세라믹스 재료 양자구조 나노스케일로 해석, 재료가 고온과 하압으로 변형하는 ‘고온 크리프 변형’의 본질 해명 東京대학의 佐久間健人 교수 등 연구팀은 세라믹스 재료의 양자구조를 나노 스케일로 해석함으로써 재료가 고온과 荷壓으로 변형하는 ‘고온 크리프 변형’의 본질을 해명했다. 이 이론을 응용하면 유로피움(Eu) 등 희토류를 원료로 첨가하는 것만으로 순수한 알루미나에 대해 내열강도 약 250배인 세라믹스 재료를 개발할 수 있다. 양자구조의 제어로 자유로운 재료설계의 길을 열게 된다. 이 연구팀은 미세결정립 알루미나의 미세구조에 주목. 나노프로브 투과형 현미경과 병렬고속 컴퓨터를 구사, 결정간의 틈 ‘결정입계’속의 전자상태가 고온 크리프 변형을 지배하고 있다는 것을 밝혀냈다. 희토류를 첨가하면 내열강도를 제어할 수 있다는 것을 알았다. 이것은 이론상의 계산식 ‘제1원리 양자역학계산’으로 구해지는 원자간 결합력의 경향과도 일치했다. 지금까지는 세라믹 재료에 카본 섬유 등을 배합하여 강도를 높여왔으나, 이 팀은 미량(500ppm정도)의 희토류를 원료로 첨가하는 것만으로 “희토류의 조합으로 순수한 알루미나에 대해 내열강도 5000배인 재료도 꿈은 아니다”(幾原雄一 조교수)고 한다. 세라믹스 재료는 높은 내열성능으로 발전 플랜트나 항공, 우주재료에 채용되고 있다. 그러나 약 1000℃이상에서는 급격하게 열화하여 크리프 변형이 일어났다. 발전 플랜트의 가스터빈에서는 1400℃의 내열강도를 갖는 재료가 요구되고 있었는데, 고강도의 재료개발로 지금까지 필요로 했던 냉각시스템 등이 불필요하게 되어 열효율이 대폭 향상, 환경에 대한 메리트도 크다. (NK)