초록
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문서암호 : www.kosen21.org
1. 제목
광 과학 분야의 최신 연구 동향 조사
2. 조사의 목적 및 필요성
본 조사의 목적은 광 과학 분야의 차세대 나노 과학 기술과 관련된 선진국의 정책과 여론, 대표적인 최신 연구 동향 및 산업계 동향을 알아보고, 추후 우리가 확보해야 할 기술에 활용하는 것이다.
나노 과학 기술은 반도체나 유기 분자 구조 등을 중심으로 한 나노 크기의 물질 연구 개발에만 국한 되는 것이 아니라, 나노 크기의 구조물을 제작하는
문서암호 : www.kosen21.org
1. 제목
광 과학 분야의 최신 연구 동향 조사
2. 조사의 목적 및 필요성
본 조사의 목적은 광 과학 분야의 차세대 나노 과학 기술과 관련된 선진국의 정책과 여론, 대표적인 최신 연구 동향 및 산업계 동향을 알아보고, 추후 우리가 확보해야 할 기술에 활용하는 것이다.
나노 과학 기술은 반도체나 유기 분자 구조 등을 중심으로 한 나노 크기의 물질 연구 개발에만 국한 되는 것이 아니라, 나노 크기의 구조물을 제작하는 기술도 포함되어 재료과학, 물리학, 화학, 생물학, 공학 계열에서 크게 각광 받고 있다. 전 세계적으로 과학계는 이 분야의 발전을 필수 불가결하게 보고, 나노 과학과 관련된 기초 연구의 지원, 연구 지원 인프라의 개발, 기술 이전 등의 국가 지원 연구에 중점을 두어 의료보장, 전자, 항공, 에너지, 안보, 환경 분야 등에 걸쳐 나노 과학 기술의 광범위하고 다양한 연구 개발에 역점을 두고 있다.
위와 같은 이유로 나노 과학 기술을 중점으로 둔 광 과학 분야의 응용 및 실용 기술은 다음과 같은 측면에서 매우 중요한 의미를 가진다고 볼 수 있다.
⊙ 기술적 측면
▶ 나노 과학 기술은 구조물들을 포함하는 강도가 높은 합금 및 결정질 세라믹에 사용함으로써 제조 작업의 효율을 증가시킬 수 있다.
▶ 나노 구조에서 높은 정확도로 원자 크기의 해상도를 얻어 낼 수 있어 나노 입자와 나노 튜브를 포함하는 다양한 나노 물질들의 quality를 검증할 수 있는 새로운 측정 기술을 개발할 수 있다.
▶ 양자점이나 자성 나노 입자들이 보이는 독특한 물성을 이용하여 전자들을 매우 빠른 속도로 수송할 수 있고, 이러한 성질들로 궁극적으로 미래의 Peta 스케일을 넘는 컴퓨터의 계산 속도와 peta-byte를 넘는 데이터 저장 시스템을 실현시킬 수 있다. 더불어 센서 기술, 건전지, 레이저 등을 개발하는 데에 적용할 수 있다.
▶ 나노 크기에서 인간의 섬유질과 기관들을 복원할 수 있으며 독성물질의 생물학적 치료나 암의 예방, 진단을 수행할 수 있다. 이러한 기술은 기초 행동과학, 신경학, 신경 AIDS 분야를 연구하는데 도움을 주어 뇌, 행동과 관련된 정보를 대용량으로 분석하는 다양한 혁신적인 방법들을 생의학 분야에 응용할 수 있을 것으로 기대된다.
▶ 나노 미터 크기의 광센서와 유기물질들을 이용한 flexible 트랜지스터를 개발하여 이를 큰 면적의 플라스틱 화면 제작에 응용할 수 있고, 이러한 화면은 접거나 말아 넣는데 불편함이 없어서 휴대기기에 적용할 수 있다.
⊙ 경제적 측면
▶ 나노 물질의 제작은 낮은 failure rate를 갖는 강하면서도 가벼운 물질의 이용을 통한 지상/공중 운송수단의 연비와 안전성을 향상시키고, 표면 성질 개조를 통한 마찰 및 마모를 감소시킴으로써 연료소비의 절감을 기대할 수 있어 일반 산업계에 기술 파급 효과가 매우 클 것으로 예상된다.
▶ 생산자가 침구류, 보석류, 운동 기구류, 영양제류, 개인 위생용품류 등 소비제, 의약품에 이미 나노 기술을 이용하여 제품을 출시하고 있으며, 나노 기술의 개발은 이러한 시장 성장과 더불어 미래 기술 시장 선점과 고부가 가치를 창술 할 수 있고 21세기 산업구조를 지식집약형 고부가 가치 산업으로 바꾸는 데에 매우 중요하다.
▶ 나노칩, 나노센서, 나노선 등의 개발은 반도체 패키징을 포함한 반도체 연구 개발을 촉진시킬 뿐 아니라 초고속 통신 소자, 전장의 군인들의 원격 감시, 자동차, 우주 과학 등 다양한 산업 분야의 응용 기술 가치를 높여줄 수 있다.
⊙ 에너지 절약, 환경적 측면
▶ 태양 에너지, 수소 연료와 같은 재생 에너지원을 효과적으로 치환하거나 저장하는 소자를 개발할 수 있어 화학 연료와 달리 환경 친화적이며, 자연적인 에너지원이므로 고갈을 염려하지 않아도 된다는 장점을 가지고 있다.
▶ 나노 구조의 촉매를 이용한, 보다 깨끗하고 저렴하고 친환경적인 정유기술을 개발하고, 개선된 화학약품 및 화공제품의 제작으로 안정성 있는 환경을 제공할 수 있다.
▶ 나노 기술을 이용한 조명의 발전으로, 강하고 환경 친화적이며 같은 전력으로 높은 효율을 낼 수 있어, 효율이 낮고 수은을 포함한 형광등을 대치하여 전 세계의 TV와 모니터, 가정용 조명에 이용될 수 있다.
그러나 최근 조사에 따르면 이 같은 미래 나노 과학의 높은 가치에도 불구하고 새로운 나노 기술에 대한 대중의 인식이 부족하다. 게다가 일부 정보를 얻은 사람들 사이에서 인간과 환경에 대한 안전 문제의 두려움이 확산되고 있다. 실제로 연방정부 기관들은 현재 우리가 나노 기술이나 나노 물질들이 유발할 지도 모르는 유해성에 대한 지식이 충분치 못하다는 데에 공감하고 있다. 그러나 우려할 만큼의 유해성이 과학적으로 검증되지 않았음에도 불구하고, 일부 언론이 추측에 근거하여 나노 기술의 위험성을 제시해 일반인들은 이러한 검증되지 않은 나노 기술의 위험성을 지나치게 우려하고 있다. 따라서 정부 기관들은 나노 기술과 관련된 유해성을 과학적으로 검증하여 이와 관련된 논란을 투명하게 처리하되, 발견된 위험성에 대해서는 신속하고 적절한 대응책을 세우는 것이 필요하다. 동시에 과학 전문가들은 나노 기술과 광 과학 분야로의 그 응용에 대해 대중들에게 설명하고 거부감 없이 이해시키는 데에 노력을 기울여 나노 기술에 대한 지지를 모으는데 초점을 맞춰야할 것으로 판단된다.
3. 조사의 내용 및 범위
1) 국외 국가의 광 과학 실정
- 선진국의 나노관련 광 과학 정책
2) 대체 에너지의 나노기술과 광 과학
- 반도체 태양 전지, 유기 태양 전지, 탄소 나노 튜브와 LED 개발 등의 최신 연구 동향
3) 광통신, 광학기구 기술과 나노 과학
- 광섬유, 음굴절률을 가지는 나노렌즈, potonic crystal, 나노 구조 scale 측정 개발 등의 최신 연구 동향
4) 생명과 생명 공학, 의학의 나노기술과 광 과학
- 수술용 레이저, 바이오센서, 나노 사이즈까지 측정 가능한 광학 현미경 개발 등의 최신 연구 동향
5) 전자, 전기, 컴퓨터의 나노기술과 광 과학
- 나노 광학 스위치, 리쏘그래피의 개발, 나노선 센서 집적회로, Single - Walled 탄소 나노 튜브 개발 등의 최신 연구 동향
4. 정보 조사의 결과
(1) 대체 에너지의 나노기술과 광 과학의 조사 내용
1) 태양 전지 개발 노력
- 금속 나노 입자를 이용한 개발
- 탄소 나노 튜브 분야의 성장에 따른 태양 전지의 개발
- 반도체 나노선 구조를 응용한 개발
- 유기 태양 전기의 출현
2) LED의 개선으로 얻은 에너지 절약
(2) 광통신, 광학기구 기술과 나노 과학의 조사 내용
1) 광통신 개발 노력
- 광통신의 중점인 광섬유
- 포토닉 결정(Photonic crystal)으로 향상되는 광회로
2) 광학기구의 발전
- 나노 스케일이 측정 가능하게 된 광학 현미경 개발
- 좋은 질을 얻어내는 이미징 기술 개발
(3) 생명과 생명 공학, 의학의 나노기술과 광 과학의 조사 내용
1) 나노 과학의 발달로 쉬워진 병 진단과 세포 관찰
2) 단분자 연구의 발전
3) 생명 공학 분야의 발전
(4) 전자, 전기, 컴퓨터의 나노기술과 광 과학의 조사 내용
1) 나노 광학 스위치로 발전하는 시스템
2) 차세대 컴퓨터 칩의 개발
- 나노 사이즈 리쏘그래피의 발전
- 플라즈몬(plasmon) 렌즈의 출현
- 음굴절률(negative refraction)을 가지는 metamaterial 개발
- 영구적으로 전기 편극된 ferroelectric 물질
3) 반도체 나노선의 발전
- 나노선 센서 집적회로의 개발
- 단백질과 나노선 성장
5. 정보 조사의 활용 계획
수집된 자료는 국내 나노 과학을 중점으로 하는 광 과학 분야와 관련된 연구기관에 직접 배포하고 web 자료로 활용하여 나노 분야 연구자들에게 도움이 되도록 할 것이다. 아울러 광 과학과 관련된 회사의 연구 개발과 회사의 전략적 수립에 기반이 될 수 있을 것이라 판단된다.
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