시멘트 내부 들여다보는 '초음파 이미징' 기술 개발
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시멘트 내부 들여다보는 '초음파 이미징' 기술 개발
  • 정 현 기자
  • 승인 2024.05.17 00:45
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- UNIST 김 건 교수, 조선대 김형기 교수, 일리노이대 마이클 오엘제 교수, 공동 연구
- 바이오 분야의 초음파 이미징 기술로 콘크리트의 탄산화 깊이 측정
- 연구팀 "배터리, 암 진단 등 다양한 분야에 활용될 것"
- 논문, SCI급 국제학술지 'Cement and Concrete Research' 게재

[위즈뉴스] 국내 연구진이 주도하는 국제공동연구팀이 콘크리트 구조물에 포집된 이산화탄소 깊이를 비파괴적으로 측정할 수 있는 기술을 개발했다.

UNIST(총장 이용훈)는 14일, 지구환경도시건설공학과 김건 교수 연구팀이 조선대 건축공학 김형기 교수, 미국 일리노이대학교 전기전자공학 마이클 오엘제(Michael Oelze) 교수와 공동 연구를 통해 시멘트의 탄산화 깊이를 정밀하게 시각화할 수 있는 정량적 초음파 이미징 (Quantitative Ultrasound, QUS) 기술을 개발했다고 밝혔다.

김 건 교수(왼쪽)와 백승오 연구원 / 사진=UNIST

이번 연구는 의료 분야에서 활용되던 초음파 이미지 기술을 건설 분야에 적용한 최초 사례다.

이번 연구 결과를 담은 논문은 건설분야의 SCI급 저명 국제학술지 ‘Cement and Concrete Research(IF=11.4)’ 4월 25일 자 온라인에 게재됐다.

논문명은 'Can carbonation depth be measured in a nondestructive way? High-frequency quantitative ultrasound imaging for cement paste'이며, UNIST 김건 교수와 조선대 김형기 교수, 일리노이대 마이클 오엘제 교수가 공동 교신저자로, UNIST 백승오 연구원이 제1저자로 참여했다.

"자동차 배터리 수명 예측, 암 조직 정밀 시각화 등에 활용될 것"

연구팀의 김건 교수는 “바이오 메디컬 분야로 국한돼 사용됐던 정량적 초음파 이미징 기술이 건설 분야에도 유용하게 활용될 수 있음을 증명한 첫 사례다”며 “해당 기술은 앞으로 자동차 배터리 수명 예측, 암 조직 정밀 시각화 등 다양한 연구 분야에 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.

국제학술지 'Cement and Concrete Research' 최신호에 게재된 해당 논문
doi.org/10.1016/j.cemconres.2024.107519

콘크리트의 탄산화는 대기 중 이산화탄소를 콘크리트 구조물에 포집시키는 것으로 탄소중립을 위한 건설 산업 분야의 핵심 전략 기술 중 하나다.

탄산화가 진행됨에 따라 콘크리트 부재 내의 미세구조가 변화하는데, 이러한 구조적 변화는 기존 비파괴 방법들로는 측정이 어려워 파괴적 방법에 의존해 왔다.

연구팀은 수집한 초음파 신호로부터 재료의 초음파 산란 및 감쇠 특성을 추출해 이를 이미지로 시각화함으로써 미세구조 변화를 포착했다. 해당 이미지는 기존의 파괴적 시험기법인 페놀프탈레인 지시약법으로 측정된 결과 대비 약 1mm 정도의 오차만을 허용하며 탄산화 깊이를 정확히 탐지했다. 탄산화 깊이를 위치별로 비파괴적으로 측정 가능함이 증명된 셈이다.

현재 보편화된 초음파 이미징 검사 기법은 낮은 해상도의 한계로 전문가나 의사의 경험에 절대적으로 의존할 수 밖에 없다. 하지만 개발된 기술은 재료에 의해 결정되는 정량적 지표를 기반으로 이미지 픽셀을 구성하기 때문에 경험이 부족한 사람도 재료의 구조적 변화를 손쉽게 판단할 수 있다.

개발된 정량적 초음파 (Quantitative ultrasound, QUS) 이미징 기법 / 자료이미지=UNIST

이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단 신진연구과제 및 기초연구사업의 지원을 받아 수행됐다.


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