나노기술 및 정책 정보

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● 일본 호쿠리쿠 첨단과학기술연구원, 오토와전기공업, 도쿄공과대학 공동 연구팀이 나노 탄소재료인 그래핀을 이용한 초소형 전기장 센서 소자를 개발하고, 해당 ‘그래핀 전기장 센서’를 이용하여 번개구름(뇌운, 雷雲)이 만들어내는 대기 전기장을 세계 최초로 검출

● 낙뢰 사고로 인한 전 세계 사망자 수는 연간 6,000명에서 24,000명으로 추산되며, 번개로 인한 비정상적인 전압 및 전류 발생은 정보 시스템 및 생산 라인에 엄청난 영향을 미침

● 이러한 피해를 완화하기 위해 초기 단계에서 번개 및 대피 정보를 제공하는 예측 시스템을 개발하여야 하는데 이를 위해서는 전기장 센서의 소형화 및 절전이 주요 문제

● 연구팀은 나노 탄소재료인 그래핀을 검출 채널로 적용하여 최소 검출 전기장이 67V/m(맑은 날 지표면 근처의 대기 전기장 수준)인 전기장 센서를 개발하여 번개구름에 의해 생성된 대기 전기장의 시간에 따른 변화를 전기적으로 감지하는데 세계 최초로 성공

● 연구팀이 개발한 전기장 센서는 대기 전기장의 극성(+, -)을 판별할 수 있으며, 번개구름 내부의 전파 분포를 쉽게 예측할 수 있도록 함으로써 복잡한 번개 형상의 메커니즘 규명에 크게 기여할 것으로 기대

● 연구팀이 개발한 센서를 모듈화하여 야외에서 번개가 칠 때 동작시험을 진행한 결과 20Km 이상 떨어진 위치에서 발생한 번개를 감지하였으며 시간에 따른 전기장의 변화를 단수 스펙트럼 변환 방법으로 분석하여 5km 이내에서 발생하는 번개를 32분 전에 예측

● 연구팀이 개발한 전기장 센서는 기존 장치와 비교하여 전기장 검출부의 크기를 약 2만분의 1로 소형화하였으며 저소비 전력화(태양전지 구동)를 동시에 실현

이러한 신기술이 통합되면 다수의 센서 소자를 넓은 지역에 배치한 번개 검출 네트워크 구축이 용이하게 되어 향후 기습적인 번개 발생을 고정밀도로 예측할 수 있을 것으로 기대

※ 용어설명

- 그래핀(Graphene): 탄소 원자를 안정적으로 펼친 구조로, 두께는 0.2nm(나노미터)인 단층으로 구성되어 매우 얇지만, 전기전도도는 높은 신소재