- 고도로 정제된 실험실 조건이 아닌 실제 환경에서도 내구성이 뛰어난 촉매 개발 - 저가의 탄소 소재 촉매를 이용, 이산화탄소로부터 일산화탄소를 고효율 생산 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 국가기반기술연구본부 민병권 박사 연구팀(황윤정？원다혜 박사)은 인공광합성 기술의 실용화에 한 걸음 더 가까이 가기 위해 고도로 정제된 실험실 환경에서 벗어나, 실제 환경에서도 장시간 동안 안정적으로 구동될 수 있는 전기화학 인공광합성 촉매를 개발했다고 밝혔다. 인공광합성 기술은 태양광을 이용하여 지구 온난화의 주범으로 알려진 이산화탄소를 부가가치를 갖는 물질로 전환하여 자원화할 수 있는 에너지·자원 분야의 꿈의 기술이라고 할 수 있다. 인공광합성 기술의 실현을 위해서는 화학적으로 매우 안정된 상태에 있는 이산화탄소를 손쉽게 변환하기 위한 높은 효율을 갖고, 그 효율을 안정적으로 유지할 수 있는 촉매가 필요하다. 이러한 효율과 내구성이 높은 이산화탄소 변환 전기화학 촉매를 개발하기 위해 전 세계적으로 수많은 연구가 진행되고 있다. 하지만 대부분 실험실 환경의 연구에 머무르고 있어 실제 적용까지는 먼 길이 남아 있다. 현재까지 대부분 연구자는 다양한 불순물로부터 생기는 변수를 최소화하기 위해 고도로 정제된 증류수를 사용하여 촉매를 개발해왔다. 하지만 이렇게 개발된 촉매들은 대량 생산을 위한 실제 환경에 적용될 경우 고도로 정제된 실험실 환경과 동등한 성능 및 안정성을 보이기는 힘들다. KIST 연구진은 이 같은 문제점을 극복하기 위해 이산화탄소 변환 전기화학 시스템의 가장 기본 구성 요소인 전해질을 초고순도의 증류수가 아닌, 일상생활에서 가장 쉽게 접할 수 있는 대표적 실용수인 수돗물로 바꾸었다. 또한, 은 촉매를 이용해 수돗물의 성분 중 ‘철’ 성분이 촉매의 성능을 가장 크게 저하한다는 것을 밝혔다. KIST 연구진은 실제 물(수돗물)을 사용하는 환경에서도 내구성을 높이기 위해 촉매를 철 성분으로부터 보호했다. 이를 위해 금속 불순물이 증착되어도 문제가 없도록 탄소나노튜브*에 질소 원소가 함유된 형태의 촉매를 개발하였다. 이 촉매는 고가의 상용 촉매인 은 촉매에 버금가는 이산화탄소 전환 성능을 보였고, 수돗물 환경에서도 20분 이내에 성능이 80% 이상 감소하는 은 촉매와 대비하여, 전례 없는 기록인 120시간 동안 안정적인 성능을 보였다. *탄소나노튜브섬유(carbon nanotube fiber): 탄소만으로 구성된 원통형의 나노 구조체로 구성된 매크로 섬유 KIST 민병권 본부장은 “본 연구는 일반적으로 실험실 연구 과정에서 쉽게 간과할 수 있는 부분이자 개발 기술들이 직면하게 될 실제 적용 환경에 대한 고찰로 시작되었다.”라고 말하며, “본 연구로 밝혀진 내구성 저해 요소와 탄소 기반 촉매의 장시간 내구성 확보 결과를 통해 인공광합성 기술의 실용화 가능성을 더욱 높일 것으로 기대한다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민)의 지원을 받아 KIST 주요사업으로 수행되었으며 연구 결과는 촉매 분야 최고 수준 과학전문지인「Applied Catalysis B: Environmental」 (IF : 14.23, JCR 분야 상위 0.96%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) Achieving tolerant CO2 electro-reduction catalyst in real water matrix - (제 1저자) 한국과학기술연구원 원다혜 선임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 민병권 책임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 황윤정 책임연구원 <그림설명> [그림 1] (위-좌) 태양광과 연계한 전기화학적 이산화탄소 전환 시스템 계략도 (위-우) 개발된 질소 원소가 함유된 탄소나노튜브 촉매 모식도 (아래) 개발된 탄소 촉매의 수돗물 환경 내에서의 120시간 안정한 이산화탄소 전환 성능

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 국가기반기술연구본부 이대영 박사팀은 기존의 제습과는 전혀 다른 원리에 기반을 두어 제습기나 에어컨 제습 기능보다 에너지 효율이 160% 이상 높으면서, 실내온도 변화 없이 습도만 제거하는 제습 기술을 개발하였다고 밝혔다. 통상 우리나라에서는 폭염*과 열대야**가 동반되는데, 이는 높은 습도 때문이다. 습기는 열을 가두는 성질이 있어 한낮의 더위가 밤이 되어서도 식지 않게 되는 것이다. 폭염일 수의 증가와 함께 해양성 기후 특징을 보이는 우리나라 여름의 특성으로 습도가 동반상승하여 열대야 현상이 빈발하고 있으며, 잠 못 이루는 고단한 여름이 되는 것이다. *폭염 : 일일 최고 기온이 33도 이상인 상태가 2일 이상 지속되는 경우 **열대야 : 전날 저녁 6시부터 다음날 오전 9시까지 최저기온이 25도 이상 유지되는 현상 열대야인 날에는 온도보다는 습도가 높은 것이 참기 힘든 더위를 느끼게 하는 주된 원인이다. 열대야 현상의 기준인 일일 최저온도 25도는 통상적인 냉방 기준온도인 26~28도 보다도 낮다. 이 온도에서 잠 못 이룰 정도로 괴롭다는 것은 온도 보다는 습도가 주된 원인이라는 반증이다. 습도가 높으면 땀이 증발하지 않아 덥고 끈적한 불쾌감을 느끼게 되고, 실내에 결로 및 곰팡이가 발생하여 실내 마감재 훼손, 물질적 손실, 건강악화 우려가 커진다. 열대야인 날에 제습을 통해 습도만 낮추어도 쾌적하고 건강한 환경을 만들 수 있다. 제습에 관한 관심이 증가함에 따라, 여름만 되면 제습기와 에어컨의 제습 모드 중 어느 것이 제습 성능이 우수한지에 대한 갑론을박이 벌어지는데, 결론적으로는 ‘유의미한 차이’는 없다. 둘 다 차가운 표면에 이슬이 맺혀서 습기가 제거되는 같은 원리에 기반을 두고 있기 때문이다. 단, 밀폐공간에서 운전할 경우, 제습기로는 온도가 과도하게 높아지고, 에어컨으로는 과도하게 낮아질 수 있다는 차이가 있다. KIST 연구진은 전기제습기에 ‘데시컨트 로터’로 불리는 습기 필터를 추가하여 고효율 데시컨트 제습 기술을 구현한 휴미컨(HumiCon)을 개발하였다. 히트펌프의 증발기로 냉각된 공기가 데시컨트 로터를 통과하여 제습된 후 히트펌프의 응축기 배열로 데시컨트 로터가 재생되는 원리로, 에너지 회수 방식을 적용하기 때문에 적은 에너지로 높은 제습 효과를 볼 수 있다. 이 기술은 국가 인정 시험기관에서 시행한 인증시험에서 에너지소비효율 1등급 전기제습기 대비하여 동일 소비전력에서 160% 향상된 제습 능력을 나타내었으며, 현장시험을 통하여 실효성을 검증받았다. 습기 필터는 내부적으로 재생되어 교체 없이 반영구적으로 사용 가능하며, 전기제습기의 소비자 불만 사항인 실내 온도상승 및 소음문제를 완전히 해결하였다. 습기 필터에 적용한 자체 개발 고분자 제습 소재는 실리카겔보다 제습 성능이 5배 이상 크며 탈취, 항균, 항곰팡이 성능도 우수한 것으로 평가되었다. 휴미컨은 제습 기능뿐만 아니라, 환기·공기청정 기능도 갖춰 일 년 내내 활용할 수 있다. 개발자인 이대영 박사는 휴미컨의 사업화를 위해 직접 벤처기업 휴마스터를 창업하여 작년 말 제품개발을 완료하고 본격적인 상용 보급을 시작하고 있다. KIST 이대영 박사는 “고효율 제습기술로 열대야도 없고 전력 대란이나 전력요금 걱정도 없는 뽀송뽀송한 여름을 보낼 수 있을 것”이라며 “이 기술은 특히 열대 및 온난다습한 기후에 적합한 기술로 우리나라 뿐만 아니라, 일본, 중국, 동남아시아, 인도, 북중남미 등 세계 대부분 지역에 효과적으로 적용될 수 있을 것”이라고 밝혔다. 휴미컨은 2017년 산업통상자원부 신기술(NET) 인증, 고분자 제습 소재는 환경부 녹색기술인증을 취득하였고 2018년에는 ‘올해의 10대 기계기술’에도 선정된 바 있다. <그림설명> [그림1] KIST 국가기반기술연구본부 이대영 박사(책임연구원) 팀에서 개발한 고효율 제습기술을 구현한 시제품인 휴미컨(HumiCon). 에너지소비효율 1등급 전기 제습기 대비 160%의 향상된 제습능력을 보인다. [그림2] KIST 국가기반기술연구본부 이대영 박사팀에서 개발한 고효율 제습 소재를 적용한 벽지로 제습효과를 실험하고 있다. - (좌) KIST가 개발한 고효율제습소재를 적용한 벽지 - (우) 일반 벽지의 제습효과 비교실험, 좌측이 현저히 습도가 낮아진 것을 확인할 수 있다.

- 블록공중합체의 종류와 모양에 상관없이 초미세 수직 패터닝 기술 개발 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 광전하이브리드연구센터 손정곤 박사팀은 반도체 칩이나 광전소자 제조에 사용되는 나노 패터닝(Nano Patterning) 기술을 한 차원 높인 기술을 선보였다. 손 박사팀은 아주 손쉽고 간단하면서도 다양한 종류와 모양의 블록공중합체*에 적용가능한 10나노미터 이하의 초미세 나노패턴 제작 기술을 개발했다고 밝혔다. *블록공중합체(Block copolymer) : 두 개 이상의 고분자가 하나의 고분자 사슬에 규칙적으로 연결된 고분자. 최근 차세대 반도체를 위한 공정으로 10 나노미터(nm, 10억분의 1m) 수준의 초미세 패턴 제작기술에 대한 중요성이 대두되고 있다. 특히 블록공중합체의 스스로 나노구조를 만드는 자기조립(Self-Assembly) 특성을 이용한 미세 패터닝 기술은 비싸고 복잡한 극자외선(EUV) 공정과는 달리 저렴하고 빠르게 대면적의 초미세 나노 패턴을 얻을 수 있어 차세대 나노 패터닝 기술로 각광받고 있다. 그러나 그동안 블록공중합체를 활용해 나노패턴을 만드는 과정에서 구조적 결함을 제거하고, 패턴을 정렬하는 등에 기술적 한계가 있었다. 특히 블록공중합체를 10 나노 이하로 제작할 경우, 패턴 전사에 필요한 수직 배향**이 어렵다는 한계가 있었다. 기존에 보고된 연구들은 특정 블록공중합체에 대한 수직 배향을 구현하기 위해서는 매번 임의의 고분자를 합성해서 각각 필름의 위와 아래에 도입해야 하는 등, 복잡하고 까다로운 공정을 이용하였기 때문에 실제 공정에 적용하는데 큰 제약이 따랐다. **배향(Orientation) : 특정 구조의 방향 KIST 손정곤 박사팀은 이러한 한계를 극복하고, 아주 쉽고 간단한 공정으로 어떠한 형태의 블록공중합체라도 배향을 조절할 수 있는 방법을 개발하였다. 연구진은 필터를 도입한 플라즈마 처리방법으로 낮은 에너지의 입자들만 통과하게 하여 고분자 필름과 물리적인 충돌만 일어나도록 함으로써 표면에 3~5 나노 수준의 얇은 화학적 결합층을 형성했다. 이 공정을 블록공중합체 필름에 도입하여 두 고분자들이 잘 섞여있는 얇은 층을 만들고, 이 층이 자연적으로 아래의 블록공중합체와 중립적인 경계면을 형성하게 하여 수직 배향을 가지게 만들었다. 이 공정은 다양한 종류와 모양의 블록공중합체 뿐 아니라 다양한 공정 조건 하에서도 모두 수직 배향 형성이 가능함을 보였다. KIST 연구팀은 이 기술을 통해 실제 반도체 공정에서 3차원 입체구조 트랜지스터로 사용되는 핀펫(FinFET)을 모사한 3차원 구조를 구현할 수 있었으며, 또한 미세 화학 패턴 위에서도 결함이 거의 없는 10나노 이하의 수직 줄무늬 패턴을 형성할 수 있음을 보였다. KIST 손정곤 박사는 “이번 성과는 그동안 난제로 여겨졌던 범용적으로 사용가능한 블록공중합체의 배향 조절 이슈를 아주 간단하게 해결했다. 이번 유도 자기조립을 통한 10 나노 이하 패터닝 기술이 초미세 반도체 공정 기술로 실질적으로 적용되길 기대한다.”고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 기관고유사업과 한국연구재단 중견연구자지원 사업으로 수행되었다. 이번 연구결과는 세계적 과학저널인 Nature 자매지인 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications, IF : 11.88, JCR 분야 상위 6.52%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) Universal perpendicular orientation of block copolymer microdomains using a filtered plasma - (제1저자) 한국과학기술연구원 오진우 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 손정곤 책임연구원 <그림설명> [그림 1] (a) 블록공중합체 박막의 표면 가교를 통해 수직 배향을 가지는 블록공중합체 나노구조를 제작하는 방법에 대한 모식도 (b) 아르곤 플라즈마를 이용하여 블록공중합체의 표면에 가교층을 도입하여 중성층을 제작하는 방법에 대한 모식도 (c) 배향이 조절된 블록공중합체 나노 구조의 SEM 이미지와 모식도 PS-b-PMMA, PS-b-PDMS, P2VP-b-PS-b-P2VP, PS-b-P2VP : 본 연구에서 사용한 블록공중합체의 종류 Lamellae : 라멜라 구조 Cylinder : 실린더 구조 Thermal : 열처리를 통해 나노구조를 제작 Solvent : 솔벤트 처리를 통해 나노구조를 제작 [그림 2] (위) 실험에 사용한 플라즈마전용 필터 (아래) 필터를 도입한 플라즈마공정 사진

- 농작부산물 같은 폐자원 활용한 친환경·저비용·고효율의 폐수 처리 촉매제 개발 - 초음파 자극 결합으로 효율↑시간↓, 향후 환경호르몬 제거 시스템 구축 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 물자원순환연구센터 최재우 박사, 정경원 박사팀은 농촌지역에서 흔히 발생하는 부산물을 활용하여 오염물을 효과적으로 제거하고, 내분비계 교란물질인 환경호르몬을 높은 효율로 제거할 수 있는 폐수 처리 공정을 개발했다고 밝혔다. 산업 현장에서 필수적으로 발생하는 하·폐수에는 오염물과 내분비계 교란물질인 환경호르몬이 다량 함유되어 있다. 특히 환경호르몬은 쉽게 분해가 되지 않아 환경 뿐만 아니라 우리 인체에도 심각한 영향을 미칠 수 있기 때문에 반드시 제거하는 공정이 필요하다. 기존 하·폐수 처리에 사용되고 있는 촉매는 시간이 지날수록 성능이 급격히 떨어지고, 높은 효율을 얻기 위한 조건이 한정적이어서 많은 비용이 소요된다는 단점이 있다. 또한, 현재까지의 연구는 주로 단일 물질로 구성된 촉매제 개발과 이를 활용한 성능향상의 연구방향으로 진행되고 있고, 환경호르몬 제거 등 친환경 나노복합 촉매제 개발에 대한 연구는 드문 실정이다. KIST 최재우·정경원 박사팀은 폐수 처리 공정을 통해 물 속 오염물과 내분비계 교란물질인 환경호르몬을 제거하기 위해 농작 부산물을 이용한 친환경 바이오차(Biochar)**를 활용했다. 연구진은 폐자원인 ‘왕겨’를 활용하여 친환경적이고 높은 경제성을 만족시키는 바이오차를 구현했으며, 바이오차 표면에 나노크기의 이산화망간을 코팅하여 나노복합체를 형성, 바이오차와 이산화망간이 갖고 있는 장점들을 기반으로 고효율 경제성을 확보할 수 있는 바이오차-나노복합체 촉매제를 개발했다. **바이오차(Biochar) : 산소공급이 제한된 조건에서 목재를 포함한 다양한 종류의 바이오매스를 열분해시켜 만들 수 있는 고상의 물질을 통칭함 KIST 연구진은 나노복합체 합성 시, 높은 재현성과 안정적이고 높은 활성도의 촉매제를 구현하기 위해, 광물합성법 중 하나인 높은 열과 압력을 가하는 열수합성법(Hydrothermal method)을 이용하였다. 이를 통해 3차원 형태의 계층화된 구조를 갖도록 하여, 넓은 표면적으로 인해 고도산화공정에 높은 효율을 보이는 것을 확인했다. 기존의 촉매가 환경호르몬인 ‘비스페놀 A’를 80%밖에 제거하지 못했던 조건에서 KIST 연구진이 개발한 촉매를 사용하면 1시간 이내에 95%이상을 제거할 수 있고, 특히, 초음파(20 KHz)와 결합하면 20분 이내에 ‘비스페놀 A’ 100% 제거하는 것을 확인하였다. 또한, 수 차례의 반복 및 재이용 실험에서도 약 93%의 높고 안정적인 제거효율을 확인할 수 있었다. KIST 물자원순환연구센터 정경원 박사는 “본 연구를 통해 개발된 촉매제는 다양한 폐자원을 활용할 수 있기 때문에, 대체가능 물질에 대한 추가 연구를 통해 다양한 바이오매스 활용을 통한 폐자원 순환형 촉매제 개발을 예정 중이다.”라고 말했으며, KIST 물자원순환연구센터 최재우 박사는 “향후 공정의 최적화 및 회수성 증대에 대한 연구를 통해 환경적 측면과 경제적 측면을 동시에 충족시킬 수 있는 환경호르몬 제거 시스템을 구축하는데 큰 기여를 할 것으로 기대한다.”고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 기관고유사업으로 수행되었으며, 연구결과는 ‘Ultrasonics Sonochemistry’ (IF : 6.012, JCR 분야 상위 1.613%)에 최신호에 게재되었다. * (논문명) Ultrasound-assisted heterogeneous Fenton-like process for bisphenol A removal at neutral pH using hierarchically structured manganese dioxide/biochar nanocomposites as catalys - (제1저자) 한국과학기술연구원 정경원 선임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 최재우 책임연구원 <그림설명> <그림 1> 바이오차에 코팅된 이산화망간의 SEM과 TEM 이미지 나노복합체의 표면이 3차원 구조로 되어있어 넓은 표면적으로 인해 효율이 높아짐 <그림 2> 바이오차-나노복합체의 C, O, Mn 원소에 대한 elemental distribution mapping 결과 시간 조절에 따른 다른 구조를 가지고 있는 나노복합체 형성 결과

- '막 증발법' 담수화 기술에서 유발되는 분리막 오염의 실시간 관측 시스템 개발 - 향후 막 젖음과 막 오염 현상의 연관성을 규명할 것으로 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 물자원순환연구센터 정성필, 이석헌 박사팀은 바닷물을 담수화 하는 기술 중 하나인 막 증발법*에서 막 젖음을 유발하는 막 오염을 실시간으로 관측하는 시스템을 개발했다고 밝혔다. *막 증발법(Membrane distillation,MD) : 해수를 가열하여 발생된 수증기를 소수성 분리막을 통과시켜 해수와 수증기를 분리한 후 응축하여 담수를 생산하는 기술 물 부족 문제로 인해 1970년대부터 해수를 담수화 하는 기술이 상용화되었으며, 이 기술의 에너지 및 비용을 절감하기 위한 노력이 지속되고 있다. 그 중 막 증발법은 태양열 및 지열과 같은 신재생에너지를 적용하여 막 증류 공정을 상용화 하게 된다면 해수담수화 비용을 약 0.3 $/m3까지 절감할 수 있을 것으로 보여 차세대 담수화 기술로 주목받고 있다. 막 증발법으로 담수를 생산하는 과정에서 해수와 접촉하는 분리막에 오염 물질(입자, 유·무기물 등)이 부착 또는 침투하게 되면, 분리막의 틈이 막혀 담수 생산 속도가 느려지거나 수증기만 통과해야하는 소수성 분리막을 해수가 직접 통과하게 되어 생산된 담수의 수질이 나빠질 수 있다. 이렇게 분리막이 막히는 것을 ‘막 오염(fouling)’이라고 하며, 해수가 소수성 분리막을 직접 통과하는 것을 ‘막 젖음(wetting)’이라고 한다. 막 오염과 막 젖음은 서로 연관이 있는 것으로 많은 연구를 통하여 알려져 왔으나, 막 젖음이 막 오염이 일어난 지점에서 발생하는 지에 대해서는 확인된 바가 없었다. 막 젖음을 확인하는 기존 기술은 생산된 담수에 해수가 섞이는 경우 이온의 농도가 증가하는 것을 측정하는 방식이었기 때문에 분리막의 어느 지점에서 막 젖음이 발생했는지에 대한 확인이 불가능하였다. KIST 연구진은 막 증류 분리막에 막 오염이나 막 젖음 현상이 발생하는 경우 광원이 있을 때 막 오염은 어둡게, 막 젖음은 밝게 나타나는 광학적인 차이가 있는 것을 확인하고, 이를 이용하여 실시간으로 모니터링 가능한 장치를 개발하였다. 이 장치를 이용하면 실시간 모니터링 장치를 부착하여 분리막을 지속적으로 관찰하였을 때, 막 젖음이 확인되는 시점에 막 젖음이 분리막의 어느 위치에서 발생하고 어떻게 변화하는지 시각적으로 확인할 수 있다. 또한, 서로 다른 막 오염 및 막 젖음이 발생할 수 있는 다양한 온도 조건에서 실험을 수행하여, 막 오염과 막 젖음 현상을 실시간으로 확인 가능하다. KIST 정성필 박사는 “다양한 조건에서 실험을 하여 분리막의 막 젖음이 주로 발생하는 원인을 규명하여 막 오염과 막 젖음을 최소화할 수 있는 막 증류 공정 운영 조건을 확보하여 막 증류 공정의 상용화에 기여할 수 있을 것”이라고 밝혔다. 이 연구는 환경부(장관 조명래) 플랜트연구사업과 KIST 기관고유사업으로 수행되었으며, 연구결과는 ‘Desalination’ (IF : 6.603, JCR 분야 상위 1.667%)에 최신호에 게재되었다. * (논문명) Evaluation of a real-time visualization system for scaling detection during DCMD, and its correlation with wetting - (제1 저자) 한국과학기술연구원 김혜원 연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 정성필 선임연구원, 이석헌 책임연구원 <그림설명> <그림 1> 막증발법과 관측시스템의 통합 모식도 <그림 2> 관측시스템의 초기 이미지와 20시간 이후의 이미지 결과

- KIST 연구진, 상변화 캡슐 이용한 안전하고 효율적인 온수공급 핵심기술 개발 - 사계절 내내 적정온도 유지하는 ‘열에너지 플러스 빌딩’ 가능성 기대 2018년 12월, 경기도 고양시 백석역 인근에서 지역난방 공사 온수관 파열 사고가 발생했다. 이 사건으로 인해, 낡은 난방온수 공급 시스템의 개선이 국가적 이슈로 주목 받고 있다. 가정에서 사용하는 난방용수는 약 50도 정도로, 지역난방공사는 온수를 공급하는 과정에서 발생하는 열 손실이 크기 때문에 110도가 넘는 고온의 용수를 고압 배관을 통해 전달하고 있다. 현재는 위와 같은 사고를 방지하기 위해 고압, 고온을 버티는 노후배관을 전반적으로 교체하는 것이 당장의 유일한 대안이다. 하지만 문제를 해결하는 근본적인 대책은 아니기 때문에 새로운 난방 기술의 혁신이 시급한 시점이다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 국가기반기술연구본부 신유환 박사팀은 차세대 신 난방기술로써 PCM(Phase Change Material, 상변화 물질) 캡슐을 이용한 열 수송 기술을 제시했다. PCM의 대표적인 물질로는 양초의 재료인 파라핀 오일이 있다. 이러한 재료는 고체에서 액체로 상변화 시 열을 흡수하여 내부에 저장하고, 반대로 다시 고체로 변화 시에 저장된 열을 방출하는 특성이 있다. 본 기술의 핵심 아이디어는 열을 흡수시킨 PCM을 작은 타원형의 구슬모양으로 캡슐화하여 배관을 통해 이송시키는 것이다. 개발된 PCM 신 물질은 고체에서 액체로 상변화 시 약 50도로 온도를 유지한다. 이때, 같은 온도의 일반 물보다 70배 이상 많은 열을 내부에 저장할 수 있다. 따라서 PCM 캡슐을 활용하면, 기존에 110도로 수송해야 했던 온수를 50도로 수송할 수 있다. 수송하는 온수의 온도가 낮기 때문에 열 손실이 획기적으로 감소하고 배관의 안전성의 문제도 해결된다. 또한, 이 물질은 반영구적으로 사용 가능하여 환경적, 경제적 이점을 갖고 있어 차세대 난방 혁신 기술로 주목받고 있다. KIST 신유환 박사팀은 2017년부터 PCM 열 수송 기술을 개발, 연구를 진행 중이다. 이번 연구팀은 열 수송의 핵심 기술인, 기존의 딱딱한 구슬모양의 열 저장 용기를 아주 작은 마이크로 사이즈의 유연한 타원형 PCM 캡슐 형태로 바꾸면서 성능을 대폭 개선해 기존 대비 열전달 성능을 5.5배 증가시켰고, 열 저장 시 소요되는 시간을 50% 감소시키는데 성공하였다. 또한, 독창적인 가시화 기법을 적용하여 최초로 그 원리를 규명했다고 밝혔다. KIST 연구진은 이 기술을 이용해 마치 주유소와 같이, 열 스테이션(heat station)을 분기점별로 조성하여 온수를 안정적으로 공급하는 아이디어를 제시했다. 현재 연구팀에서는 이를 건축물의 온도제어에 활용하는 일명 ‘열에너지 플러스 빌딩’ 응용연구를 진행 중이다. 여름철 건물 외벽의 뜨거운 열을 벽면 내부 PCM 캡슐에 저장한 뒤, 이를 건물 지하 20m 땅속에 단열하여 보관하고, 겨울철에 다시 꺼내 건물의 온도를 올리는데 쓸 수 있다. 마찬가지로 겨울철에는 냉기를 저장했다가 여름철에 냉방용으로 사용할 수 있다. 현재 KIST 국가기반기술연구본부는 차후 3년간 본 기술을 중점적으로 연구하여, 2025년까지 민간에 보급할 수 있는 수준으로 개발하는 것을 목표로 하고 있다. KIST 신유환 박사는 “본 연구를 통해 개발된 기술이 정부 및 산학연과의 협력기반을 마련하여 ‘PCM 열 수송’ 기술이 미래 신산업으로 발전되길 기대한다.” 고 말했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민)지원으로 KIST 기관고유사업의 일환으로 수행되었으며, 연구결과는 에너지 분야 국제 저널인 ‘Energy Conversion and Management’ (IF : 6.377, JCR 분야 상위 1.87%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) A new type of heat storage system using the motion of phase change materials in an elliptical-shaped capsule - (제1저자) 한국과학기술연구원 신동호 박사 (Post-doc) - (교신저자) 한국과학기술연구원 신유환 박사 (선임연구원) <그림설명> <그림 1> PCM수송을 이용한 4세대 열에너지 네트워크 모식도 <그림 2> PCM을 이용한 온수 수송 원리

- 메탄 전환기술 중 가장 상용화에 근접한 기술 메탄을 유용한 물질로 전환해주는 촉매의 성능이 20년 만에 한 단계 향상되어, 메탄 전환기술의 상용화에 한걸음 다가갔다. 이현주 박사(한국과학기술연구원) 연구팀이 백금-유기물이 결합된 균일계 메탄 산화 촉매를 개발했다고 한국연구재단(이사장 노정혜)은 밝혔다. ※ 홍순혁 교수(서울대), 추현아 박사(한국과학기술연구원), 정민석 교수(경희대)가 공동으로 연구를 진행했다. 난반용 및 수송용 연료로 사용되는 메탄은 천연가스 및 셰일가스의 주성분으로, 자연계에 풍부하게 존재한다. 이를 경제적인 방법으로 메탄올과 같은 화학원료로 직접 전환할 수 있다면 미래 에너지 및 자원 기술의 패러다임에 큰 영향을 미칠 것이다. 그러나 현 기술로 메탄을 산화시키려면 고온에서 직접 산소와 반응시키거나 저온에서 고가의 산화제를 사용하는데, 이들 방법은 경제성이 떨어진다. 메탄을 직접 산소와 반응시키면 메탄올이 아닌 이산화탄소로 대부분 전환되고, 산화제를 사용해도 전환율이 너무 낮아 상업화와 거리가 멀다. 연구팀은 메탄을 메탄올 전구체로 전환하는 반응에서 기존의 촉매 성능보다 40배 이상 향상된 촉매를 개발했고, 이때 메탄올 전구체의 수율도 메탄 기준 70%에서 90%까지 향상되는 것을 발견했다. 개발된 촉매는 중심 백금 원자에 DMSO라는 유기물이 결합된 구조이며, 이때 DMSO는 백금을 안정화시키는 동시에 활성화시키는 역할을 한다. 촉매의 합성법도 매우 간단하고, 비활성화 되었을 때도 쉽게 활성화시킬 수 있다. 이현주 박사는 “이 연구는 균일계 백금 착체를 이용한 메탄 산화 기술로 지금까지 연구된 메탄 전환기술 중 가장 상용화에 근접한 기술이다”라며, ”현재 800oC 이상에서 다단계로 이루어지는 메탄올 제조 공정을 200oC 이하로 바꿀 수 있는 혁신적인 기술이다“라고 연구 의의를 밝혔다. 이 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 C1가스리파이너리사업 지원으로 수행되었다. 권위있는 국제학술지 ACS 카탈리시스(ACS Catalysis) 11월 7일 논문으로 게재되었고 한국특허 등록 및 미국특허 출원되었다. <그림설명> (그림1) 백금계 유기금속 촉매를 이용한 메탄 산화 반응 DMSO가 배위되어 있는 백금촉매를 이용하면 메탄을 발연황산과 반응시켜 메탄올 중간체를 90% 이상의 수율로 합성할 수 있다. 이때 촉매 회전수 (Turnovers, TOs)는 19,000 이상이다. 합성된 메탄올 중간체는 가수분해 반응을 통해 메탄올로 전환 가능하다. (그림2) DMSO가 배위된 백금촉매와 기존 촉매의 반응성 비교 및 메탄산화 반응 경로 DMSO가 배위되어 있는 백금촉매는 기존의 촉매에 비하여 동일한 조건에서 월등히 우수한 촉매 성능을 보여주었는데, 이는 DMSO가 백금을 안정화 시켜주는 동시에 활성화시켜주기 때문이다.

- 고분자 신소재를 광활성층으로 사용, 고효율 유연 유기태양전지 구현 - 향후, 필름 형태의 건물일체형 태양광 모듈(BIPV)에 적용 기대 미래의 핵심 친환경 에너지원으로 자리 잡을 태양전지는 가볍고 유연한 태양전지 소자 기술을 개발하는 것이 하나의 핵심이며, 이를 위해서는 플라스틱 기판 위에 저온 프린팅 공정을 이용한 태양전지 제작이 차세대 태양전지를 선도해나갈 주요기술로 주목을 받고 있다. 최근 국내연구진이 저온 프린팅 공정용 고분자를 이용한 플라스틱 기판 위에 고효율 플렉시블 유기 태양전지를 개발했다고 밝혔다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 광전하이브리드연구센터 손해정 박사(책임연구원)팀은 저온 프린팅 공정이 가능한 고성능 고분자 신소재를 개발하였고, 이를 태양전지의 광활성층* 소재로 사용하여 플라스틱(PET) 기판 위에 고효율의 유연한 유기태양전지를 구현하는데 성공하였다고 밝혔다. *광활성층(photoactive layer) : 외부로부터 태양빛이 태양전지의 내부로 흡수되면 빛 에너지에 의해 태양전지 내부에서 전자(electron)와 정공(hole)의 쌍이 생성됨으로써 전력을 생산하는 부분 유기태양전지는 프린팅 방식을 이용한 태양전지들 중 가장 대표적인 기술이다. 또한 고분자 소재의 특성은 가볍고 유연한 태양전지 구현에 가장 적합한 기술 방식이라고 할 수 있다. 플라스틱 기판 위에 유기태양전지를 제작하기 위한 조건으로 100 oC 근처 혹은 그 이하의 상대적인 저온에서 모든 공정이 이루어져야 한다. 하지만 실제로 태양전지에 광활성층이 높은 전기적 특성과 광전 변환 특성을 확보하기 위해서는 고분자 소재의 높은 결정 특성과 고온의 열처리가 필요하다는 단점이 있었다. KIST 손해정 박사팀은 기존 고분자 소재를 대체할 수 있는 신규 전도성 고분자를 개발하여 태양전지 광활성층 소재로 이용하였다. 이 고분자는 기존 고결정성 고분자에 비해 결정성은 낮지만 오히려 광활성층 내 전하의 생성과 운반에 유리한 특성을 지닌다. 그렇기 때문에 기존 고분자가 고결정성을 갖기 위해 160 oC 이상의 높은 온도에서 열처리 공정이 필요한 반면, 신규 고분자의 경우 이러한 열처리 공정을 거치지않아도 높은 특성을 보이는 것으로 나타났다. KIST 연구진은 고결정성 고분자에서 화학구조의 규칙성을 낮춰 새롭게 합성했다. 이 고분자 신소재는 고분자가 광활성층 내 소재(n-형)와 잘 섞이게 되고, 이는 고분자가 우수한 전기적 특성을 가지게 하는 것으로 나타났다. 연구진은 두 경우의 플라스틱 기판 위에 태양전지를 제작했을 때, 기존 고분자의 경우 태양전지 효율 저하를 보였으나, 신규 고분자의 경우 열처리가 필요 없으며 상대적으로 유리 기판에 위에 제작된 소자와 비슷한 효율을 유지하였다. 연구진이 개발한 신규 고분자를 이용한 플라스틱 기반 유연 유기태양전지는 기존 고분자를 이용한 소자에 비해서 40% 가량의 효율 향상을 보였으며, 최고 10.02%까지의 높은 광전변환효율을 기록하였다. 이러한 성능은 플라스틱 기반 유연 유기태양전지 소자 중 최고 수준의 결과이다. KIST 손해정 박사는 “이번 연구를 통해 개발한 유기태양전지 고분자 소재는 태양전지 공정 과정을 획기적으로 개선하여 플라스틱 기반의 고효율 유연 태양전지 구현에 중요한 기여를 한 연구”라고 말하며, “향후 유기태양전지의 상용화를 위한 소재 개발에 가이드라인을 제시할 수 있을 것으로 기대한다.”고 밝혔다. 또한 손해정 박사팀은 최근 개발된 신규 고분자의 후속 연구로 프린팅 공정을 이용한 유연 유기태양전지 모듈을 제작하고 있으며, 향후 건물 창호나 아웃도어 제품에 적용이 가능할 것이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 기관고유사업과 KIST ‘Young Fellow’ 프로그램의 지원으로 수행되었으며, 연구결과는 에너지 분야의 국제학술지 ‘Advanced Energy Materials’(IF : 21.950, JCR 분야 상위 1.712%) 최신호에 게재되었으며, 표지 논문(Inside cover)으로 선정, 발행될 예정이다. * (논문명) ‘Low-Temperature Processable High Performance D-A Type Random Copolymers for Nonfullerene Polymer Solar Cells and Application to Flexible Devices’ - (제1저자) 한국과학기술연구원 김지영 학생연구원(석사 과정) - (교신저자) 한국과학기술연구원 손해정 박사(책임연구원) <그림설명> <그림 1> Adv. Energy. Mater. Inside Cover 이미지 <그림 2> 플라스틱 기반 유연 유기태양전지 소자 특성 및 제작된 소자(좌) 및 플라스틱 기반 유연 유기태양전지 모듈 (우)

- 인쇄 공정으로 제작된 투명 구조체 삽입, 신축성 박막의 물리적 특성 제어 - 기계적 변형력 영향 제어 가능, 신뢰성 높은 웨어러블 전자 소자 응용 기대 최근 사물인터넷(IoT, Internet of Things) 기술이 발전함에 따라 플렉시블 전자소자를 넘어 인체에 부착 가능한 신축성 웨어러블 전자기기에 많은 관심이 집중되고 있다. 기존의 반도체 소자의 경우, 늘어나거나 수축될 때 발생하는 기계적 변형력(응력, stress)이 신축성 기판과 기능성 박막소자 사이에 서로 영향을 주어 전기적 성능이 저하되는 문제점이 있었다. 그래서 안정적인 웨어러블 전자 소자 구동을 위해서는 신축성 전자 재료 및 플랫폼에 대한 최적화 연구가 필수적으로 요구된다. 국내 연구진이 피부처럼 늘어나면서도 다양한 박막의 전기적·기계적 및 표면형태학적 특성을 자유자재로 조절할 수 있는 신축성 플랫폼 개발에 성공했다고 밝혔다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 광전하이브리드연구센터 정승준 박사팀은 서울대학교(총장 직무대리 박찬욱) 전기정보공학부 홍용택 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 신축성 플랫폼 안에 기계적 강도가 높은 투명 구조체 조합을 삽입하여 웨어러블 기판과 박막 소자 간에 신축 시 발생하는 기계적 변형력의 영향을 제어하는 연구결과를 발표했다. 기존의 연구에서는 이러한 기계적 변형력의 영향을 최소화하기 위해 신축성 플랫폼 표면 위, 혹은 전자소자에 인위적으로 구조를 넣는 결과들이 보고되었으나, 공정이 어렵고, 적용 가능한 신축성 전자 재료 후보 군이 제한된다는 단점이 있었다. 또한 변형력 발생 시 박막 소자의 전기·기계·광학적 및 표면형태학적 고유 성질이 변하는 특성이 있어, 다양한 박막소자에 대한 해당 특성들을 제어하기에는 한계가 있었다. KIST-서울대 공동연구진이 개발한 신축성 플랫폼은 피부처럼 얇고 신축성이 있지만, 그 내부에 기계적 강도 및 영률(Young’s modulus)*이 높은 투명한 구조체 조합들이 삽입되어 있다. 수십 마이크로미터(？m, 100만분의 1미터) 크기의 단단한 투명 구조체들이 대면적, 저비용 공정이 가능한 잉크젯 인쇄공정으로 제작되어 주기적으로 배열되어 있다. 신축성 기판과 삽입 되어있는 구조체 간의 주기적인 영률(Young’s modulus) 분포의 차이에 의해 신축성 플랫폼 표면 상에서 제어되고 있는 기계적 변형력 분포(strain distribution)를 알 수 있게 된다. 따라서 임의의 박막을 신축성 플랫폼 표면에 올려놓았을 때, 그 박막 또한 동일한 변형력 분포에 의한 영향을 받게되어, 신축 시 박막 고유 특성들이 제어되는 원리이다. *영률(Young’s modulus) : 고체 탄성률의 하나, 물체를 양쪽에서 잡아 늘일 때, 물체의 늘어나는 정도와 변형되는 정도를 나타내는 탄성률. 특히 연구진은 구조체의 강도, 크기, 배열에 따라 신축 시 박막 소자가 받는 기계적 변형력 정도를 조절할 수 있을 뿐 아니라, 원하는 영역에 기계적 변형력을 집중시키거나 분산시키는 것이 가능하다는 것을 규명했다. 또한 실험과 시뮬레이션을 통해 신축 시 금속 박막, 산화물 박막, 유기물 박막 등 다양한 박막의 전기적, 기계적 및 형태학적 특성을 자유자재로 조절할 수 있음을 밝힌 것에 큰 의의가 있다. KIST 정승준 박사는 “이번 연구를 통해 신축 시 발생하는 변형력에 따른 박만 특성 변화를 제어할 수 있을 뿐 아니라, 변형력에 민감한 웨어러블 디스플레이 및 센서 같은 전자기기의 신뢰성을 높이는데 활용될 수 있을 것으로 기대한다.”고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 기관고유사업과 정보통신기술진흥원 스킨트로닉스 연구과제로 수행되었으며, 연구결과는 국제 학술지 ‘Advanced Materials’ (IF : 21.950, JCR 분야 상위 1.027%)에 최신호에 표지 논문(Back cover highlighted)으로 게재되었다. * (논문명) Artificial Soft Elastic Media with Periodic Hard Inclusions for Tailoring Strain­Sensitive Thin­Film Responses - (제1저자) 서울대학교 기계항공공학부 변정환 박사 후 연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 정승준 선임연구원 - (교신저자) 서울대학교 전기정보공학부 홍용택 교수 <그림설명> <그림 1> 본 연구에서 제안된 신축성 플랫폼을 통한 박막의 물리적, 기계적 특성 제어 <그림 2> 표지 논문으로 선정된 연구성과 모식도 이미지

- 인공 광수용체의 빛 인지 시 신호 전달의 동역학 관찰 플랫폼 개발 - 테라헤르츠 분광기술과 메타물질의 결합, 초고감도 분자 센서 기술 개발 - 향후 인체 내 극미량의 신호 전달 체계 메커니즘 규명 연구에 응용 기대 최근 손상된 망막을 대체하기 위한 ‘인공망막’ 관련 연구가 활발하게 이루어지고 있는 가운데, KIST에서는 ‘인공 광수용체 기반 시각복원 원천기술 개발’ 사업(과제책임자, KIST 김재헌)을 수행, 이를 통해 일반인의 시각 기능과 유사하게 빛을 인지하는 인공 생체소재인 ‘인공 광수용체’를 제작하여 시력을 일부 회복시키기 위한 연구에 박차를 가하고 있다. 최근 KIST 연구진은 이에 대한 후속연구로 인공 광수용체를 정량적이고 체계적으로 연구할 수 있는 기반 기술의 하나로 초고감도 테라헤르츠 분자 센서를 개발했다고 밝혔다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 센서시스템연구센터 서민아 박사팀은 서울대 박태현 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 빛 인지 뿐 아니라 색까지 구분 할 수 있는 인공 생체 소재인 ‘광수용체’에서 빛을 인지하였을 때 일어나는 단백질 구조 변화를 직접적으로 관찰할 수 있는 초고감도 테라헤르츠(THz, 1012Hz) 분자 센서를 개발, 상온에서 미량의 샘플에서도 신호가 검출됨을 확인하였다. 광-기반 바이오 센서 기술은 비침습적인 방법으로 생화학 분자를 잴 수 있다는 큰 장점이 있으며, 침투 깊이가 긴 파장이면서 광-에너지 값이 낮아 안전한 것으로 알려진 테라헤르츠 (Terahertz, THz, 1012 Hz) 대역의 전자기파를 이용한 기술이 새로운 타입의 광센서로 주목 받기 시작하고 있다. 이번 연구는 인간 광수용체 단백질 중 주로 명암을 구분하는 간상세포를 이용하여 인공 광수용체를 생산하고, 이들이 빛을 흡수할 때 일어나는 분자 구조의 변화를 테라헤르츠 메타물질*을 이용하여 증폭된 신호를 포착, 그 특성을 분석하는 내용이다. *테라헤르츠 메타물질 : 테라헤르츠(THz) 전자기파 영역대에서 기능을 갖는 메타물질로서 특정 주파수에서 투과율이나 반사율이 증폭된다. 테라헤르츠 메타물질 기반 광-바이오 센서 기술를 이용하면 고민감도, 고선택성 분자 검출 플랫폼을 제작하여 각종 생체 저분자 측정에 적용할 수 있다. 공동 연구진은 비지표식(Label-free)** 생체 분자 측정에 적용 가능한 테라헤르츠 분광법 기반 분자 검출 플랫폼을 개발하였으며, 이를 이용해 테라헤르츠 전자기파 대역에 특이 스펙트럼이 있는 ppm(ng/ml) 수준의 극미량 분자를 매우 높은 감도로 측정하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 특히 테라헤르츠 메타물질을 사용하여 특정 파장 또는 주파수에서의 테라헤르츠파의 신호를 선택적으로 높여, 높은 선택성과 민감도를 지닌 생화학 저분자 및 바이러스를 선택적으로 검출할 수 있는 플랫폼으로 활용할 수 있는 가능성을 보였다. **비지표식(Label-free) : 일반적으로 광-바이오센서는 이름표를 붙이는 지표식((Labeling)으로 물질의 성질을 바뀌는 한계점 존재, 비지표식은 특이 스펙트럼을 이용하여 비접촉, 비파괴의 특성을 갖춤 일반적으로 테라헤르츠 분광법을 이용한 물질의 흡수 광학 분석 시에, 측정하고자 하는 물질의 농도가 높을수록 뚜렷한 흡수 스펙트럼을 얻을 수 있게 된다. 테라헤르츠는 물 분자에 민감하기 때문에 물 등의 액체에 녹아있는 저농도 수준의 분자의 식별은 어렵다는 한계가 있었다. 연구진은 특정 계면(interface)으로부터만 신호를 취하는 수직 반사 형태의 테라헤르츠 분광법을 개발하여, 물-흡수에 의한 신호 감소의 영향을 최소화하면서 동시에 메타물질을 이용한 신호 증폭 효과를 누릴 수 있도록 개선되었다. 또한 연구진은 개선된 테라헤르츠 분광법과 메타물질 센싱칩을 광수용체의 광-반응성을 확인하는 데 적용하여, 빛을 받으면 분자 구조의 변형이 일어나 이를 테라헤르츠 신호의 변화율(반사율의 변화 정도)로 직접 측정하여 정량화하는데 성공했다. 이와 같이 테라헤르츠 메타물질을 이용하면, 실시간으로 상온에서 미량의 단백질 샘플에서 일어나는 동역학 관찰이 가능하게 된다. 연구진은 실험실에서 만든 광수용체가 인간 수용체와 비교할 만한 수준의 민감도와 빛 흡수 능력을 갖고 있음을 입증했다. KIST 서민아 박사는 “인체 내 신호전달 체계에 기여하는 자극에 대한 대부분의 세포 반응은 막 단백질의 구조 변화(conformational change)로부터 시작되기 때문에, 본 연구의 내용은 향후 인공 광수용체 뿐 아니라 다양한 인체 내 세포들에서 기능 조절에 관한 연구들에 적용이 가능할 것으로 전망한다”고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민)지원으로 중견연구자지원사업, 글로벌프론티어사업(파동에너지극한제어연구단)과 KIST 기관고유사업의 일환으로 수행되었으며, 연구결과는 센서 분야 상위 국제 학술지인 ‘Sensors and Actuators B: Chemical’ (IF: 5.667, JCR 분야 상위 2.459%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) Ultrasensitive terahertz molecule sensor for observation of photoinduced conformational change in rhodopsin-nanovesicles - (제1저자) 한국과학기술연구원 이동규 학생연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 서민아 박사 <그림설명> [그림 1] (좌) 빛을 흡수하여 명암을 구분하는 광수용체 (Rhodopsin)을 포함하는 나노 크기 소포체 (vesicle) 가 테라헤르츠 분자 센서의 센싱칩 부분에 도포된 모습 (우 상) 광수용체의 11-cis 분자 구조가 외부의 빛 자극에 의해 all-trans 형태로 분자식이 바뀌는 모식도 (우 하) 광수용체 샘플에서 분자 구조의 변화 (conformational change)가 일어날 때, 테라헤르츠 메타물질 기반 분자 센서를 이용해 측정하는 테라헤르츠 신호의 외부 광자극에 대한 민감도 스펙트럼