[미래융합기술연구본부] 최원국 본부장님 인터뷰(함소라기자)

바쁜 업무환경 속에서도 끊임없이 연구를 놓지 않고 또한 학생들을 위한 강의를 준비하시는 모습이 인상적이었던 최원국 박사님. 최박사님은 현재 한국과학기술연구원의 미래융합기술연구본부를 이끌고 계신 리더이기도 합니다. 우리나라의 미래를 이끌어갈 연구자에게 중요한 자질은 끊임없이 생각하는 것이라고 말씀하시는데요. 오늘은 최원국 본부장님을 만나 궁금했던 이야기를 들어보았습니다.

 

Q. 미래융합기술연구본부 소개를 부탁드립니다.

미래융합기술연구본부는 전문 연구소와 본부의 이원화 체제라는 KIST의 정책에 따라 2011년 3월 설치되었습니다. 작년 초에는 다음물질융합연구소 조직이 해체되어 미래융합기술연구본부로 통합되고 우리 본부의 스핀융합센터, 전자재료연구센터, 계면제어연구센터가 차세대반도체연구소로 통합되었습니다. 현재 미래융합기술연구본부는 새로운 연구소 구성을 위한 핵심 연구 인력 공급 pool과 같은 역할을 맡고 있습니다. 다만 우리 본부가 어떤 연구를 진행하는지 에 대해 외부에서 구체적으로 알기가 힘들 수 있으므로 작년에 본부의 영문이름을 Future Conversion Research Division에서 Materials and Life Science Research Division으로 변경하였습니다. 우리 본부는 현재 물질구조제어연구센터, 계산과학연구센터, 화학키노믹스연구센터, 나노포토닉스연구센터, 분자인식연구센터, 고온에너지재료연구센터 총 6개의 센터 그리고 전통문화과학기술연구단으로 구성 되어있습니다.

 

Q. 미래융합기술연구본부 주력 연구 분야를 소개해주실 수 있을까요?

미래융합기술연구본부의 연구 영역은 나노기술(NT), 바이오기술(BT), 에너지 기술(ET) 과 정보기술(IT)들이 융합된 연구를 진행하고 있습니다. 우선 재료부분에 있어서는 크게 금속, 세라믹, 고분자 세 범주의 연구를 진행하고 있습니다. 다음으로 생명과학분야에 있어서는 신약개발과, 주요 질환을 진단할 수 있는 바이오마커를 개발하고 있는 분자인식센터가 있습니다. 마지막으로 빅데이터를 이용해 생명과학, 소재 등의 연구 개발을 예측할 수 있는 계산과학 분야로 나뉘어 있습니다. 계산과학연구가 소재 쪽에 치우쳐져 진행되고 있었으나 최근에는 신약 개발 프로그램 관련 연구를 융합과제로서 내부적으로 기획하고 있습니다.

 

Q. 최원국 박사님의 개인 연구 분야는 무엇인가요?

저는 96년에 KIST에 정직원으로 입사하여 고분자 표면개질 연구를 진행하였습니다. Plasma나 이온 빔을 이용한 표면개질을 연구하였고 이를 통해 KIST 벤처 1호인 고석근 박사님 팀에서 같이 일을 했습니다. 예를 들면 삼양사라는 회사와 새로운 전자 기판인 테플론 개발 연구, 그리고 테플론 계열이나, PVDF 등 고분자의 초친수화를 통한 새로운 전자기판 개발, 필름스피커의 연구 등이 있습니다. 또한 LG전자의 휘센에어콘 열교환기 금속의 표면 처리 기술을 개발하여 기술 이전한 경험이 있습니다.(http://www.kist.re.kr/kist_web/?sub_num=47&state=view&idx=-88352)

다른 한 편으로는 한국 가스공사와 산화물을 이용한 마이크로 가스센서를 개발한 적이 있습니다. SnOx를 기반으로 한 환원성 기체인 메탄과 프로판가스의 선택성을 높이는 마이크로 가스 센서였습니다.

 

SnOx (tin oxide) micro gas sensor?   Gas sensor는 특정 기체를 감지하거나나 특이적인 냄새를 구별해내기 위해 사용됩니다. 센서의 기본적인 원리는 기체의 움직임에 따라 저항, 전도도와 같은 물리적 신호의 변화를 감지하는 것이랍니다. 예를 들어 laser를 이용한 gas sensor의 경우, 다음과 같이 기체 분자들이 감지되면 optical 신호의 변화가 일어나는 것을 이용한답니다.   혹은 다음과 같이 기체 분자가 흡착됨에 따라서 전압, 전류의 변화가 일어나게 되는데 이를 측정하는 것입니다. 최근 수십 년 동안 금속 산화물을 기반으로 한 가스 센서 장비들이 많이 개발 되었는데, 감지하는 물질을 선택할 때는 해당 물질의 전기적, 물리적 성질을 잘 고려해야 한답니다. 특히 SnO2라는 물질이 가스 센서로서 각광받아 왔습니다. 이 물질은 화학적으로 안정적이고, 표면적이 넓을 뿐만 아니라, 가볍고 생산비용이 낮다는 장점이 있습니다. 하지만 SnO2는 검출하고 싶은 기체 대한 선택성이 떨어지는 단점이 있습니다. 당연히 센서로 활용하기 위해서는 이러한 단점을 해결해야겠지요? 최원국 박사님께서 하신 연구는 이온빔 보조식 증착 기술(Ion-assisted deposition technique)을 이용해 감지 물질인 SnO2의 결정성, 전도성 그리고 촉매 등을 조절하여 메탄과 프로판이라는 기체를 선택성이 있게 감지할 수 있는 센서를 개발하는 것이었답니다. 최근 연구 동향은 휘어질 수 있고 투명한 가스센서 개발에 관심을 보이고 있습니다.

 

1990년도 후반 즈음 SnO2를 공부하던 중 ZnO라는 물질의 광학적 성질에 매료된 적이 있습니다. 당시 일본의 나카무라 슈지 박사가 질화갈륨(GaN)이라는 물질을 이용해 Blue LED 를 개발하여 특허등록을 마친 상태였습니다. 국내에서도 관련된 연구가 많이 진행되고는 있었으나 특허로 인해 사용을 위해서는 오랜 시간을 기다려야 하는 상황이었습니다. 그래서 이를 대체할 수 있는 물질로 직접 밴드갭(Band gap)을 가지고, 근 자외선 영역 (Near UV)의 발광을 가지는 산화아연 (ZnO) 물질에 주목하였고 이를 단결정 박막으로 성장시키는 기술을 개발하기 시작했습니다. 국내에서는 처음으로 광특성 결과를 한국 광학회지에 게재하기도 했습니다. 연구는 약 6년여에 걸쳐 진행되었습니다. P-type doping은 현재까지도 문제가 되고 있는 부분인데 구리(Cu)를 넣어서 Cu-doped ZnO를 만드는 방식으로P-type doping에 성공하였습니다. 이 p-type Copper ZnO를 n-type 탄화규소(Silicon carbide) 위에 성장시켜 시안 블루 색깔의 빛 (Cyan-Blue)이 발생되는 것을 확인하였습니다. 그러나 2006년 이후 국내외에서는 이 연구가 활성화되지 못하고 질화갈륨(GaN)이 상용화되고 있습니다. 그리고 2012년에는 산화아연 (ZnO)에 그래핀(Graphene)이라는 물질을 혼합한 양자점 (Quantum Dot; QD)을 만들어 파란 빛이 방출 (Blue emission)되는 것을 이용해 국내 순수 기술로 최초로 ZnO-Graphene QD LED를 개발, Nature Nanotechnology에 발표했습니다. 최근에는 산화물과 나노카본 물질을 혼합하여 LED 또는 태양전지 등에 응용하는 연구를 진행 중입니다. 또한 우수한 물성을 가진 탄소나노튜브(Carbon Nanotube; CNT)를 나노링 형태로 만들어 분산성이 높은 CNT로 만드는 등 고분자 물질의 유전율을 높이는 연구를 진행 중입니다. 이를 이용해 Swiss-EMPA와 함께 에너지 하베스팅 소재를 개발하고 있습니다.

양자점 (Quantum Dot; QD)이란?   양자점은 나노미터 크기의 반도체 결정으로 크기와 모양에 따라 에너지 밴드갭 (Band gap)이 변하는 특징을 가지고 있답니다. 반도체 물질을 아주 작은 나노미터 크기로 줄이게 되면 전자의 움직임이 공간적으로 제한받게 되어 양자역학적 현상에 의해 크기가 큰 물질과는 다른 독특한 특성들을 보이게 됩니다. 크기에 따라 양자구속효과(quantum confinement effect)에 의해서 불연속적인 에너지 준위를 보이는 것이 가장 큰 특징이지요. 이러한 양자점은 크기를 제어함으로서 빛이 나오는 영역을 폭 넓게 변화시킬 수 있어 디스플레이 응용에 적합한 물질이라고도 할 수 있으며 유기발광물질과는 달리 매우 안정적이고, 높은 발광효율, 높은 색 순도 등으로 인해 차세대 디스플레이로서 주목받고 있습니다. Sensors and Actuators B 46, 42 (1998) Fresenius J Anal Chem 365, 287 (1999) Sensors and Actuators B 133, 352 (2008) Sens. Actuat. B-Chem. 80, 169 (2001) https://www.ntt-review.jp/archive/ntttechnical.php?contents=ntr201404fa7.html small, 18, 3685 (2014)     물리학과 첨단기술 NOVEMBER 2014 http://www.amenews.kr/atc/n.view.asp?ik=20377 ACS Nano, 10, 10386 (2015)

 

 

 

Q. 해당 분야가 맞닥뜨리고 있는 가장 큰 문제점과 지향점이 무엇이라고 생각하시나요?

가장 많이 쓰이는 양자점 물질에는 카드뮴이 포함되어 있습니다. 하지만 카드뮴은 환경과 인체에 해로운 독소를 가지고 있으므로 카드뮴이 없는 양자점에 대한 개발이 요구됩니다. 제가 하고 있는 연구는 ZnO를 이용하기 때문에 친환경적이고, 인체에 유해하지 않은 이점이 있지만 기존의 카드뮴계열과 비교해 광 효율이 낮습니다. 그래서 이 광효율을 높이는 것, 그리고 대량 생산이 가능하도록 하는 것이 필요합니다. 또한 새로운 개념의 고효율 에너지 소자, 전자소자 응용분야를 찾는 것이 중요하다고 생각합니다. 앞으로는 에너지, 전자소자들이 소형화되고 무선통신과 연결 되며 입을 수(wearable) 있는 방향으로 개발이 진행될 것입니다. 뿐만 아니라 생체에 적합한 특성을 갖는 것이 중요하기 때문에 이러한 것들을 고려하면서 연구가 진행되고 있는 것입니다.

 

Q. 연구원으로서의 진로를 꿈꾸는 학생들에게 조언을 부탁드립니다. 연구원이 갖춰야 할 가장 중요한 자질은 무엇이라고 생각하시나요?

첫 번째는 끊임없이 생각하는 것, 연구 대상에 대한 관심을 놓지 않는 것입니다. 이러한 관심을 통해 융합의 시대에 알맞은 아이디어를 생각해 낼 수 있는 유연한 사고를 가질 수 있습니다. 두 번째는 건강관리나 여행과 같은 자신이 힘들 때 힘을 얻을 수 있는 새로운 전문분야를 만드는 것이 중요하다고 생각합니다. 악기도 좋고 운동도 좋습니다. 연구생활에 지치는 시기가 찾아올 때 자신을 끌어올려줄 수 있는 방법을 만드는 것이 중요합니다. 저를 예로 들자면 취미활동으로서 여행을 가거나 영화를 관람합니다. 특히 역사관련 도서나 다큐멘터리를 즐겨보는데 이를 통해 아이디어를 얻기도 하고 휴식을 취합니다.

 

Q. 마지막으로 남은 연구원 생활의 비전이나 목표가 있으신가요?

두 가지가 있습니다. 첫 번째는 산화물인 ZnO의 재밌는 특성을 갖는 전자기술 (electronics) 관련 연구를 더 진행할 예정입니다. 예를 들면 QD random laser 개발과 같은 것들입니다. 이를 위해서는 새로운 기능성 소재들을 만드는 기초 공부가 더 필요할 것입니다. 두 번째는 학생들과 함께 사회에 공헌할 수 있는 벤처 스타트업의 창설이 목표입니다. (미래융합기술연구본부 함소라 기자)