‘제3회 마이크로파 재료 및 그 응용´ 국제회의 개최

본 국제회의는 제1회가 2000년에 슬로베니아 Jozef Stefan대학의 Suvo
rov교수가 의장을 맡아 Bled에서 개최되었다. 슬로베니아는 Kolar교수 등에 의한 높은 유전율을 가진 재료의 발견 등 이 분야의 세계 거점 가운데 하나가 되는 곳이다. 제2회는 2002년에 영국 Manchester대학의 Freer 교수가 의장이 되어 요크에서 개최되었다. Freer 교수는 마이크로파 유전체의 홈페이지를 여는 등 정보의 세계거점이 되고 있다. 이번에는 大里가 의장을 맡고, 愛知縣 犬山에서 개최되었다. 현지 실행위원회는 세라믹스협회 ‘마이크로파 밀리파 유전체 및 관련재료연구회’(대표 大里)를 핵으로 名工大 枾本健一 조교수, NEOMAX 島田武司 박사를 중심으로 조직했다.
참가자는 세계 17개국에서 약 160명, 외국에서 온 참가자가 2/3가까이 차지했다. 한국, 중국, 대만, 영국이 특히 눈에 띄었다. 발표건수는 프레널리 강연이 2건, 초대강연이 15건, 구두(口頭) 발표가 53건, 포스터가 81건이었다.
첫날은 옵셔널 이벤트로서 日本特殊陶業(주)에서의 공장 견학회를 개최하고, 그 후 환영파티에서는 2년만의 재회를 서로 기뻐함과 동시에 회의의 성공을 기원했다. 다음 날인 26일은 大里의 개회선언 후, 早稻田 대학의 一ノ瀨昇교수에 의한 일본에서의 마이크로파 유전체 연구개발에 대해 강연이 이루어졌다.
제3회 회의의 특징은 마이크로파 유전체 재료 이외에 측정기술과 다바이스 응용 분야의 강연이 두드러졌다는 점이다. 富士通硏究所의 佐藤良夫 박사는 고주파 Film Bulk Acoustic Resonator(FBAR)필터의 발전이라는 제목의 강연을 하며 FBAR필터의 전극형성이 SAW필터보다 용이하다는 점을 강조하고, 2GHz에서는 가격 면에서 SAW가 우수하고 5GHz에서는 FBAR의 Q값이 우수하다고 보고했다. 大阪大學의 宮本欽生 교수에 의한 포토닉 프랙탈 결정의 합성과 물성에 관한 강연에서는 세라믹(TiO2-SiO2)분말을 분산시킨 수지를 UV레이저로 고화시키는 방법의 작성 예를 소개함과 동시에 또한 전자파를 조사했을 경우, 반사파도 투과파도 관측되지 않는 파장의 존재로 그 파장의 극재화(極在化)를 입증하고 그 파장을 이끌어내는 식을 도출했다. 극재화의 메커니즘은 아직 해명되지 않았으나 주기적인 포토닉 결정이 아니라 프랙탈한 구조가 중요한 역할을 담당하고 있다고 예측되고 있다. 龍谷大學의 栗井郁雄 교수는 인공유전체 메머메터리얼에 관해서 두 개의 분류방법을 제시하고 이 가운데 유전율과 투자율의 정부(正負)에서의 분류에 의한 새로운 분류법을 상세하게 소개했다. 실제로 영국의 Imperial College London의 Pendry교수는 파장보다 짧은 금속막대를 늘어놓음으로써 금속의 프라즈마 주파수 이하에서 마이너스 유전율을 실현시켜 이 금속 막대와 분할 링을 조합시킨 것이 어떤 특정한 주파수에서의 마이너스의 굴절률을 나타내어 메머메터리얼이 실현되었다고 보고했다. 埼玉大學의 小林禧夫 교수는 유전 로스가 적은 마이크로파 측정의 표준화와 고온초전도체라는 제목으로 강연했다. 고주파 영역의 회로 디자인에는 저손실 유전체의 유전율과 tanδ 및 고온초전도체의 표면저항의 정밀측정이 중요하다고 하며 IEC 및 JIS의 표준화에 대하여 보고했다.
슬로베니아 Jozef Stefan대학의 Su
vorov교수는 이동체 통신기기의 소형화를 추진하고 있는 저온동시소성(LTCC:Low Temperature Cofired Ceramics)의 신규재료 Bi2O3-TiO2-TeO2계에 관한 강연을 했다. Te산화물계는 유리형성제인데, 결정화 세라믹스의 견지에서 유리를 포함하지 않는 LTCC에 대해 연구한 것이다. 이 3 성분계에 존재하는 화합물의 상관계, 결정구조, 마이크로파 특성 등을 보고했다. LTCC에 관련한 발표는 핀란드의 Oulu대학의 Janyunen교수, 村田製作所의 森씨 등 포스터까지 포함하여 10건 이상이었다. 이 분야는 기기의 소형화에 가장 많이 기여하고 있는 실용화 기술이어서 정력적으로 연구개발이 이루어지고 있다. 또 장래성이 주목되어 하이브리드화한 튜너블한 유전재료에 관하여 阪大의 野田實 교수, 캐나다의 Koutsaroff박사 등에 의한 많은 발표가 있었다.
뱅킷 모두에서는 犬山 시장이 축사와 함께, 본 회의 개최와 거의 동시에 발표된 名工大와 犬山市와의 상호우호협력협정에 대해서도 그 취지와 전망을 이야기했다. 犬山市 전통의 꼭두각시 인형의 실현, 岐阜白川町의 美濃乃國槍茶太鼓의 웅장한 연주가 있은 후, 젊은 포스터어워드 5명의 표창식이 이루어졌다. 그에 앞서 산업면뿐 아니라 학술적인 면에서도 오랜 세월에 걸쳐 마이크로파 재료에 다대한 공헌을 한 脇野喜久男 박사에 대한 감사장 증정도 있었다. 다음 MMA2006 개최지인 핀란드의 Oulu대학의 Jantu
nenn교수의 스피치가 있은 후, 본 회의의 국제 어드바이저이기도 한 柳田博明 名工大 전 학장도 국제 연대의 중요성을 역설했다.
이 회의의 성과는 유럽 세라믹스 협회지에 게재가 예정되어 있고, 神奈川工科大學의 井川博行 편집위원장의 책임 하에 인도의 Regional Res. Lab.의 Dr. Sebastian등에 의해 편집이 이루어져 약 100편의 논문이 게재될 예정이다.                            (CJ)
유기바인더 반감 환경형 신 세라믹스 성형법 개발
産業技術總合硏究所는 일본가이시(주)와 공동연구에서 종래의 반 이하의 유기바인더첨가에 의한 세라믹스 성형체의 새로운 제조 프로세스 기술을 개발했다. 세라믹스 원료 입자 표면에 유기 바인더의 단분자층을 직접 화학 결합시키고, 나아가서 바인더층끼리 외부로부터의 자극으로 서로 결합하는데 특징이 있다. 유기바인더가 보다 강한 화학 결합으로 원자입자끼리를 연결함으로써 세라믹스 제조 프로세스에 있어 바인더 사용량 저감을 꾀하기 위한 유효한 수단이 된다.
현재 세라믹스에 형상을 부여하기 위하여 유기 고분자를 바인더로서 첨가하는 것은 불가피하다. 이들 유기 바인더는 소성 과정에서 타서 나오고, 분해생성물로서 이산화탄소가 배출된다. 환경에 대한 부하절감을 위해서 유기 바인더의 사용량을 줄일 것이 요망되고 있다.
종래의 고분자 유기 바인더는 원료 입자의 표면에 흡착되어, 혹은 너무 느슨하게 결합되기 때문에 원료입자끼리의 결합력이 충분치 않았다. 또 고분자 유기 바인더와 원료입자 표면의 친화성이 낮아서 이들이 상분리하여 부분적으로 응집하기 때문에 유기바인더 효과가 유효하게 기능하지 않는다. 따라서 양호한 성형성과 성형 후의 보형성을 확보하기 위해서는 유기바인더를 다량으로 첨가할 필요가 있었다. 이번에 반응성이 높은 유기분자를 세라믹스 원료입자 표면에 단분자층의 상태로 고정하고, 단분자층의 유기바인더 끼리를 외부자극으로 서로 화학결합시킴으로써 입자끼리가 직접 화학반응으로 결합하고 있는 구조를 실현하는데 성공했다. 또 원료입자 표면에 단분자층의 상태로 유기바인더가 결합되어 있기 때문에 원료입자와 유기바인더의 상분리를 동시에 막게 되었다. 세라믹스 원료입자의 표면처리기술에 대해서 검토하고 입자표면의 화학적 활성을 향상시킴으로써 실현한 기술이다.              (CJ)
                              

CO2 흡수 세라믹스 Ba2TiO4를 개발
(주)村田製作所 개발센터는 이산화탄소(CO2)를 효율적으로 흡수하는 새로운 세라믹스를 개발했다. 신재료인 티탄산2바륨(Ba2TiO4)은 티탄산바륨(BaTiO3)에 탄산바륨(BaTiO3)을 등(等)몰 넣어 약 1200℃에서 소성하여 얻었다.
BaTiO3 + BaCO3 → Ba2TiO4 + CO2 ↑
얻어진 티탄산 2바륨 분말을 과립상 또는 하니컴상으로 성형소성하여 CO2를 포함하는 550~750℃의 배기가스 속에 두면 중량비 11.4%, 체적비 300배의 CO2를 흡수한다.
Ba2TiO4 + CO2 ↓ → BaTiO3 + BaCO3 (1)
한편 이 CO2를 흡수한 세라믹스를 800℃ 이상으로 가열하면 다시 CO2를 방출한다.
BaTiO3 + BaCO3  →  Ba2TiO4  + CO2 ↑(2)
이 (1), (2)의 반응은 온도에 의해 가역적이며, 수백 회의 반복에 대해서도 성능 저하는 몇 % 정도로 안정적이라는 것이 특징이다.
이미 CO2를 흡수하는 세라믹스로서 Li4SiO4가 알려져 있는데 Ba2TiO4는 CO2 흡수 시의 체적팽창률이 12%로 41%에 비해 작아 구조파괴가 잘 일어나지 않는다는 점, CO2는 고체화합물 BaCO3로 고정되기 때문에 Li와 같은 증발에 따른 설비 트러블이 없다. 또 세라믹스 콘덴서의 폐기원료를 활용할 수 있기 때문에 재료비가 싸다. Ba2TiO4는 콘덴서 폐기원료를 유효하게 재활용할 수 있다는 점에서 지구온난화의 긴급과제인 CO2 가스 배출량 감소에 크게 공헌할 것으로 기대된다.                              (CJ)

메탄 농축용 제올라이트 막(膜) 개발
제올라이트는 결정구조 속에 1nm이하의 세공(細孔)구조를 가진 알루미노 규산염의 총칭으로 조성이나 구조의 차이에 따라 많은 종류가 알려져 있다. 제올라이트의 세공구조는 종류에 따라 다르지만, 각각 0.3~0.8nm정도의 특징적인 세공형상을 나타낸다. 이 세공에는 구멍의 지름(孔俓)에 상당하는 기체분자와 액체분자가 흡착하기 때문에 제올라이트는 건조제나 흡착제로서 이용되어 왔다.
한편 제올라이트를 결함없이 막화(膜化)할 수 있다면 세공이 마치 체처럼 구멍의 지름보다 작은 분자는 우선적으로 통과시키고, 큰 분자는 저지시킬 가능성이 있다. 이것을 제올라이트 분자 체 효과라고 한다. 제올라이트를 막화하여 분자 체 막으로 만드는 연구는 1990년대에 왕성하게 이루어졌으나 현재까지 제올라이트 막을 사용한 가스 분리막은 실용화되지 못했다.
제올라이트 세공에는 통상 물 분자가 흡착되어 있는데 막화하여 가스 분리막에 적용할 경우, 세공 내의 물 분자가 가스의 통과를 저해하기 때문에 가능한 한 물 흡착성이 적은 소수성 제올라이트를 채용할 필요가 있다. 제올라이트의 소수성은 결정 내의 Si와 Al의 비율로 결정되며, 하이실리카 조성 쪽이 소수성이다.
日本가이시(주)에서는 이미 하이실리카 MFI형이라고 하는 0.5~0.6nm세공 제올라이트의 막화에 성공, 실험실 수준이지만 키실렌 이성체(異性體)에서 페트병의 원료인 파라키실렌을  분리할 수 있다는 것을 발견했다. 또한 이번에 새로이 MFI형보다 한층 세공 지름이 작은 DDR형이라고 하는 실리카만으로 된 제올라이트의 막화에 세계 최초로 성공하여, 이산화탄소와 메탄 혼합가스에서 이산화탄소를 우선적으로 통과시켜 메탄을 농축할 수 있다는 것을 확인했다.
DDR형 제올라이트는 0.36×0.44
nm의 타원형의 세공을 가지며, 이산화탄소 분자가 DDR세공의 지름보다도 작은데 비해 메탄 분자가 크기 때문에 선택적으로 이산화탄소를 통과시킬 수 있다. 개발한 DDR막은 이미 정수용 필터로서의 실적이 있는 세라믹 다공체 표면에 수열합성법(水熱合成法)으로 DDR결정을 조밀하게 성장시켜 10㎛정도의 막으로 전면을 피복한 것. 이산화탄소와 메탄의 혼합 가스는 하수오니로 생기는 ‘소화(消化)가스’나 천연가스의 주성분으로 효율적으로 메탄을 분리하게 되면 연료로서 충분히 이용할 수 있다. 日本가이시(주)는 長岡技術科學大學과 공동으로 하수처리장의 실제 가스로 실증실험에 들어가 조기 실용화할 계획이다.
                                 (CJ)
     

産業科學硏 다공질 연구회 부활, 특허취득 추진 실용화 단계
産業科學硏究協會는 4월에 폴러스(다공질)소재에 관한 연구회를 4년 만에 부활시켰다. 개발경쟁을 주시하며 2002년부터는 기술 시즈의 개시를 제한해 왔다. 그 후, 특허취득이 진행되어 大阪대학 산업과학연구소에 의한 폴러스 연구는 실용화 단계에 들어갔으므로 다시 정보를 공개하고 산학 연대로 제품화를 추구한다.
産業科學硏究協會는 大阪대학 산업과학연구소의 지원단체. 지난 3월까지 기업으로부터 참가모집을 받아 새로이 ‘폴러스 메터리얼 연구회’로 결성한다. 연구회에서는 금속만이 아니라 반도체나 세라믹스 등 폭넓은 분야에서 제품화를 모색한다.
中嶋英雄 大阪대학 산업과학연구소 교수를 비롯한 폴러스 매터리얼 연구자의 기술정보를 제공, 산학 협동의 연구에 적합하도록 조정하여 신업계에 전개를 추진한다.
폴러스 메터리얼은 소재를 다공질화한 것으로, 무구(無垢)재료를 사용할 때 보다 가벼운 부품을 만들 수 있다. 경량화를 목적으로 한 산업기계분야 이외에 의료분야에서는 골세포가 침입하기 쉬운 재료, 일렉트로닉스에서는 전극재료로서의 연구가 진행되고 있다.
산업기계용으로서는 지금까지 폴러스화로 소재가 물러지는 것인 난점으로 알려져 왔다. 그러나 질소 가스를 사용하는 방법 등으로 철(鐵) 종류를 경화시켜서 강도와 가벼움을 양립시킬 수 있게 되었다.
이 협회는 2000년, 2001년에 ‘폴러스 금속연구회’를 열었다. 그러나 세계적인 개발경쟁의 격화를 주목하여 2002년부터는 기술정보의 개시를 제한해 왔다. 그 후 3년 동안 中嶋연구실이 100편 이상의 학술논문과 약 40개의 특허를 취득했으므로 정보의 개시와 산업전개에 나서기로 한 것이다.
         (CJ)

600도트로 매초 847mm인쇄하는 피에조 방식 잉크젯 헤드 개발
브라더 공업은 京세라와 공동으로 1인치 당 600도트의 해상도로 매초 847밀리미터의 고속인쇄를 실현할 피에조 방식의 라인형 잉크젯 헤드를 완성했다. 앞으로 컬러 레이저와 동등한 제조 원가를 확립하여 정보기기만이 아니라 반도체 관련 업계에 대한 전용을 꿈꾼다.
피에조 방식은 잉크를 충전하는 압력실의 일부에 전극을 통하게 한 세라믹스 재료(피에조)를 사용, 가전압 시에 일어나는 세라믹스의 변형을 이용하여 잉크를 내뿜는다. 개발한 헤드는 압력실을 마름모꼴로 만들어 대폭적인 소형화에 성공. 2,656개의 노즐을 600도트의 해상도로 배치하여, 4.25인치(108밀리미터)의 인자(印字) 폭을 확보했다.
피에조는 京세라가 개발을 담당, 변형 회수 100억 회 이상의 내구성을 실현했다. 잉크 토출 시의 소비전력은 종래 기기의 14분의 1. A6 사이즈 용지를 매분 150장 컬러 인쇄했을 경우, 소비전력은 3와트 정도이다. 앞으로 양산기술을 확립하여 상품화해 나갈 예정이다.                         (NK)

원자 한층 두께의 재료 개발
영국 맨체스터대학의 영국과 러시아 과학자로 구성된 연구진은 예전에 보고된 바 없는 물질 족을 발견하였는데, 이 물질은 예전부터 불가능하다고 믿어져 왔던 원자 한 층으로 막을 만드는 것이 가능하다고 밝혔다.
이 막은 아주 얇을 뿐만 아니라 환경에 따라서 매우 큰 강도를 갖거나 극도의 절연체, 극도의 전도체로 만들수 있어 매우 넓은 범위의 특성을 만들 수 있다고 한다.
이 물질은 기존의 벌크 결정으로부터 micromechanical cleavage라고 불리는 기술을 사용하여 개별 원자판을 형성하는 방법으로 만들어진다. 원래 결정에 따라, 단원자 두께의 판은 금속, 반도체, 절연체, 자성체로 만들어진다.
예전에는 그토록 얇은 물질은 원칙적으로 존재할 수 없다고 생각되어 왔지만, 연구진에 의하면 사실은 존재 가능하며, 생각보다 만들기 쉽다고 밝혔다. 연구진은 원자 한층 두께의 판을 만들어 분위기 조건에서도 안정하고도 결정성이 매우 뛰어나다는 것을 시연해 보였다.                  (ACB)

다공성 세라믹 지지 재료 개발
일리노이스 대학의 연구진은 탄화수소 연료의 재형성이 이루어지는 고온에서도 견딜 수 있는 다공성 세라믹 지지 재료를 개발하는데 성공하였다.
지지구조를 제조하기 위해 연구진은 PDMS(polydimethylsiloxane) 몰드를 평편한 판에 높고 약 500mm 너비로 양쪽이 뚫린 채널을 형성시켰다. 직경이 50nm에서 10mm정도의 폴리스티렌 구를 포함하고 있는 슬러리를 한쪽 끝에서부터 삼투현상을 이용해 채널 속으로 들어가게 하였다.
슬러리가 채널의 다른쪽에 도달하며, 폴리스티렌 구는 용매가 증발하면서 패킹(packing)되기 시작한다. 패킹 공정은 입구 끝단쪽으로 진행된다. 패킹 공정이 완료되면, 남아있던 용매를 제거하고 나면 꽉 패킹된 물체가 남게 된다.
다음으로, 폴리스테렌 구 사이는 낮은 점도의 세라믹 폴리머 기반 액체로 채워지게 된다. 낮은 온도로 큐어링하고, 몰드를 제거하면, 안정하고, 튼튼한 구조물을 얻게 된다.
마지막으로 큐어링한 세라믹 프리커서를 1200℃에서 2시간 동안 열분해한다. 그러면 서로 연결되어 있는 기공을 포함하고 있는 다공성의 실리콘 카바이드(carbide)나 실리콘 카보나이트라이드(silicon carbonitride)와 비슷한 물질을 얻게 된다.
연구진들은 실리콘 카바이드와 실리콘 카보나이트라이드 구조가 대기중 1200℃의 높은 온도에서도 안정함을 시연해 보였다. 이러한 특징으로 촉매가 그을음에 의해 손상되는 일이 일어나지 않는 높은 온도에서 연료 재형성 공정을 가능하게 해줄 것으로 보인다.                            (ACB)

X-ray 검출기용 온도조절 시스템 개발
NIST의 연구진은 실험용 X-ray 검출기에 사용되는 온도 조절 시스템을 개발하였다. 이 장치는 양자-레벨, 전이 센서를 사용한다.
개발된 온도 조절 시스템은 데이터 ‘이동’현상을 없애 주어 반복적인 보정을 해줄 필요가 없고, 검출기가 보다 넓은 범위에서 사용될 수 있게 해준다. 검출기의 비슷한 에너지를 갖는 X-ray 간의 구별 능력은 반도체 산업에서 미세 회로 형태를 분석하거나 오염물질을 분석하는데 유용하다. (ACB)