안녕하세요 송종민 전문가입니다. 많은 질문 바랍니다.
Q. 생기부 주제탐구 어느 주제가 더 괜찮나요?(나노섬유)
안녕하세요. 송종민 전문가입니다.나노섬유 분리막 관련한 사항이 사례도 많고해서 좋을 것 같습니다. 기계적 강도와 투과도의 양립관계를 해결하고자 나노섬유의 높은 기계적 강도와 높은 기공도를 이용한 복합 분리막 및 이의 제조방법을 제시한다. 나노 섬유는 전기방사를 통해 제작된 후, 표면 개질 및 활성층과의 접착력을 향상시키기 위해 폴리도파민 코팅을 수행하였다. 이후 계면 중합법을 통해 원하는 활성물질을 나노두께로 코팅하여, 기계적 강도 뿐만 아니라 투과율이 향상된 새로운 나노섬유 복합 분리막을 제작하였다. 나노섬유로 이루어지는 나노섬유지지층을 가지는 복합지지층;폴리도파민이 코팅된 복합지지층에 적층되는 활성층을 포함하고,상기 활성층은 벤젠다이아민(Benzene diamine)을 기본단량체로 하여 염화물인 가교제와 중합하여 제조되는 방향족 폴리아마이드 활성층인 것을 특징으로 하는 나노섬유 복합분리막.
Q. Uv램프에 수은함유 이런건 돌려도 수은이 방출되거나 하지 않는거죠!?
안녕하세요. 송종민 전문가입니다.수은을 함유한 형광램프는 전 세계적으로 사용이 줄어들고 있습니다. 이는 2017년에 발효된 국제 협약인 미나마타 협약의 결과물입니다. 미나마타 협약은 수은의 공급, 제조, 저장 및 폐기에 이르는 전 생애주기를 규제하며, 인간 활동으로 인한 환경 오염을 줄이고 사람들의 건강에 미치는 영향을 감소시키기 위해 여러 수은 함유 제품의 제조와 거래 중단 시기표를 설정하였습니다.현재 유럽연합(EU)과 영국에서는 2023년 9월까지 일반 조명을 위한 모든 형광램프의 판매를 중단할 예정이지만, 자외선(UV) 형광램프는 2027년까지 임시 면제를 받았습니다. 미국은 더 천천히 금지 조치를 취하고 있으며, 협약에 서명한 137개 당사국은 2025년까지 컴팩트 형광램프의 단계적 폐지에 동의했습니다.미나마타 협약이 처음 논의되고 2011년에 수은 사용을 제어하는 EU 법률이 제정될 당시에는 UV 전구를 위한 실용적인 대체제가 없었습니다. 이는 파리 퇴치, 의료용 멸균 및 특정 산업 제품의 경화와 같은 분야에서 임시 면제를 받았으며, 이는 2021년에도 유지되었습니다.그러나 이후로 LED 기술이 크게 진보하여 UV 빛을 생성하는 데 있어서 수은이 없는 실용적인 대안일 뿐만 아니라, LED를 사용하는 제품은 몇 가지 방면에서 우수한 성능을 보여주고 있습니다. 이제 형광 UV 튜브를 사용하는 제품을 사용할 유효한 이유가 없으며, 가능한 빨리 이를 대체해야 합니다.왜 형광 튜브를 대체해야 할까요? 모든 형광램프는 수은을 기본 구성 요소로 포함하고 있습니다. 미나마타 협약의 창설 이후, 각 튜브에서 사용되는 수은의 양은 줄어들었으며, 몇몇 국가들에서는 법률에 의해 설정된 제한이 있습니다. 비록 독성이 있는 수은 함량이 그것들을 단계적으로 폐기하는 이유이지만, 다른 구성 요소도 건강 위험을 일으키고 램프의 재활용을 더 복잡하게 만듭니다.형광램프는 수은기체와 아르곤, 네온, 제논과 같은 비활성 귀족가스 혼합물이 낮은 압력(대기압의 약 0.3%)으로 채워진 밀봉된 유리관을 가지고 있습니다. 튜브 양쪽 끝에 있는 텅스텐 필라멘트는 전기에 의해 가열되어 전자를 방출하고, 이 전자들은 수은 원자와 가스의 원자를 이온화시킵니다. 필라멘트는 바륨, 스트론튬, 칼슘 산화물 혼합물로 코팅되어 성능이 향상됩니다. 귀족가스는 튜브 내부의 전자의 흐름을 도우며 수은 원자의 이온화를 높입니다.이온화된 수은 원자는 빠르게 정상 상태로 돌아가면서 자외선 광자를 방출하고, 튜브를 통해 전자가 흐를 때 계속해서 이온화됩니다. 표준 조명을 위해선, 자외선은 다른 화학 물질을 램프에 첨가함으로써 유리 튜브 내부 코팅으로 변환되어야 하는데, 이 코팅은 자외선을 흡수하고 가시 파장으로 방출합니다. 방출되는 빛의 색온도는 인광 또는 주광에 가깝게 보이도록 인광체 코팅의 구성 요소를 변경함으로써 조정될 수 있습니다. UV 램프의 경우 이 코팅이 필요 없어서 유리 튜브는 투명할 수 있습니다.이 구성 요소들 외에도, 램프에는 전기 전류를 조절하는 밸러스트(자기 코어를 감싼 얇은 전선으로 구성)와 과정을 시작하도록 필라멘트를 예열하는 스타터가 있습니다.비록 형광램프가 백열램프보다 에너지 효율이 높지만, 에너지는 여러 단계에서 열로 손실됩니다: 필라멘트, 이온화 과정, 인광체 코팅 및 밸러스트의 작동에 의해. 밸러스트는 사용하는 전력의 약 10%를 열로 변환하고, 이온화된 수은 증기는 약 15%, 그리고 자외선을 가시광으로 변환하는 과정은 자외선 에너지의 약 55%를 열로 낭비합니다.형광램프에는 여러 가지 잠재적 결함 지점이 있는데 밸러스트, 스타터 그리고 코팅이 떨어져 나간 가열 필라멘트는 튜브 양 끝의 검은 색으로 보이며 수은 증기가 유리관과 코팅에 의해 흡수됩니다. 이러한 요인들은 램프의 수명을 제한하며, 따라서 상업적 응용에서 유지 보수 비용에 영향을 미칩니다.
Q. 유전자 조작,변형 기술이 발전한다면?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.유전자 기술은 인간의 유전 정보를 수정하거나 개선하여, 인간의 능력과 특성을 바 꾸거나 향상시킬 수 있습니다. 예를 들어, 유전자 기술을 이용하여, 인간의 지능과 기억력, 운동능 력과 외모, 건강과 수명 등을 개선하거나, 인간의 감각과 감정, 행동과 성향, 성별과 인종 등을 변경 할 수 있습니다.유전자 기술은 인공적으로 새로운 생명체를 만들거나 기존의 생명체를 변형할 수 있 습니다. 예를 들어, 유전자 기술을 이용하여, 합성 생물학, 인공세포, 인공유전자, 인공유전자조직, 인공유전자장기 등을 만들거나, 트랜스지놈, 트 랜스휴먼, 휴먼오이드, 사이보그, 클론 등을 만들 수 있습니다.
Q. 토성 고리의 얼음 덩어리는 물인가요??
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.토성 주위를 돌고 있는 고리가 95% 이상 얼음으로 구성된 이유가 밝혀졌다.미국 사우스웨스트 연구소 로빈 카눕 연구원은 “얼음과 암석으로 구성된 토성 주변의 위성들이 토성으로 빨려들어가는 과정에서 얼음층만 따로 벗겨진 것”이라며 “이 얼음이 모여 토성의 고리를 형성했다”고 밝혔다.이번 연구결과는 토성의 고리가 토성 위성의 잔해라는 기존 학설을 재확인했다. 동시에 기존 이론이 제대로 설명하지 못했던 부분까지 밝혀냈다.16세기에 발견된 토성의 고리는 학계의 미스테리였다. 위성들이 서로 부딪히거나 소행성과 충돌하면서 잔해가 생기고, 이들이 토성의 고리를 이뤘다는 주장은 기존에도 널리 알려져 있었다. 하지만 이 주장의 결정적인 약점은 토성의 고리가 95% 이상 얼음으로 이뤄진 이유를 명확하게 설명하지 못한다는 것이다.토성의 고리가 위성에서 유래한 잔해라면, 이 위성들과 구성 성분이 같아야 한다. 하지만 토성의 위성은 암석이 50%를 차지한다. 나머지 절반이 얼음이다. 토성의 고리가 대부분 얼음으로 이뤄져 있는 사실과 배치되는 것이다. 이 같은 구성 성분의 차이에 대해 카눕 연구원은 “기존 이론이 성립하려면 (위성의 절반이 암석으로 구성돼 있으므로) 토성의 고리에 더 많은 암석이 존재해야 한다”고 말했다.카눕 연구원은 토성의 고리에 얼음만 남게 된 이유를 컴퓨터 시물레이션으로 추적했다. 그는 45억 년 전 태양계가 형성됐을 때 토성과 위성 사이에 존재했던 수소기체 소용돌이에 주목했다.그의 연구결과에 따르면 이 소용돌이는 1만년에 걸친 기간 동안 위성들을 토성 쪽으로 잡아당겼다. 궤도가 점차 작아진 위성들은 토성 중력권의 영향을 더욱 강하게 받게 되고, 결국 토성의 중력에 못이겨 토성으로 차례차례 빨려들어가 사라져 버렸다.이 과정에서 위성 표면에 있는 얼음층이 벗겨져 토성의 중력과 반대 방향으로 위성에서 떨어져 나갔다. 이 얼음들이 훗날 지금의 토성 고리를 형성했다.카눕 연구원은 “태양계의 다른 행성에는 적용되지 않는 이론”이라며 “목성, 천왕성, 금성에 있는 고리는 토성과 다른 방식으로 형성됐을 것”이라고 덧붙였다. 이 연구결과는 과학학술지 네이처 12일자에 게재됐다.
Q. 현재까지 우리는 지구의 어디 까지 탐사가 되었나요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.지구물리탐사는 지하에 존재하는 물질의 물리적, 화학적 성질과 직접 또는 간접적으로 관련하여 자연 발생적 또는 인위적으로 발생시킨 현상을 측정하고 그 자료를 해석함으로써 지질구조의 양상, 광상의 존재 등과 같은 지하의 상태를 규명하는 조사이다.개요땅의 물리적 성질을 측정하고 해석하여 에너지 연료 또는 광상 발견 등의 경제적 목적을 위해서 지하의 상태를 결정하는 기법으로서, 물리탐사(geophysical exploration, geophysical prospecting, geophysical survey)라고도 한다.순수 지구물리학에서는 지구 전체가 하나의 연속체라는 가정 하에 지표 및 지구 내부의 구성과 관련된 물리적 특성을 규명하는 것에 중점을 두는 반면, 지구물리탐사는 주로 경제적인 목적과 관련하여 대상 목표물의 크기가 작고 부존 위치도 비교적 얕은 곳이지만 보다 구체적이고 정밀하게 조사하는 활동이라는 점에서 응용 지구물리학과 같은 의미로 사용된다.종류퍼텐셜 탐사중력 탐사와 자력 탐사(혹은 중자력 탐사)가 해당되며, 비교적 간편하고 신속하게 광역적인 지질환경, 지하구조, 부존자원, 건설 지반 등을 파악하는 데 흔히 사용된다. 원거리 지형 정보가 부족할 경우 순항미사일과 같은 군사 무기의 항법 자료로 활용되기도 한다.전기 탐사전류결합(galvanic coupling) 또는 용량결합(capacitive coupling) 방식을 사용한 비저항 탐사와 유도분극(induced polarity) 탐사가 있다. 육상뿐만 아니라, 수상, 시추공 안에서도 사용되고 있으며, 적용 분야도 광산 산업, 석유/가스 탐사, 토목/건설 등의 공학 분야, 지하수/지열 조사의 환경 분야 그리고 광역 지각구조 연구 등 다양해지고 있다.최근에는 화산 지역의 화산 폭발 예측 및 수리지질학적 조사와 모니터링, 지하 공동 및 지반침하 조사, 댐 누수 탐지 및 안정성 평가, 빙하 주변 지역 및 동토대 지역에서의 지반 조사, 파쇄대 및 터널의 3차원 영상화 등의 공학적인 조사, 탄화수소 오염 지역, 쓰레기 매립장 오염, 화력발전소에서 석탄을 태우고 남은 재(fly-ash)를 저장한 곳의 누수로 인한 오염 플럼(plum) 파악, 유체의 오염과 생물학적 환경 정화 연구 등과 같은 환경 분야, 고분 발굴 조사 등의 고고학 분야와 CO2 지중저장 모니터링과 같은 CCS 분야에도 적용되고 있다. 해양 탄성파 탐사를 보완하는 수단으로서 탄화수소 탐사에 IP 탐사가 적용되기도 하였고, SIP 법을 이용한 유도분극 특성에 대한 실험적인 연구도 활발히 이루어지고 있다.전자 탐사전자기유도(electromagnetic induction) 현상을 이용하여 지하자원 탐사나 지질구조를 조사하는 기법으로서 진동수영역 전자탐사법(frequency domain EM, FEM)과 시간영역 전자탐사법(time domain EM, TEM)으로 구분된다. 육상, 항공, 시추공을 뛰어넘어 바다에서도 활용되고 있는 탐사 방법으로 광물자원 탐사, 지하수/지열, 환경 및 토목/건설 등 다양한 분야에서 사용되고 있으며, 최근에 들어서는 석유 및 가스자원 탐사에서도 중요한 역할을 하게 되었다. 광물자원에 대한 수요가 증가할수록 점차 활용이 확대될 것으로 평가받고 있다.그림 1. 시간영역 전자탐사법(Time Domain ElectroMagnetic Induction)을 수행하고 있는 헬리콥터. (출처 : 위키미디어, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:TDEM.jpg)지표레이더 탐사관측용 레이더를 지하 탐사에 응용한 탐사법으로서, 수십 MHz 이상의 높은 진동수를 가지는 전자기파의 전파 현상을 이용한 탐사 기법이다. 1980년대에 실용화되어 급속하게 발전하면서 지질, 토목/건설, 환경, 고고학, 법과학 분야 등 꾸준히 그 적용 분야를 넓혀가고 있다.탄성파 탐사탄성파를 활용하는 탐사로, 지층을 통과하는 탄성파가 지층의 밀도와 층내 탄성파 속도에 종속된 음향임피던스에 따라 그 속성과 진로가 변화하는 것을 활용한 기법이며, 반사법 탐사와 굴절법 탐사로 분류될 수 있다. 지하자원 탐사, 심부 지각구조 연구, 지하 공간 개발 등에 가장 흔히 사용되는 기법으로서, 1970년대 2차원 탐사부터 본격적으로 발전하게 되었다. 현재 3차원 및 4차원 탐사 기법까지 발전되어 일반적으로 석유 및 가스와 같은 에너지자원 탐사에서 전 세계적인 다국적 기업들이 흔히 그리고 가장 큰 규모로 적용하는 기법이다.절차자료 획득은 넓은 대상 지역에 대한 대강의 정보를 얻기 위하여 수행하는 개략탐사(reconnaissance survey)와, 개략탐사 결과로부터 주 관심 대상인 이상대를 추출하고, 이에 대하여 다양한 탐사 방법을 적용하는 정밀탐사(detailed survey)로 분리하여 진행할 수 있다.지구물리탐사의 과정은 대체로 자료 획득, 자료 처리, 자료 해석으로 진행되며, 구체적으로는 5단계로 나뉜다. ① 조사지 선정과 관련 문헌 자료 조사 ② 현지 예비 조사 ③ 탐사 기법 선택과 결정(조사 비용, 가동 일수 등 고려) ④ 현장 탐사 실시(현장 분석 및 해석 포함) ⑤ 결과 판독 및 보고서 작성전망정보 통신 관련 기술이 발전하면서 다양한 종류의 기법들이 함께 사용되고, 탐사 결과들이 정밀한 지리정보 체계 내에서 융합될 것이다. 디지털 자료 처리 시스템의 성능 향상으로 지하 공간의 물성, 지각의 거동, 지하자원의 부존량 등의 시간에 따른 변화를 관찰하는 4차원 지구물리탐사가 많이 수행될 것이다. 소형 자동화 및 기계학습 기술의 발전으로 무인화 및 자율화를 기반으로 한 심해저나 극한지 지구물리탐사가 활성화될 것으로 전망된다.