UNIST, 초음파 이미징 기술로 콘크리트 탄산화 깊이 측정

김건 교수 "배터리·암 진단 등 다양한 분야 활용 기대"

[울산=뉴시스] 사진 왼쪽부터 김건 교수, 제 1저자 백승오 연구원 *재판매 및 DB 금지

[울산=뉴시스]구미현 기자 = 콘크리트 구조물에 포집된 이산화탄소 깊이를 비파괴적으로 측정할 수 있는 기술이 개발됐다. 의료 분야에서 활용되던 초음파 이미지 기술을 건설 분야에 적용한 최초 사례다.

UNIST(울산과학기술원)는 지구환경도시건설공학과 김건 교수가 조선대학교 건축공학 김형기 교수, 美 일리노이대학교 전기전자공학 Michael Oelze 교수팀과 함께 시멘트의 탄산화 깊이를 정밀하게 시각화할 수 있는 정량적 초음파 이미징 (Quantitative Ultrasound, QUS) 기술을 개발했다고 14일 밝혔다.

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 감쇄 특성을 추출해 이를 이미지로 시각화함으로써 미세구조의 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.

[울산=뉴시스] UNIST 연구진이 개발한 정량적 초음파 (Quantitative ultrasound, QUS) 이미징 기법 *재판매 및 DB 금지

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

이번 연구 결과는 건설 분야 최상위 학술지인 ‘Cement and Concrete Research’에 4월 25일 온라인 게재됐다. 연구 수행은 과학기술정보통신부 한국연구재단 신진연구과제 및 기초연구사업의 지원을 받아 수행됐다.

한편 지난 2020년 UNIST 지구환경도시건설공학과에 부임한 김건 교수는 건설공학, 고분자화학 등을 아우르는 다학제간 융합 연구를 하고 있다. 집속된 초음파 에너지를 이용한 암 조직 파괴, 폴리머 분자 사슬 강화, 초음파 기반 구조물 건전성 평가, 구조물 진단을 누구나 쉽게 할 수 있는 응력 시각화 고분자 센서 개발 등이 대표적인 연구 결과물이다.

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