2017 과학기술연감

메타물질은 구조나 형상 등을 조절하여 물질의 특성을 원하는 대로 구현할 수 있는 물질로, 한계에 봉착한 기존 소재의 특성을 획기적으로 높일 수 있는 물질로 각광을 받고 있다. ICT 분야에서는 메타물질을 이용한 ICT 부품 및 소자의 초소형화, 초박막화가 가능하여, 초고집적 광통신 소자, 고해상도 홀로그램 디스플레이, 고민감 센서 디바이스, 고효율 태양에너지 소자등 다양한 분야에 적용되어 활발하게 연구되고 있다. 그래핀은 밴드 갭이 없어, 나노리본, 도핑 등을 통해 밴드 갭을 확보하는 연구가 활발히 진행되었으나, 실리콘을 대체할 수준의 우수한 특성을 확보하지 못하였다. 최근 한국을 비롯한 미국, 유럽 등에서 밴드 갭을 갖는 2차원물질(전위금속 칼코겐 화합물)을 그래핀에 수직･수평 결합 성장하여, 반도체 특성을 갖는 다양한 전자소자, 광전소자, 사물인터넷(IoT)용 센서 연구가 급격히 증가하고 있다. 성균관대의 최우석, 서동석 교수팀은 그래핀과 산화물 박막 소자에서 양자홀 효과를 측정함으로써, 그래핀이 2차원 성질을 이용한 새로운 측정 도구로 사용될 수 있는 가능성을 보여주었다. 응용 분야에서는 울산과기대의 박기복 교수팀이 실리콘과 금속의 접합 사이에 그래핀을 삽입하여 확산 방지층으로서의 응용 가능성이 있음을 보이는 연구결과를 발표하였다. 관련된 연구결과로 플라스틱으로 만든 벌집구조의 유사 그래핀 구조에서의 광학적 현상에 대한 연구도 러시아 연구진에 의해 발표되었다. 그 외 주목할 만한 연구결과로는 단일 전자를 이용한 트랜지스터에서는 고전적 열전도도 법칙이 예측하는 것보다 더 많은 열을 전달하여 열전도도 법칙을 위반한다는 새로운 연구결과가 프랑스와 핀란드 연구진에 의해서 발표되었으며, 울산과학기술대의 최은미 교수팀은 고출력 고주파 전자기파를 이용하여 원거리에서 방사성 물질을 실시간으로 검출할 수 있는 방법을 실험적으로 보여주었다. 사물인터넷(IoT) 기술의 요구로 저전력, 초소형, 대량생산에 적합한 MEMS(Micro- ElectroMechanical Systems), NEMS(Nano Electro Mechanical Systems) 기술을 활용한 센서 개발이 활발할 전망이며, 인공지능과 로봇 기술의 발전으로 로봇과 교감하는 인공감각기관이나 대면적 센서의 개발이 활발하고, 센서와 지능을 융합하는 기술로 발전할 전망이다. 또한, 생체신호 센서는 나노 기술을 통한 감지성능 향상, 고감도 전극소재 및 회로 기술을 통한 생체정보 감지센서로 발전하며, 신호처리 IC의 경우도 아날로그 기반에서 디지털 기반으로 발전할 전망이다. 특히, 다종/다중의 센서 출력 신호를 처리하여 실감나는 데이터를 출력하기 위한 저잡음 기술, Wide Dynamic Range 기술, 데이터 보정 및 융복합 기술을 통해 실감 스마트 IC로 개발이 활발하게 진행되고 있다. 한편, LED 산업의 수익 감소에 따라 LED 기술에 대한 새로운 요구가 높아지고 있는 가운데 LED를 마이크로 단위로 작게 만들어 칩 자체를 디스플레이 픽셀로 활용하려는 마이크로 LED 기술이 개발되고 있다. 마이크로 LED는 칩의 사이즈가 10~100㎛ 수준으로 제작되는 초소형 LED를 말하며, 마이크로 LED로 디스플레이를 만들면 밝고 효율이 좋으면서 소형화와 경량화를 할 수 있다는 장점이 있고, OLED에 비해 대형화가 쉽고 제품수명이 높으며, 조도가 높아 햇볕 등 강한 빛 아래에서도 잘 보이는 장점이 있지만, 양산 기술 확보가 업계 과제로 떠오르고 있는 상황이다. 최근 증강현실･가상현실 기기의 보급에 따라 궁극적인 입체영상 기술인 홀로그래피 기술에 대한 관심이 증가하고 있다. 홀로그래피 기술은 실사 기반의 입체상을 재현하여 관찰자에게 자연스러운 입체감을 제공하는 기술로서, 기존의 두 눈의 시차에 의한 원근감을 이용하는 스테레오스코픽(stereoscopic) 방식의 입체영상 표현의 한계를 근원적으로 해결한다. 홀로그래피의 가장 큰 특징은 이용자들이 전용 안경을 쓰지 않고도 실제 공간에서 자연스러운 입체영상을 즐길 수 있다는 것으로, 본격적인 상용화가 시작되면 엔터테인먼트 산업 전반에 걸친 패 러다임 전환이 이루어질 것으로 전망된다. 3D 프린팅 기술은 차세대 신성장동력 기술의 하나로 기술개발 및 산업화 육성을 위하여 원천기술, 장비, 소프트웨어를 중심으로 10대 활용 분야에 대한 3D 프린팅 전략 기술 로드맵을 수립하였다. 국내의 경우 반도체와 디스플레이 산업 시장의 발전에 따른 인쇄전자 기술의 경우 기술개발이 매우 활발히 진행 중이며 다양한 기술을 보유하고 있으나, 디스플레이나 일부 반도체 기술에만 국한되어 있으며, 3D 프린팅 전자 기술과 관련된 기술개발은 관련 기술 선진국들에 비해 매우 적은 상황이다. 열전소재는 전기를 가하여 냉각 효과를 거두거나 온도차를 이용하여 전기를 발생시킬 수 있는 스마트 물질로, 초소형 냉각소자나 웨어러블 소자용 전원 등을 위한 물질로 많은 각광을 받고 있다. 학계 및 연구계에서는 포논 스캐터링이나 에너지 필터링 효과를 이용한 실리콘 기반 열전 소재에 대한 연구를 진행하고 있으며, 이를 이용하여 초박형 냉각소자나 체열 기반 에너지변환 소자를 개발하고 있다. 3D 패키지 기술은 이미 인공지능용 프로세서 모듈에 적용이 되고 있고 향후 지속적인 기술 개발이 전망된다. 이와는 별도로 유연･신축성 사물인터넷(IoT) 모듈에 적용될 수 있는 인터커넥션 기술개발이 요구되고 있다. 2017년에는 융합(관측, 분석, 자료동화, 모델, 예측, 응용 등)과 다학제(기상학, 기후학, 해양학, 수문학, 생지화학 등)적인 접근이 필요한 전략적 연구개발을 선도하여 기상기후 위험 대응을 지원하기 위해 22,877백만 원의 예산으로 8개 내역사업에서 22개 과제를 수행하였다. 현업지상관측자료(시정현천계, 적설계) 비교 관측, 특성 분석 및 연구용기상항공기 기상 관측장비 운영･활용 기술 확보를 통하여 첨단 관측장비를 활용한 기상현상 분석 능력을 강화 하였다. 또한, IPCC AR6 대응 국제표준 규준실험(CMIP6 DECK) 체계 구축과 기후실험 수행을 통한 새로운 기후변화 시나리오 산출 착수 및 현업 장기예측시스템 운영･개선을 통한 장기예보∼기후변화 시간규모의 예측 기술개발과 과학 기반 정보를 산출하였다. 현업 파랑･ 폭풍해일 예측시스템 개선과 해양 위험기상 정보 산출 기술개발 및 기상기후예측을 위한 전 지구 해양초기장 생산･현업운영 기반기술 확보를 통해 전지구/지역 해양 감시･분석과 해양기상 예측 기술을 개발하였다. 현업 위험물질(화산재, 방사성 물질) 확산예측모델 확대 및 황사･연무통합예측모델 개선을 통하여 황사･연무 예측 향상을 위한 관측･분석･수치예보 융합기술을 고도화하였다. 폭염, 한파, 호우, 가뭄 등 극한기상･극한기후 현상이 빈번히 발생하면서 자연재해로 인한 사회･경제적 피해가 증가하고 있어, 정확한 기상예보 및 과학적 기후변화 정보에 대한 국민적 요구가 증대되고 있다. 이에 따라, 기상연구 분야에서는 국민 안전 향상 및 기후변화 대응 역량 강화에 중점을 두고 R&D를 추진하고 있다. 2017년에는 기상업무 지원을 위해 기상관측･분석･자료동화･수치모델･예측･응용기상 등 다양한 분야에 대한 융합적･다학제적 접근을 통해 실용기술을 개발하였다. 이중편파레이더 및 기상위성에 관한 연구개발을 통해 기상현상에 대한 첨단관측장비를 활용한 감시 기술을 고도화하였다. 수도권 지역에 대한 스톰규모 예측 모델을 개발하고, 윈드라이다를 도입해 상세 도시기상 관측망을 구축하는 등 도시･농림 융합스마트 기상서비스 기술을 개발하였다. 국제적으로는 아시아태평양 지역 국가의 자연재해 피해 감소에 기여하기 위해서, APEC 기후센터를 운영하여 계절내∼계절 시간규모의 예측 정보를 제공하였다. 한편, 기상･기후･지진 분야 기초연구 진흥을 위해 공모형 출연금 연구개발사업을 추진했다.