혁신

초록: 의학계는 질병에 대한 새롭고 개선된 치료법을 끊임없이 모색하고 있으며, 이러한 치료법은 높은 효능과 비용 효율성을 갖추어야 하므로, 새로운 치료법을 발견하기 위한 과학 연구에 대한 수요가 크게 증가하고 있다. 모든 치료법에서 중요한 측면 중 하나는 질병만을 표적으로 삼고 신체의 다른 건강한 부위에는 해를 끼치지 않는 능력이다. 이러한 이유로, 금속 나노입자는 의료 영상, 항균 및 항바이러스 응용을 포함한 잠재적인 의학적 용도에 대해 과거부터 현재까지 광범위하게 연구되어 왔다. 초상자성 금속 나노입자는 자기장을 이용하여 체내를 이동시키거나 자성 이식체로 유도할 수 있는 특성을 지니고 있어, 다양한 생체 활성 물질을 나노입자에 결합시킨 후 체내에서 치료 목적으로 유도할 수 있는 가능성을 열어준다. 본 논문에서는 단일 금속 나노입자, 기능화 금속 나노입자, Fe₃O₄를 코어로 사용하는 코어-쉘 금속 나노입자를 포함한 다양한 금속 나노입자의 현재 생의학적 응용 사례와 이러한 코어-쉘 나노입자의 합성 방법에 대해 보고한다.

행사 페이지 링크: https://nanoscalereslett.springeropen.com/articles/10.1186/s11671-019-3019-6

금속 나노와이어 프린팅 기술은 가공이 용이하고, 직접 패터닝이 가능하며, 대규모 제조가 가능하다는 점에서 기존의 코팅 방식에 비해 특히 매력적이다. 그러나 높은 전도성과 높은 투명성, 유연성, 신축성을 동시에 갖춘 금속 나노와이어 패턴을 프린팅하는 것은 여전히 어려운 과제이다.

유연하고 신축성 있는 소자는 유연 센서 및 액추에이터, 전자 섬유, 변형 가능한 디스플레이, 전자기 구조물과 같은 비교적 새로운 응용 분야에서 필수적인 요소가 되었습니다. 이러한 분야에서는 다중 모드 및 반복적인 변형을 견디면서도 적절한 전도 특성을 제공할 수 있는 전극을 개발하는 것이 필수적입니다. 불안정성 역학을 통해 기존 소재의 구조를 개선하는 대신, 나노물질의 상향식 조립은 대안이자 특히 유망한 접근 방식을 제시합니다. 이러한 방법을 활용한 소자는 본질적으로 큰 변형을 견디면서도 뛰어난 전기적 특성을 유지할 수 있습니다. 이러한 맥락에서의 발전은 나노와이어(NWs), 나노튜브, 그래핀을 포함한 많은 나노소재의 개발로 이어졌다. 이러한 구성 요소 중에서도 은 나노와이어(Ag NWs)는 웨어러블 전극에 필수적인 신축성 및 유연성과 같은 뛰어난 기계적 순응성 덕분에 지난 10년 동안 폭넓은 관심을 받아왔다. 또한, Ag NW로 만들어진 많은 필름형 전극은 액정 디스플레이, 발광 다이오드(LED), 태양전지, 터치 패널을 포함한 많은 광전자 소자에 있어 두 가지 중요한 매개변수인 높은 광학 투명도와 높은 전기 전도도를 모두 달성할 수 있습니다.

최근 은 나노와이어(Ag NW) 및 은 나노와이어 기반 전극의 제조 기술이 크게 발전했다. 코팅 및 인쇄 공법을 통해 다양한 전도도와 투명도를 지닌 유연한 은 나노와이어 도체를 제조함으로써, LED, 저항 가열기, 박막 트랜지스터 및 태양전지 분야에서 구체적인 응용 사례가 등장하고 있다.

네이처(Nature)지 발췌문: https://www.nature.com/articles/s41528-019-0057-1

이미지: 네이처

유연 전자기기 및 인쇄 전자기기에 적용된 적정 소결 특성을 지닌 은 나노입자 기반 잉크

유연한 기판 위의 인쇄 전자 소자는 저렴한 비용, 대면적 생산 능력, 친환경적 장점 덕분에 연구계의 막대한 관심을 끌고 있다. 은 나노입자(Ag NPs) 기반 잉크의 최적 특성은 잉크의 유변학, 인쇄, 인쇄 후 처리, 그리고 인쇄 전자 소자의 성능에 있어 매우 중요하다. 이 리뷰에서는 적당한 소결 조건에서도 높은 전도성을 갖는 Ag NPs 기반 잉크를 얻기 위한 방법과 메커니즘을 요약한다. 이러한 특성은 고온 소결을 견딜 수 없는 온도에 민감한 기판에 인쇄할 때 특히 중요하다. Ag NPs의 크기와 모양을 최적화하고 기판 표면을 개질하기 위해 Ag NPs 표면을 덮고 있는 보호제를 조절하는 전략이 제시된다. 또한 광 소결, 전기 소결, 플라즈마 소결, 마이크로파 소결 등을 포함한 다양한 (신흥) 소결 기술에 대해서도 논의한다. 마지막으로, 투명 전도성 필름(TCF), 박막 트랜지스터(TFT), 바이오센서, 무선 주파수 식별(RFID) 안테나, 신축성 전자기기에서의 Ag NPs 기반 잉크의 응용 사례와 유연 및 인쇄 전자 분야에서 이러한 기술들이 가진 전망을 제시한다.

자세한 내용은 다음 링크에서 확인하세요: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6539082/

2020년부터 IoT 시장의 기회를 포착하기

교통, 석유·가스, 농업 등 다양한 분야에서 곧 닥칠 IoT 시장의 급성장은 지상 인프라가 미치지 않는 지역에서도 수천만 개의 사물이 정보를 전송해야 함을 의미합니다. 유텔샛(Eutelsat)의 ELO 위성 군은 전 세계적인 IoT 커버리지를 제공하여, 사물이 위치에 관계없이 데이터를 전송할 수 있도록 할 것입니다.

이 나노위성 군의 구축은 Loft Orbital(ELO 1 및 2)과 Clyde Space(ELO 3 및 4)가 제작하는 4기의 첫 번째 위성 시리즈로 시작될 예정입니다. 2020년부터 2021년 사이에 발사가 예정된 이 4기의 위성은 궤도에 진입하는 즉시 상용 서비스에 투입될 것입니다. 이 새로운 계획이 성공을 거둔다면, 2022년까지 총 25기의 위성이 가동될 수 있도록 다른 위성들이 이 위성군에 추가될 예정입니다. 이 위성군에 필요한 투자 비용은 유텔샛(Eutelsat)의 기존 자본지출(Capex) 전망에 포함되어 있습니다. 각 위성에 소요되는 비용은 100만 유로를 초과하지 않을 것입니다.

더 알아보기: Eutelsat 웹사이트

피부에 직접 착용하여 땀에 포함된 화합물을 변환해 전기 에너지를 생산할 수 있는 독특하고 새로운 유연·신축성 장치가 최근 그르노블 알프스 대학교(Université Grenoble Alpes)와 샌디에이고 대학교(미국) 소속 CNRS 연구진에 의해 개발되어 특허를 취득했다. 이 전지는 이미 LED를 지속적으로 점등할 수 있는 능력을 갖추고 있어, 자율적이고 친환경적인 바이오 장치를 동력으로 하는 웨어러블 전자기기 개발에 새로운 길을 열어주고 있다. 이 연구 결과는 2019년 9월 25일 『Advanced Functional Materials』에 게재되었다.

본 연구에서는 다중벽 탄소 나노튜브로 구성된 버키페이퍼(BP)를 전극 재료로 사용한 신축성 및 유연성이 뛰어난_젖산/O₂바이오연료전지(BFC)를 제시한다. 피렌-폴리노르보르넨 호모중합체로 기능화된 자립형 BP를 양극의 젖산 산화효소(LOx)와 음극의 빌리루빈 산화효소를 고정화하기 위한 매트릭스로 제작하였다. 이 바이오연료 전지는 0.74 V의 개회로 전압과^{520 µW cm−2의} 높은 전력 밀도를 나타낸다. 기능화된 BP 전극은 “아일랜드-브리지” 구조의 신축성 스크린 인쇄 전류 수집기에 조립되는데, 이는 웨어러블 BFC와 인체 간의 밀착 접촉을 보장하며 신축 조건 하에서도 BFC에 뛰어난 성능 안정성을 부여한다. 자원자의 팔에 부착했을 때, 이 BFC는 최대 450 µW의 전력을 생성할 수 있다. 전압 부스터와 연결하면, 신체 부착형 BFC는 운동 중 펄스 방전 및 연속 방전 모드 모두에서 발광 다이오드(LED)에 전원을 공급할 수 있다. 이는 차세대 웨어러블 전자기기를 위한 자급자족형 전원으로, 유연한 BP 기반 BFC의 유망한 잠재력을 입증한다.

자세히 보기 @ phys.org

전체 논문 @ Advanced Functional Materials

사진: CNRS

인쇄형 트랜지스터, 시스템 시제품 단계까지 확대

인쇄 방식으로 제조된 하위 시스템을 구현할 수 있는 최초의 개념 검증(PoC)이 2세대 트랜지스터 기술을 통해 방금 실현되었습니다. 이번 성과는 전자 통합이 최적화된 응용 시연 모델 개발의 길을 열어줍니다.

CEA Tech 산하 연구소인 Liten에서 10년 이상 개발해 온 유연한 유기 기판 기반 인쇄 전자 기술은 유럽의 ATLASS 프로젝트를 통해 중요한 진전을 이루었습니다. 부품 및 단순 회로 수준에서는 이미 개념 증명이 이루어졌으나, 복잡한 회로와 하위 시스템을 제조하는 데 필요한 충분한 성능과 효율 수준을 갖춘 파일럿 라인에서 플라스틱 기판에 트랜지스터를 인쇄하는 기술은 아직 입증되지 않았습니다. 이제 그 기술이 실현되었습니다!

Liten은 잉크 및 인쇄 장비 공급업체들과 긴밀히 협력하여, 생산 규모 확대에 필요한 효율성을 달성하기 위해 소재와 인쇄 공정(인쇄 롤러의 조각 공정 포함)을 최적화했습니다. 또한 공정 신뢰성을 향상시켜 불량률을 거의 제로 수준으로 낮추고, 부품의 완벽한 재현성을 확보했습니다. 수백 개에서 수천 개 규모의 트랜지스터 샘플 여러 개가 결함 0개(100% 작동 가능한 부품)로 생산되었습니다. 이러한 최적화 및 성숙화 작업을 통해 사물인터넷(IoT) 및 지능형 센서 표면 분야에서 인쇄형 트랜지스터 회로를 기반으로 한 프로토타입 제작과 기능성 시제품 구현이 가능해졌습니다. 이제 이 기술의 유용성을 다양한 응용 분야에서 검증해 나갈 예정입니다.

CEA 웹사이트 링크 (프랑스어)

MIT 연구진은 고성능의 “압전” 특성을 지닌 초박막을 3D 프린팅하는 간단하고 저렴한 방법을 개발했는데, 이 기술은 플렉서블 전자기기나 고감도 바이오센서의 부품으로 활용될 수 있다.

고주파 소자는 관성 항법, 통신, 전력 변환, 의료, 병렬 컴퓨팅 등 광범위하고 다양한 흥미로운 응용 분야에 사용되는 최첨단 전자 기기의 핵심 요소입니다. 그러나 인쇄된 변환 재료의 물리적 한계와 달성 가능한 박막 두께의 제약으로 인해, 고주파 적층 제조 압전 소자는 아직 구현되지 못하고 있습니다. 본 연구에서는 상온에서 인쇄된 최초의 압전 소자에 대해 보고한다.

자세한 내용은 MIT 웹페이지에서 확인하세요.

Eiffage Energie Systèmes, Les Maraichers Nantais 및 Groupe Olivier와의 파트너십의 일환으로, 낭트 인근에 위치한 산업용 온실에 ASCA® 태양광 필름이 설치되었습니다. 총 43m² 규모로 세 가지 다른 방식으로 적용된 이 프로젝트는 ASCA® 유기 태양광 필름의 장점과 생산자들의 구체적인 요구 사항을 충족시킬 수 있는 능력을 입증하는 것을 목표로 합니다.

이번 시범 사업을 통해 생산 업체들과 Eiffage Energie Systèmes는 유기 태양광 필름이 저탄소 에너지 솔루션으로서뿐만 아니라 채광 및 열 환경 조절 수단으로서도 어떤 기여를 하는지 파악하고자 합니다.

자세한 내용은 ARMOR 웹사이트에서 확인하세요.

스탠퍼드 대학의 공학자들이 반창고처럼 피부에 부착되는 센서를 이용해 피부에서 발산되는 생리학적 신호를 감지하고, 이 신호를 옷에 클립으로 고정된 수신기로 무선으로 전송하는 기술을 개발했다.

그들의 목표는 배터리나 딱딱한 회로 없이도 편안하고 사용하기 쉬운 기술을 개발하는 것이었습니다. 이 설계는 결국 RFID 기술의 다양한 변형을 통해 성공을 거두었습니다. 신분증에 사용되는 유사한 기술의 경우, 사용자가 신분증을 RFID 수신기에 대면 신분증 내의 안테나가 수신기에서 발산된 RFID 에너지를 반사받아 코드를 생성한 뒤 이를 다시 수신기로 전송합니다. BodyNet 스티커는 ID 카드와 유사한 방식으로 작동합니다. 이 스티커에도 안테나가 장착되어 있어, 의류에 부착된 수신기에서 들어오는 RFID 에너지를 센서에 전원으로 공급합니다. 그런 다음 피부에서 측정된 데이터가 수신기로 전송됩니다.

연구진은 금속 잉크를 사용하여 피부에 부착되어 맥박 및 기타 건강 지표를 측정하도록 설계된 신축성 스티커 위에 안테나와 센서를 스크린 인쇄한 뒤, 측정된 데이터를 착용자의 옷에 부착된 수신기로 전송한다.

자세한 내용은 스탠포드 웹사이트에서 확인하세요.

플로리다 대학교 연구진을 포함한 다국적 과학자 팀이, 세포가 금속을 휘게 하는 예상치 못한 능력이 은 나노와이어의 안전성을 결정한다는 사실을 밝혀냈다. 은 나노와이어는 사람의 머리카락보다 1,000배 더 얇으면서도 전도성이 매우 뛰어난 나노물질로, 스마트폰 및 가전제품의 차세대 터치스크린에 사용되고 있다.

은 나노와이어를 기반으로 한 GenesInk의 TranDuctive® 잉크가 양산 및 차세대 터치스크린 적용을 위한 준비를 마쳤습니다!

자세한 내용은 다음에서 확인하세요 플로리다 대학교