운 장을 열었다. 올해의 머크 상

은 오는 9월 5일 스페인의 살라만카에

서 열리는 'Euroanalysis XII confer-

ence'에서 수여될 예정이다.

Chemie.de 2004.4.22(목)


올해 대만정부는 자국의 나노과학기술

산업계에 큰 선물을 하나 선사할 예정이

다.

대만 경제부(MOEA)는 제조업과 기술

서비스업 분야 중에서 주요 신흥 전략산

업의 지원을 골자로 하는 법안인「新興重

要策略性産業屬於製造業及技術服務業部

分奬勵辦法」의 적용 범위에 나노기술공

업을 포함시킬 예정인데, 먼저 시행초기

에는 나노제품 분야를 위주로 하여 장려

대상을 확정했으며, 나노제품을 연구개발

하는 업체들은 여기에 포함되지 않는다.

빠르면 내년쯤에 실행될 것으로 보이며,

발효시점부터 5년의 기간동안 정부가 세

금 및 주주들의 투자에 부과되는 세액을

면제해 주는 등의 특혜를 부여하게 된다.

공업국의 한 관리는 얼마전 타이중(台

中)에서 열린 한 좌담회에 참석하여, “공

업국은 나노기술공업을 조세장려범위에

포함시킬 것이며, 현재 전체적인 안을 정

리하는 작업중에 있다. 나노제품이냐 아

니냐는 ▲나노미터 크기 ▲새로운 특성 ▲

전문가 및 연구조직들의 인증 등 3가지 기

준이 평가의 조건이 될 것이다. 그 중 ‘나

노미터’의 범위는 1nm에서 100nm 이내

로 정의하였다”라고 말했다.

그는 또한 “나노산업은 재료, 부품, 화

공분야 등에 관련이 있고, 매우 광범위하

므로 조세감면으로 인해 정부가 받게 되

는 세입타격의 완화를 위해, 공업국은 우

선 나노제품 분야만을 조세혜택의 첫 대

상으로 확정한 것이다. 나노설비 제조업

체 및 제품의 검증 및 테스트를 전문으로

하는 조직들은 현재 지원대상에서 잠시

제외되었다”라고 말하였다.

중싱대학(中興大學) 나노과학기술센터

서비스 확산팀의 양시항 (楊錫杭) 팀장은

“만약 나노기술공업이 조세장려혜택의 범

위에 포함될 수 있다면, 그것은 업계의 입

장에서 볼 때 하나의 긍정적 사건이다. 그

러나, 조세혜택의 대상으로 ‘나노제품’을

강조하는 것 이외에도, 업체가 연구개발

능력 및 인력

을 보유하고

있는지를 고

려해야 한다. 그

렇지 않으면, 업체는 나노기술을 외부에

서 사들여 제품을 생산하기만 해도 조세

혜택을 받을 수 있게 되고, 이는 대만의 장

기적인 나노산업발전에 결코 실질적인 보

탬이 되지 못할 것이다”고 지적하였다.

특히, 나노기술은 신흥산업의 범주에

속해 있기 때문에 정부는 당연히 업체측

에 많은 보조와 장려를 해주어야 한다. 나

노기술공업의 규모가 확대된 후에는 정부

의 세입이 상대적으로 증가하고 비즈니스

를 펼칠 수 있는 기회도 늘어날 것이며, 이

는 정부와 업계 양측에 모두 만족스러운

결과이다.

대만 工商時報 2004.04.17(토)

대만, 나노산업에 조세혜택 부여

Astro는 도시바의 설계 생산성을 강화

하는 데 중요한 역할을 수행한다

반도체 설계 소프트웨어부문의 세계적

인 선도기업 Synopsys, Inc. (나스닥:

SNPS)는 세계적인 반도체생산업체 도시

바가 Synopsys의 갤럭시 (Galaxy)(TM)

디자인 플랫폼을 이용해 자사의 시청각

및 사무실용 기기 제품라인에 사용할 다

중 90 나노미터(nm) 시스템 온 칩(SoC)

설계들을 개발했다고 27일 발표했다. 이

설계들은 합성을 위한 Design Compiler

(TM), 역동적 및 누전 최적화를 위한

Power Compiler(TM), 물리적 실행을 위

한 Physical Compiler(R) 및 Astro(TM),

지연 계산/정적 타이밍 사인오프를 위한

PrimeTime(R), 풀칩(full-chip) 패러시틱

추출 사인오프를 위한 Star-RCXT(TM),

그리고 테스트를 위한 DFT Compiler

(TM) SoCBIST를 이용해 개발됐다. 도시

바는 가장 최근 출시된 Astro를 이용한 최

신 설계수단을 통해서 설계 생산성을 대

폭 강화함으로써 신속한 설계 회전시간을

실현할 수 있었다.

도시바 반도체회사의 요시모리 타카시

기술담당 중역은 "Synopsys의 Astro는

당사의 설계 방법론에 있어서 필수적인

한 부분이며, 우리는 500만 이상의 게이

트에서 복잡한 SoC를 위해 Astro를 사용

하고 있다. Astro, PrimeTime 및 Star-

RCXT 간의 상관관계는 타이밍 융합의 개

선을 가져다 주고 설계 스케줄의 예측성

을 개선해 주었다. Astro는 우리의 전체

물리적 실행과정에서 설계 생산성을 높이

는 데 도움을 주었다. 따라서 우리는 As-

tro를 당사의 흐름에 있어서 표준적인 물

리적 최적화 도구로 채택했다. Astro는 평

면 및 계층설계를 지원하기 때문에 도시

바는 자체 개발한 90 나노미터 공정기술

을 이용해 5천만 이상의 게이트 용량에서

효과적으로 이용할 수 있다"라고 말했다.

도시바 반도체회사 SoC 연구개발센터

산하 디지털 미디어 SoC부서의 마쓰이 마

사타카 수석 매니저는 "우리의 개선된 설

계흐름에서 Synopsys의 갤럭시 플랫폼을

사용해 실현된 생산성 이익은 당사의 설

계사들에게 매우 빠른 속도로 설계를 작

성할 수 있게 해준다. 우리는 Synopsys의

도구를 사용해 매우 높은 클록 속도를 가

진 멀티미디어 어플리케이션을 위한 복잡

한 고성능 디지털 미디어 프로세서들을

이미 개발했다. Astro는 당사의 90 나노

미터와 그 이하의 공정기술에서 구현되는

우리의 MeP 하이엔드급 미디어 내장형

프로세서를 개발하는 데 표준도구로 사용

될 것이다"라고 말했다.

도시바 반도체회사 주문형 SoC 기술

마케팅 & 엔지니어링부서 산하 디지털 컨

슈머 SoC 그룹의 하야카시 요시키 수석

매니저는 "Synopsys의 Astro 기술은 당

사의 설계성공에 있어서 핵심이 되고 있

다. Astro의 합리화되고, 사용하기 편리하

며, 높은 생산성을 가진 환경은 당사의 설

계사들이 설계작업을 신속하게 완성할 수

있게 하며, 우리의 설계 흐름에서 다른

Synopsys 도구들을 사용함으로써 우리는

기존의 설계 데이터를 재사용할 수도 있

다"라고 말했다.

한편 Synopsys 실행그룹의 앤툰 도믹

수석부사장겸 제너럴 매니저는 "도시바와

같은 고객들은 제품을 신속히 출시하기

위해서 Astro 같은 설계 생산성 솔루션에

점점 더 눈을 돌리고 있다. 도시바는 그 첨

단 설계 흐름에 갤럭시 기술을 채택하는

것을 지속적으로 높여 나가고 있다. 이로

써 도시바는 고객들에게 개량형 첨단 칩

들을 제공할 수 있었다"라고 말했다.

연합뉴스 2004.4.28(수)

양시항 서비스 확산팀장

도시바, 다중 90 나노미터 SoC 설계기술 개발


있다.

이 교육과정의 3년차에는 보다 나노기

술 중심으로 심화되어, "분자에서 재료까

지", "나노분석학" 등과 같은 강의들을 접

목시키고 있다.

졸업생들이 산업계의 현실을 직면시

충분히 준비하도록 하기 위해, 학생들은

의무적으로 경제학 과정을 이수해야 하며

6주간의 인턴쉽에 참여해야 한다.

환경에 안목을 갖는 나노기술 전문가

를 양성하는 것이 이탈리아에서 최근 개

설된 석사 학위 프로그램의 목적이다.

‘국제 나노기술 석사 과정’(International

Master in Nanotechnologies, IMN) 은

Padova대학과 Ca Foscari대학(베니스)이

추진하고 있는 공동 학위 프로그램이다.

"우리의 목적은 연구개발 소장 및 기업

가 등 차세대 관리자들을 양성하는 것이

다"라고 이 프로그램의 과학국장인

Pietro Busnardo는 말한다.

일년제 과정에는 과학과 경영 모두를

포함하고 있다.

13명 정도의 학생이 등록한 첫 강의는

1월에 시작하여 12월에 종료한다.

학생들은 이탈리아, 아르헨티나 및 폴

란드 출신이며, 강의는 영어로 진행된다.

유럽의 그 밖의 일부 대학들은 처음부

터 새로운 학부를 개설하기 보다는 기존

학부를 개편하는 쪽을 택하고 있다.

벨 기 에 의 Louvain 카 톨 릭 대 학

(Catholic University of Louvain)의 학

생들은 물리학, 공학, 화학 분야의 학위를

가지고 졸업하지만, 그들은 사실상 나노

과학기술자로 양성되고 있다고 Vincent

Bayot 부교수는 말한다.

“학위 명칭과 자격에 대해서는 아직 많

은 지체가 되고 있지만, 재료과학 및 전자

공학 과정은 나노기술, 나노제조, 나노전

자공학을 전공할 수 있도록 하고 있다"고

그는 말한다.

4년차 또는 5년차가 되면 전자공학과

학생의 50%는 대학이 제공하는 나노제

조 과정을 이수하게 된다.

이 러 한 선 택 은 다 학 제 적 문 화

(multidiscipline culture)를 창조하고 서

로 다른 전공의 학생들을 한데 결합시키

는데 기여한다.

"우리는 전자공학 전공자들과 재료공

학 전공자들을 함께 묶어 주려 한다. 그

들은 서로의 전공에 대해 잘 모르기 때문

에 처음에는 많은 이해의 차이를 보이지

만, 다학제 교육은 나노기술 개발을 위해

필요한 공통 문화를 창조할 것이다"라고

Bayot는 말한다.

Louvain 카톨릭 대학은 2007년까지

공식적으로 나노과학 및 나노기술 분야

의 석사과정을 개설할 계획이나, 그 때까

지는 나노기술 과목들을 보다 전통적 학

위 과정에 맞추어 넣는 것이 성공적이라

고 생각하고 있다.

Bayot는 이러한 학위과정의 향후 성

공 여부는 대중들 특히 어린이와 10대들

과 잘 교류할 수 있는 나노기술 전문가들

의 능력에 달려 있다고 주장한다.

"내 강의를 듣는 대부분의 학생들은

처음 공부를 시작할 때 나노기술에 관해

조금도 알지 못했다. 심지어 10대인 우

리집 아이들도 내가 직장에서 무슨 일을

하고 있는지 최근에야 알았다"고 그는

말한다.

Smalltimes 2004.4.21(수)

티모 호프만(Timo Hofmann, 23세)은

독 일 의 고 등 학 교 인 김 나 지 움

(gymnasium)의 마지막 학년때까지만 해

도 나노기술에 대해 들어본 적이 없었다.

그가 나노기술을 접하게 된 것은 2000년

10월 독일 뷔르츠부르그대학(University

of Wuerzburg)에서 열린 반도체 레이저

에 관한 토요일 오후 공개 강의에 참석했

을 때였다. "나는 이러한 나노기술을 알

게 되어 매우 감명 깊었습니다. 그래서

나는 나노기술에 도전하기로 결심했습니

다"라고 그는 말한다.

그는 현재 뷔르츠부르그 대학의 최초

의 나노기술 강좌를 듣는 학생으로,

2005년 중반쯤에 "나노구조기술" 에 관

한 공학사 학위를 마칠 예정이다.

호프만은 미래의 나노과학기술자로 훈

련받고 있는 수천의 유럽 학생들 중의 하

나이다.

이러한 사실은 잘 훈련된 전문가들이

부족한 유럽 산업계에는 희소식이다.

독일의 화학그룹인 데구사 (Degussa)

의 연구개발 및 기술서비스 이사인

Frank Menzel의 말에 따르면, 잘 훈련된

전문가를 찾는 일이 나노기술에 종사하

는 기업들이 직면하고 있는 가장 큰 과제

중의 하나라고 한다.

"고용 시장에서 완벽하게 훈련된 전문

가를 확보할 수 있다면 좋은 일이나, 이

는 단지 바램일 뿐이다"라고 그는 말한다.

유럽의 나노기술 학위 과정은 규모나

방식이 다양하다.

Alfred Forchel 물리학 교수는 과학과

관련한 모든 것에 학생들의 흥미를 다시

불러일으키고, 경제계의 요구에 보다 잘

응답하기 위하여 뷔르츠부르그 대학에

나노기술 학위 과정을 개설하였다.

"어느 누구에게도 흥미 없는 것을 이해

하는데 시간을 허비하는 것은 무용한 일

이다. 교육이란 학생들이 산업 및 사회의

관심을 끄는 것을 연구하도록 가르쳐야

한다"고 그는 말한다.

뷔르츠부르그 대학 학부과정의 처음 2

년은 전통 물리학 및 과학에 초점을 두고

유럽 대학들 나노기술관련 다양한 학위 과정 프로그램 제공

Timo Hofmann은 Wuerzburg

대학이 처음 개설한 나노기술

강의를 수강중이다.

▐ 이탈리아 Padova대학과 Ca Foscari대학 '국제 나노기술 석사 과정'

▐ 독일, 뷔르츠부르그 대학에 나노기술 학위 과정

▐ 벨기에, Louvain 카톨릭 대학 나노과학 및 나노기술 분야의 석사과정 개설 계획


게이오대학( 応学慶義塾大 )의 벤처기업

인 SNT(치바현 이치가와시(千葉県市川

市), 시라토리 세이아키(白鳥世明) 사장)

은 유기박막을 대량 생산할 수 있는 롤

방식의 장치를 개발하였다. 상온상압의

조건에서 가동하며, 막 두께를 나노미터

수준으로 제어할 수 있는 것이 특징이다.

롤에서 나오는 폭 1m의 기판 시트에 매

분 3m의 속도로 박막을 형성할 수 있다.

생산한 박막은 반사 방지막 등의 간섭

필터나 환경개선용의 악취 흡착제 등에

이용할 수 있다.

SNT는 게이오대학 이공학부 조교수로

근무하고 있는 시라토리 교수의 연구성

과를 상품화하기 위한 회사로, 용액 중에

서 기판 위에 (+), (-)의 전해질 폴리머

를 교대로 흡착시켜, 자기조직화시키는

‘교호적층법’(交互積層法)을 이용한다.

시라토리 조교수가 연구개발한 제조법

으로 친수 처리한 기판을 (-)로 대전(帶

電)시켜 그것을 (+)로 대전한 폴리머 수

용액에 담가 기판에 폴리머를 흡착시킨

다. 이어서 그것을 (-)의 전해질 폴리머

수용액에 담구어 흡착시킨다. 이 과정을

반복함으로써 적층해 간다(그림 1).

막 두께의 제어는 컴퓨터로 간단히 설

정할 수 있다. 제막(製膜) 프로세스 중의

질량 증가를 수정진동자(水晶振動子)로

모니터하여, 진동자에 박막 분자가 부착

하면 진동주파수가 저하하는 현상을 이

용하고 있다. 진동자는 기판 부근

에 두고, 기판과 함께 움직인다. 진

동 주파수는 수 MHz로 설정하고

주파수의 저하로부터 기판에 부가

된 고분자의 질량을 판단한다.

종이 기저귀의 재료로 알려져 있는

폴리아크릴산(PAA)과 폴리아릴아

민(PAH)를 적층한 예에서, 수정진

동자의 주파수가 3000Hz 저하할

때까지 처리하면 두께 188nm의 PAH와

PAA의 박막이 생성되었다. 이어서 PAH

와 폴리스티렌술폰산(SPS)의 막을 적층

한 다음 주파수 4000Hz의 저하로 다시

막 두께 250nm인 PAH와 PAA의 막을

적층시켰다(그림 2).

시트의 제조 속도는 형성하는 막 두께

의 정밀도에 의존하며, 최대 분당 30m

도 가능하다. 진공 중의 고온고압의 조건

에서 박막을 제조하는 장치에 비해 본

제조장치는 약 1000만엔 정도의 저가격

이며, 제조 비용도 절감된다고 한다.

출처: 日經先端技術 59호

SNT, 유기박막 대량생산 장치 개발 상온상압 가동, 막 두께 나노제어 가능

그림 1. 자기조직화를 이용한 박막의 적층법(왼쪽)

250nm

188nm

200nm

그림 2. 박막이 적층된 단층면의 전자현미경 사진

‘창조의 엔진’ 저자 에릭 드렉슬러

(Eric Drexler) 박사가 새로운 웹사이트

인 ‘e-drexler.com’을 만들었다. 에릭은

자신의 웹사이트(http://www.

e-drexler.com) 는 “새로운

그림 또는 컴퓨터 애니메이

션 뿐 아니라 과거에 발표

되지 않은 독창적인 정보들

을 담고 있다”고 말한다.

이 사이트는

널리 중요하게 ‘떠오르는

신 기 술’(emerging tech-

nology) 들의 뒤에 숨어 있

는 과학에 초점을 맞추고,

연구결과들을 요약하고 연

구방향에 대한 기술적 전망

들을 제공한다. 또 이 사이

트는 교육용 자료, 새로운

연구결과, 주석이 달린 참고도서 등을 싣

고 있으며 외부의 웹 사이트들과 연계하

고 있다. 초기의 주제에는 나노기반 생산

시스템(미래 물리기술의 중심)과 안정된

분산형 컴퓨팅(미래 정보기술의 중심)이

포함되어 있다. 이 두 분야에 만연되고

있는 몇몇 가정들은 큰 오류를 범하고

있다. 이러한 것을 보다 잘 이해하고 있

다면 연구개발의 생산적인 방향을 구하

려는 기술 선도자나, 현명한 결정을 목표

로 하는 정책입안자들에게 큰 도움이 될

것이다.

이 사이트는 특히 한 탁월한 전문가의

견해를 통해서 첨단나노기술의 토론에

의미있는 새로운 기여를 할 것으로 보인

다.

Center for Responsible Nanotech-

nology 2004.4.23(금)

「창조의 엔진」저자 '에릭 드렉슬러'

새로운 나노기술 웹사이트 오픈

http://www.e-drexler.com


캘리포니아 대학 (UC Davis) 의 연구

자는 “나노-나침반”(nano-compass)을

만들기 위해 리튬 몰리브덴 셀레나이드

(lithium molybdenum selenide) 나노

와이어 위에 자철광의 나노분말을 일렬

로 배열하였다. 이러한 구조는 지구 자기

장에 대해 스스로를 배향시키기 위해 특

정 박테리아가 사용하는 것과 유사하다.

UC Davis의 Frank Osterloh는 “우리

의 연구는 자기장이 초미세 영역의 구조

체의 위치와 배향을 제어하는데 사용될

수 있다는 것을 실증하는 것으로, 나노소

자의 조립과 제어에 응용할 수 있다” 며,

“예를 들어 전자 소자 및 감지 소자에서

요구되듯이 2개의 전극에 수직인 나노와

이어의 배향과, 빛이 매질을 통과하는 길

을 조작하기 위해 용액 중의 미세 거울

의 배향 등이 있다” 고 말한다.

연구자에 따르면 주자성(走磁性) 박테

리아 (magnetotactic bacteria) 는 직경

약 50 nm의 자철광 입자를 최대 45개까

지 띠 모양으로 달고 다닌다. 한편, Os-

terloh의 연구팀은 화학적으로 수정된

LiMo3Se3 나노와이어와 직경 7~12 nm

의 Fe3O4 나노분말로 부터 나노-나침반

을 만들었다. 제작된 나침반은 직경

20~30 nm, 길이 200~300 nm이다.

이 구조 들은 상온에서 초상자성

(superparamagnetic)을 띠며, 30초 동

안에 배열을 위해 500 Oe의 자기장을

필요로 한다. “1cm 두께의 작은 상업용

FeNbB 원반형 자석으로 충분한 자기장

을 만들 수 있다”고 Osterloh는 말한다.

주자성 박테리아는 이 보다 약 1000

배 정도 약한 0.5 Oe 의 지자 기장

(geomagnetic field)에서 스스로 배열될

수 있다.

현재 연구자들은 나노 구성물질의 화

학적, 물리적 상호작용을 보다 충분히 이

해하고 나노구조를 규명하기 위한 프로

토콜을 개발하는데 목표를 두고 있다. 이

들의 연구는 4월에 개최된 미국화학회에

보고되었다.

Nanotechweb 2004.4.21(수)

UC Davis, 자성분말로 나노 나침반 제작

Magnetite Chain

500nm 2µm 200nm

약제의 가장 큰 문제는 먼저 몸에 흡

수가 되어야 한다는 것이다. 인체의

60~70%는 물로 구성되어 있고 특정 장

기의 경우는 거의 90%이상이 물로 구성

된 것도 있다. 따라서 약제가 효과를 내

기 위한 가장 큰 관건은 물에 대한 용해

도이다.

하지만 새로이 개발되는 신약의 약

40% 가량은 물에 녹지 않는 불수용성으

로 많은 제약회사들이 약제의 수용화에

대한 연구에 많은 노력을 기울이고 있는

것이 현실이다. 아무리 효력이 뛰어난 암

치료제라도 체내에 흡수가 되지 않으면

무 용 지 물 이 다. 또 한 생 체 이 용 률

(bioavailability, 체순환혈에 들어간 약

물량과 투여량에 대한 비율 및 체순환혈

에 들어가는 속도)이나 선택성이 떨어져

약제의 투여량이 많을 경우는 다른 부작

용을 일으킬 수도 있다.

나노입자의 경우 마이크로 사이즈에

비해 그 표면적이 매우 증가하여 약제를

물에 쉽게 녹게 하여 인체의 흡수도 증

가시킬 수 있는 장점을 가지고 있다.

최근 이 분야에 대한 활발한 연구와

실용화가 진척될 전망이다. 지난 4월 21

일 엘란 파마 인터내셔널(Elan Pharma

International)은 자사가 개발한 나노크

리 스 탈 (NanoCrystal) 기 술 을 로 슈

(Roche) 사가 이용할 수 있도록 허가하

였다. 엘란 파마사의 나노크리스탈 기술

은 나노입자를 이용하여 약제의 생체이

용률을 높일 수 있는 기술로서 적은 양

의 약제로도 효율적인 치료가 가능하게

하는 기술이다. 향후 로슈사는 자사가 개

발하고 있는 신약에 엘란 파마의 나노크

리스탈 기술을 이용할 수 있게 되었다.

한편, APP(American Phamaceutical

Partners, Inc.)사의 나노입자를 이용한

암치료 주사제인 ABRAXANE(TM) 은 최

근 FDA로부터 우선심사 (Fast Track)

대상으로 선정되었다. 현재 ABRAX-

ANE은 유방암에 대한 임상실험을 마친

상태이다.

참고

Cientifica 2004.4.21

Yahoo News 2004.4.21

나노 신약 개발 활발 NanoCrystal Particles have increased surface area

Total Surface area 24cm2Total Surface area 6cm2Total Surface area 12cm2

Micronization vs. Nanonization process

3000nm

100nm

30-foldreduction

GRA6stabilizers

adsorbed onto the

NanoCrystalparticle surface

NanoCrystalparticle

(


반도체 신재료를 연

구하는 하이테크 벤처

인 식스온(SIXON Ltd.,

교토시)은 교토대와 산

학 연계하여 절연성이

종래의 100배인 실리

콘 카바이드 (silicon

carbide) 기판의 개발

에 성공, 샘플 출하를

시작하였다.

재료를 고순도로 함으로써 절연성을

향상시켰으며, 고주파 디바이스를 사용

하는 차세대 휴대전화의 기지국에 이용

될 전망이다.

실리콘 카바이드는 실리콘과 탄소의

화합물로서 반도체 소자의 기판에 사용

하면 현재 주류를 이루는 실리콘 기판과

비교하여 전력 손실이 적게 되며, 고전

압 및 고온에도 강하

다.

차세대 휴대전화의 기

지국에 사용하는 고주

파 디바이스는 큰 전

류를 보낼 때 손실을

적게 할 필요가 있기

때문에 절연성이 높은

실리콘 카바이드 기판

이 요구되고 있다.

식스온은 원료가 되는 실리콘 카바이

드의 순도를 높임과 함께, 원료를 용융

시키는 도가니에도 고순도의 탄소 재료

를 사용하였다.

전도성의 원인이 되는 질소 및 붕소

의 비율을 극한까지 작게 함으로써 절연

성을 종래의 100Ω㎝에서 1만Ω㎝ 까지

향상시켰다. 실리콘 카바이드 기판 시장

㈜식스온, 절연성이 우수한 실리콘 카바이드 기판 개발

중국, 세계최초로 3개의 손을 가진 광 핀셋장치 개발

머리카락 크기의 1/10,000에 불과한

분자 한 개를 제어하고, 분자의 변위와

상호간의 작용력을 측정한다는 것은, 언

뜻 듣기에는 불가능한 일처럼 들린다. 그

러나 최근 중국과학기술대학은 세계최

초로 3개의 포토닉스 ‘손’을 가진 나노 광 핀셋(optical tweezers) 장치를 개발

하는데 성공하였으며, 이로써 생물 대분

자 및 생물의 미세한 입자들에 대해 복

잡한 조작과 정밀한 측량이 가능하게 되

었다.

이 연구의 책임자인 중국과학기술대

학 물리학과의 리인메이(李銀妹) 교수는

“‘광 핀셋’은 레이저광선을 이용하여

미립자와 상호작용을 일으키는 과정 중

에서, 운동량의 변화에 의해 생기게 되는

방사압력이 형성하는 일종의 광학적인

‘함정을 통해 결국 사람이 마음대로 입자

를 제어할 수 있고, 관측하는 것이 가능

하게 되는 것’이다. 광 핀셋은 마치 무형

의 ‘기계 손’과 같은 역할을 하며, 함정에

놓 여 있 는 미 립 자 에 트 래 핑 포 스

(trapping force) 를 가함으로써 입자를

집어 낼 수 있게 된다.

나노 광 핀셋 장치는 나노미터 수준에

서 미립자를 제어할 수 있고, 변위측량도

나노미터 수준에서 정확히 해낼 수 있으

며, 미립자간의 작용력에 대한 측정도도

펨토급의 수준에 도달하였다.

1 나 노 미 터 는 머 리 카 락 한 올 의

1/100,000의 가늘기이며, 머리카락 한

올을 들기 위해서는 수십억 펨토의 힘이

필요하다”고 설명하였다.

이어서 그는 “현재 나노 광 핀셋 장치

연구개발은 국제 생물학계, 광학계의 많

은 관심을 받고 있으나, 이전의 연구개발

성과들은 주로 한 두개만의 광 핀셋을

개발하는 데 머물렀기 때문에, 생물대분

자에 대한 복잡한 제어가 불가능했다. 중

국과학기술대학의 이번 연구성과는 3차

원적인 제어가 가능한 동시에 서로 독립

적으로 움직일 수 있는 광 핀셋으로 이

루어진 세계 최초의 나노 광 핀셋 시스

템이다. 이 장치는 광선을 이용함으로써,

기계적 접촉이 없이도 여러 개의 생물미

립자를 동시에 제어하는 것이 가능하다.

입자의 손상도 적으며, 입자의 주위환경

과 정상적인 생명활동에도 지장을 주지

않는다.

아울러, 광 핀셋은 입자의 상호작용

과정중에 발생하는 힘의 탐침이고, 센서

이기도 하며, 이러한 기능들은 광 핀셋장

치를 ‘미세입자의 정태적, 동태적 특성연

구에 적합한 이상적 연구개발 도구’로 만

들어주는 것이다”라고 설명하였다.

얼마 전, 광 핀셋장치에 관한 연구성

과는 중국과학원 전문가들의 감정을 통

과하였다. 감정위원회의 루이췬(D軼群)

주임은, “나노 광 핀셋 시스템은 광학,

생물, 기계, 사진분석 등 여러 분야의 과

학기술과 비교적 높은 난이도를 요하는

공정설계에 영향을 미치게 될 것이다. 세

계에서도 아직 이와 같은 계측기기의 완

제품은 없는 상황이고, 기술수준도 이에

미치지 못하고 있다. 중국과학기술대학

의 광 핀셋 시스템은 높은 시간적, 공간

적 해상도를 겸비하고 있으며, 나노미터

크기의 핀셋을 3개 보유한 광 핀셋장치

의 시스템 집적을 이루어 냈다. 중국의

광 핀셋장치는 세계 첨단수준에 도달하

였으며, 이를 바탕으로 나노바이오 분야

에서는 살아있는 세포와 생물 대분자 개

체간에 이루어지는 행위, 상호간의 작용

에 대해 더욱 깊이 있는 연구가 이루어

질 것이며, 생명활동 규칙이 갖는 중요한

의의에 대한 탐색도 더욱 깊이 있게 이

루어질 것이다”라고 말하였다.

중국 신화망 2004.4.20(화)

식스온이 개발한 고절연성 실리콘

카바이드 기판

의 약 90%를 차지하고 있는 미국의 크

리사(Cree Inc.)의 제품과 거의 같은 수

준에 도달했다.

식스온은 산학 연계로 신산업 창출을

목표하는 교토 나노테크 클러스터

(Nanotech Cluster)의 수탁을 받아 교

토대의 키모토 (木本) 조교수와 공동으

로 개발하였다.

고주파의 영향을 가능한 피하고 싶어

하는 차세대 휴대전화의 기지국 등에 판

로를 예상하고 있으며, 5월에 본격 출하

를 시작하며, 향후 보다 절연성이 높은

100억Ω㎝급 기판 개발을 목표로 하고

있다.

교토신문(京都新聞) 2004.4.21(수)

리우환경회의 및 1997년 교토 기후협

약 국제회의에서는 오존의 파괴 및 지구

온난화, 엘니뇨, 라니냐와 같은 이상기후

의 주범은 과도한 화석연료의 소비로 대

표되는 무분별한 개발과 산업화에 따른

것으로 결론짓고 있다. 또한, 유한 자원에

대한 전 지구적 위기의식으로 인해 주목

받았던 원자력은 폐기물의 오염문제로 국

제적, 국지적 NIMBY 현상을 초래하고 있

으며, 대기, 수질, 폐기물에 대한 환경규제

는 국가별 배출 총량규제와 같은 엄격한

기준이 적용되고 있다. 이에 따라 환경문

제를 보다 근본적으로 해결하기 위한 신·

재생에너지에 대한 연구가 폭 넓게 추진

되고 있다. 그러나 대부분의 주요 대체에

너지들은 1차 에너지 시스템으로서 간헐

적이고 제한적이기 때문에 전력과 같은 2

차 에너지원으로의 변환이 필수불가결하

고, 실용에너지로 사용하기 위해서는 2차

에너지원과 복합화하여 효율적인 에너지

시스템을 구축해야만 한다. 수소에너지는

이러한 문제를 궁극적으로 해결할 수 있

는 청정에너지로서 이론의 여지가 없는

것으로 받아들여지고 있다.

한편, 선진 국가들이 추진하고 있는 수

소에너지 개발 시스템은, 수소의 제조, 저

장 및 수송 그리고 응용 등의 분야로 세분

할 수 있다. 수소제조 분야의 주요 연구 동

향은 물에 고압의 전류를 통전시키는 전

기 화학적 처리 공정과 Na, K등의 촉매와

고열을 이용한 화학 처리 공정, 박테리아

와 같은 미소 유기물질을 이용한 생화학

적 처리 공정, 빛을 매개로 하는 photo

conversion process 등이 중점적으로 연

구되고 있으며 미국 DOE 의 HYDROGEN

PROGRAM과 일본을 비롯한 선진 각국이

참 여 하 고 있 는 WE-NET PROJECT

(World Energy Network Project or

New Sun shine Project) 등의 추진을 통

해 적도 부근에서의 태양열을 이용한 해

수분해 혹은 오지에 설치된 핵발전소를

이용한 수소의 제조와 인프라 구축과 같

은 대규모 연구 개발 사업도 적극 검토되

고 있다. 또한, 수소를 적극적으로 이용하

기 위한 연구 노력은 사용상의 안전 문제

를 바탕으로 하여 수소를 연료로 하는 내

연기관의 개발과 우주항공기의 엔진, 연

료전지, 가스 터빈 발전, 냉난방 공조시스

템, MH전지 등을 대상으로 활발하게 이

루어지고 있다.

▐ 기술동향

수소저장합금 저장 및 방출기구

수소는 주기율표상의 대부분의 원소와

반응하여 염유사 수소화물, 금속수소화물,

고중합성 수소화물, 분자성 수소화물들을

만든다. 또한, 수소화물의 결합형태는 화

합물의 고유 물성을 규정하며 합금설계의

기본이 된다. 금속수소화물의 수소저장

및 방출기구는 수소가 금속과 접촉하여

금속의 표면에 물리 흡착되는 단계로 부

터 비롯되며 분자상으로 물리 흡착된 수

소가 protium 으로 해리되어 금속의 결정

격자 사이로 확산되면서 상전이가 이루어

진다. 이렇게 확산된 수소는 포화점에 이

르러 수소화물을 형성한 이후, 온도와 압

력 등에 율속되어 가역적 방출 반응이 이

루어진다. 이때 발열과 흡열반응을 동반

하게 되며 이와 같은 현상을 이용한 다양

한 응용분야가 연구되고 있다.

수소저장합금의 제조와 특성평가

우수한 수소저장합금의 제조를 위한 주

요 공정 요소들은 응고제어를 기반으로

한 결정특성 제어와 주조 결함인 편석, 불

순물 혼입 등의 저감 기술이 매우 중요하

다. 또한, 열처리, 표면 형상 제어 및 표면

처리 등도 수소화물 생성을 위한 초기 특

성과 내구성을 유지하는데 큰 영향을 미

친다. 수소저장합금의 제조를 위해서는

전통적으로 Arcmelting, RF-induction

melting등이 적용되어 왔으나 최근에는

Mg2Ni와 같은 daltonide형 금속간화합물

을 비롯한 다원계 합금들을 제조하기 위

해서 가압형 유도 용해와 같은 개선된 제

조법들이 검토되고 있다. 한편, 결정구조

를 제어하여 비정질, 준결정, 나노구조 등

을 얻게 되면 수소화 특성을 다양하게 개

선할 수 있다는 연구보고들이 발표되면서

기계적 합금화법, Melt-Spinning법,

Gas-Atomizing법 등이 사용되고 있으며,

이 외에 연소합성법, 환원확산법, Depo-

sition/Sputtering법 등도 적극적으로 제

안되고 있다. 다양한 제조공정을 적용하

여 만들어진 수소저장합금의 특성을 평가

하는 방법은 일반적으로 사용되어지는 야

금학적 특성평가 절차와 유사하다. 다만

최신 첨단 기기의 발달과 더불어 좀더 면

밀한 특성평가가 확대되고 있는 추세이다.

합금은 필요에 따라 열처리 공정을 거치

게 되며 소량의 파쇄 공정을 거치게 되는

데 이때 입도 분포 측정이 병행되기도 한

다. 제조시료의 특성평가는 ICP, XRD,

TG/DTA, SEM/ TEM과 TDS, SIMS,

Möusbouer, NMR 등과 같은 첨단 분석기

기도 보편화되고 있는 추세이다. 한편, 수

소화특성을 평가하기 위해서는 주로 압

력-조성-등온 분석과 Half-Cell Test와

같은 전기화학적 평가 방법이 적용된다.

수소저장합금의 응용

1960년대 중반 neutron moderator로서

ZrH2, UH3, PdH0.6 등이 실험실 규모에서

수소저장합금 Hydrogen Storage Alloy

| 나노기술 심층정보분석보고서-⑧

NANO WEEKLY 제98호 2004년 4월 30일 13 면 특 집

금속수소화물 수소저장 및 방출기구

른 원자구조를 가지며 이 영역에서의 원

자밀도는 감소하게 되고 인접원자간 거리

는 완전한 격자에서의 값에 비해 차이를

가져올 것을 예측할 수 있다. 즉 입계에 격

자간 불일치가 집중되게 되며 입계의 중

심부에서 변형영역이 생기고 원자들을 이

상적인 격자의 위치로 부터 벗어나게 된

다. 그러므로 비정질과 같이 열적 방법으

로 얻어지는 무질서구조에서와 달리 나노

구조 재료에서는 결정입계의 보상으로 낮

은 에너지를 가지는 나노재료 구조를 가

질 수 있게 되며 기존의 재료에서와는 다

른 물성을 기대할 수 있다. 또한, 나노크기

로 된 결정계 영역의 공존은 날카로운 입

계에 의해서 분리된다. 입계두께는 하나

의 원자 지름에 속하고 결정계 영역 어디

서든지 매우 낮은 전위의 밀도를 갖는다.

1983년 Koch와 공동연구자들은 이원계

비정질 합금분말이 원소분말의 이원계 혼

합ball-milling에 의해 나타내어질 수 있

다는 것을 보여주었다. 후에 Schwarz와

공동연구자들은 비정질합금 분말의 획득

을 위해서 두 원소의 분말이 액체상태에

서 혼합된 커다란 음전기적 열을 가질 수

있다는 것을 보여주었다. 이 때 합성한 미

립자 분말은 기계적 합금화(MA)에 의해

서 MA분말에서는 매우 높은 전위밀도를

갖는 것으로 나타났다.

한편, 경량 수소저장합금의 개발을 위

해 가장 매력적인 연구대상인 Mg계 수소저

장합금은 풍부한 수소저장 능력과 저렴한

가격 및 경량성 등으로 주목받고 있지만, 수

소의 흡수 및 방출온도가 높고 반응 속도가

늦으며 초기 활성화의 어려움 및 급격한 재

료의 열화 등이 실용화를 저해하는 요인이

되고 있다. 이를 개선하기 위한 지금까지의

연구동향은 순수한 Mg에 Ni를 첨가하여 수

소화 특성을 개선한 J. J. Reilly 와 R. H.

Wiswall 의 Mg2Ni 개발 이후로, 천이원소

의 첨가 및 치환과 같은 합금설계와, 불소처

리 등과 같은 표면개질, 연소합성 및 기계적

합금화법 적용과 같은 공정 개발 등이 경쟁

적으로 수행되어져 왔다. Mg계 수소저장합

금 가운데 폭 넓게 연구되고 있는 Mg2Ni는

NiH4-complex와 Mg가 이온결합을 이루어

antifluorite형의 매우 안정한 구조를 갖게

되는데, 이 같은 결정 특성이 탈수소화 반응

속도를 매우 늦어지게 하는 원인으로 알려

져 있다. 따라서 최근에는 atomizing법,

melt-spinning법, 연소합성법, 기계적합금

화법 등과 같은 공정 개선을 통하여 an-

tifluorite 형의 결정구조를 비정질화 혹은

나노 구조화하여 수소화 특성을 개선하고

자 하는 연구가 활발하게 진행되고 있다.

▐ 문헌정보분석

문헌분석 대상 DB

문헌정보분석은 특정기술영역별로 등

장하는 키워드(keyword)를 이용하여 문

헌자료를 분석하는 정성적인 연구개발동

향 분석과 함께 정량적인 수치분석을 의

미한다. 특히 연도별 논문발표건수의 변

화, 국가별 논문발표수, 주요기관별, 저자

별 발표현황 및 기술분류별 동향에 대한

정량적인 분석은 기술동향에 대한 입체적

인 정보를 제공해주는 주요한 자료로 활

용될 수 있다. 수소저장합금 분야의 문헌

분석은 공학기술분야의 대표적인 데이터

베이스인 COMPENDEX DB를 대상으로

하여 검색하였으며 2003년 10월 현재 총

1656건이 조사되었다. COMP는 공학분

야의 대표적인 데이터베이스로 전세계

5,000여건의 국제저널, 학회발표자료, 기

술보고서의 문헌정보를 망라하고 있다.

문헌정보분석

(1) 연도별 추이 분석

문헌정보분석의 기본이 되는 연도별 논

문건수 추이를 보면 60년대 말부터 70년

대 초에 처음 수소저장기술에 대한 연구

논문이 일부 발표되었다. 그 후 1976년부

터 본격적으로 발표되기 시작한 후 1982

년 25건, 1983년 42건, 1984년 46건 등

80년대 중반까지 지속적으로 증가하였으

며, 수소저장기술은 신기술연구에 대한

많은 연구자들의 관심을 끌기에 충분하였

다. 그러나 이러한 증가세는 실용화 및 산

업화에 대한 한계로 인해 1985년을 기점

으로 점차 하락세를 보인후 수년간 다양

한 연구가 지속되었다.

90년대에 들어서면서 국제적인 엄격

한 환경규제 강화와 신·재생에너지에 대

응용된 이래로 수소저장 합금의 응용은 다

양한 분야에 걸쳐 검토되어 왔다. 특히,

1970년대 초 Philips 연구소(네덜란드) 및

Brook-heaven 국립연구소(미국)에서 연

구 보고된 LaNi5 및 TiFe합금은 1,2차 오

일 쇼크와 더불어 제기된 대체 에너지의

연구 필요성과 더불어 폭 넓은 관심의 대

상이 되었다. 현재까지 제안되고 있는 수

소저장 합금의 응용분야는 수소저장 매체,

수소의 정제 및 동위원소 분리, 수소포집

(getters) 및 수소압축, 열저항, 열펌프 및

냉동 공조, 열 엔진, 열 센서 및 액추에이

터, 촉매, 이차전지용 부극 등이며 특히 이

차전지 부극재의 경우 상용화 단계 및 향

후 하이브리드형 자동차 개발과 맞물려

다양한 합금개발이 이루어지고 있다.

나노구조재료를 이용한 수소저장기술

나노구조재료(Nanostructured Mate-

rials)란 여러 가지 물리적, 화학적, 기계적

방법으로 제조된 100nm 이하의 결정립

크기를 가지는 재료를 말하며, 독일의 H.

Gleiter 교수가 기상응축/진공성형 (gas-

condensation/vacuum compaction) 방법

에 의해 나노 재료를 제조한 이래로 이들

재료에 대한 연구가 활발히 진행되고 있

다. 나노 결정립 재료를 필요로 하는 이유

는 가공크기의 감소에 맞추어 결정립이

작아져야 한다는 점 외에도 결정립의 크

기가 나노미터 수준으로 작아지면 기존재

료(미크론 크기)에서는 나타나지 않던 독

특한 물성을 기대할 수 있기 때문이다. 특

히 박막 재료 분야는 나노 결정립 재료가

실용화되고 있는 대표적인 예이며 여러

분야에서도 활용되고 있다. 나노재료의

구조는 서로 다른 결정학적 방향을 가지

고 hexagonal 로 배열된 2차원적인 나노

구조 재료의 결정 구조를 고려해 보면 여

러 결정들 사이의 입계는 결정립과는 다

NANO WEEKLY 제98호 2004년 4월 30일 14 면 특 집

특 성 입도감소효과

확 산 격자확산에 비해 10~20배,

입계확산에 비해 2~4배 증가

고 용 도 증가 열 팽 창 격자팽창과 입계팽창의 사이값 자기적 성질 각 결정립이 하나의 자구 역할

기계적 성질 탄성률의 증가

나노구조화

수소저장합금의 응용(시계방향: 액츄에이

터, Ni-MH전지, 축열 시스템, NiMH 전지를 채용한 하

이브리드형 자동차, 수소저장탱크, 스프링쿨러)

나노구조의 특징과 수소저장

활발하게 이루어지고 있다. 이는 아직까

지 수소저장기술에 대한 연구가 기초 기

술 연구 위주로 진행되고 있으며 따라서

제품화, 기술 산업화에 대한 많은 연구가

요구된다고 하겠다.

(4) 포트폴리오 분석

포트폴리오 분석결과 1976년까지 기

술 도입 및 탐색기를 시작으로 1990년까

지 기술 1사이클 수명을 다한 후 신기술

도입 및 대체기술 발생으로 인해 1990년

이후 재도약기술 맞이하여 현재까지 지속

적으로 기술이 성장, 성숙하고 있는 것으

로 분석되었다. 따라서, 앞서 언급한 바와

같이 향후 수년간은 국내외적으로 수소저

장 기술에 대한 많은 관심과 투자속에 기

술개발이 활발해져 많은 기술적 성장이

이루어지리라 사료된다.

(5) 주요저널 현황

수소저장기술관련 상위 주요저널을 보

면, 1980년이전에는 매우 다양한 저널에

서 수소저장기술관련 논문이 발표되어 특

별한 주요저널을 발견하기가 어려웠다.

그러나 1980년 이후에는 일부 몇몇 주요

저널을 중심으로 수소저장기술이 집중적

으로 다뤄지기 시작하였으며 Journal of

Alloys and Compounds가 총 267편의 수

소저장기술관련 논문을 수록하여 가장 많

은 연구논문이 발표되었다. Journal of

the Less-Common Metals는 1980년부

터 1992년까지 수소저장기술관련 논문이

다수 발표되었으나 이후 저조하게 나타났

다. 반면 Journal of Alloys and Com-

pounds은 1992년부터 수소저장기술에

대한 논문을 다루기 시작하여 현재 가장

많은 연구논문이 발표되고 있는 저널이다.

이외 International Journal of Hydrogen

Energy은 1980년 이후 현재까지 매우 지

속적으로 수소저장기술관련 논문이 발표

되고 있다.

▐ 특허정보분석

특허분석 대상 DB

특허자료의 정보분석을 위한 DB로는

한국과학기술정보연구원 (KISTI) 에서 제

공하고 있는 USPA, JEPA, EUPA 및

KUPA를 선택하였다. 외국의 특허자료로

는 USPA, JEPA와 EUPA를 택하였는데,

USPA는 미국 특허청의 특허정보 자료를

재가공한 DB 이고, EUPA는 유럽특허청

의 공개특허 자료를 재가공한 DB이며,

JEPA는 일본 특허청의 공개특허 자료를

재가공한 DB이다. 국내 특허자료는 한국

공개특허 DB인 KUPA를 선택하여 자료

Korea Institute of Science & Technology Information NANO ... · 최종 약물 전달체의...

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