첨단재료
편집부(외신)

고품질 나노 파우더의 합성과 나노 구조물용 고성능 첨단 세라믹을 제조하기 위해서는 특성화와 처리공정이 매우 중요하다고 PACRlM 6에서 개최된 나노 파우더와 입자의 특성화와 처리공정 심포지엄의 위원중의 한명인 Kevin G. Ewsuk은 말한다. 
나노 파우더와 나노입자의 특성화 세션을 맡고 있는 사람은 요코하마 대학의 Katsutosi Komeya이다. Komeya에 따르면 일본에서 나노입자에 내한 가장 중요한 프로젝트 중에 하나가 METl와 NEDO에 의해 수행되고 있는 Synergy 세라믹 프로젝트라고 한다. 이 프로젝트는 ‘Hyper-Organized Structure Con
trol’이라고 불리는 새로운 개념을 사용해서 synergy 세라믹을 개발하는 혁신적인 기술을 개발하는 것이라고 한다.
Komeya에 의하면 나노 기술과 나노 물질은 일본에서 가장 중요한 기술 테마라고 한다. 설립된 많은 연구 프로그램들이 정부와 국립연구소, 대학과 기업체에 의해서 촉진되고 있다고 한다. Komeya는 첨단 세라믹분야, 특히 질화 알루미늄과 질화 실리콘에서 이루어진 업적들에 대해서 이야기했다.

질화 실리콘
‘나노 크기의 도핑된 파우더를 이용하여 얻은 Si3N4 나노 세라믹 파우더의 미세구조와 특성’이라는 주제대한 Alida Bellosi는 나노크기 입자를 이용하여 플라즈마 합부터 형성시킨 초고밀도 질화실리콘에 대해서 말하게 될 것이다.
곧바로 제조된(이미 이트리아와 알루미나를 소결에 의해 포함하고 있는) 파우더는 이중 입자 크기 분포를 가지고 있으며 부분적으로 비정질 상태이다.
Bellosi는 대부분의 관련된 특성은 이트리아와 알루미나는 분리된 입자에서 발견되지 않고 그것들을 구성하는 원소들이 결정질 입자의 고용체 속이나 또는 입자의 비정질부분에 있다는 것이었다.
요코하마 국립대학의 Tomofumi Ktashima는 ‘CNT-분산 Si3N4세라믹의 개발’이라는 주제로 말했다. 탄소 나노튜브(CNT)는 뛰어난 전기, 열전도성을 나타내고 취성과 강도가 높아 수지의 기계적, 전기적 강도를 높이는데 사용되고 있다. Katashima는 Y2O3-Al2O3-TiO2-AlN시스템을 새로운 소결 보조제로 사용하여 기존 가스 압력 소결을 사용한 전도성 CNT-분산 Si3N4 세라믹의 개발을 보고하였다.

지르코니아
호주의 Advanced Nanotechnology사의 Michihito Muroi는 ‘저온 소결된 Ce- 도핑된 지르코니아 세라믹의 기계적 특성’에 대한 발표를 하였다. 약 20nm의 입자 크기를 가지고 있는 Ce-도핑된 지르코니아 나노 파우더는 Advanced Nanotechnology 사에서 개발되어 다양한 범위의 물질에 대해 입자간의 응집이 없이 나노입자를 효율적으로 만들 수 있음을 시연해 보인바 있는 기계화학적인 공정에 기반한 기술에 의해 합성되고 있다.

Muroi에 의하면 Ce- 도핑된 나노 입자는 1100~
1200℃의 범위에서 수 시간 내에 완전한 밀도를 갖도록 소결할 수 있다.

나노섬유 돌파구
미국 플로리다 대학의 박현 박사는 ‘전기스핀을 통한 세라믹 나노섬유’라는 그의 발표에서 긴 세라믹 나노 섬유의 합성에서 돌파구에 대해 설명할 것이다. 박현 박사에 따르면 나노섬유는 자기 정렬된 형태를 제공할 수 있는 자재력을 가지고 있으나 긴 세라믹 나노섬유의 합성을 통제하는 것은 아직까지는 어렵다. 그렇기 때문에 후에 나노소자에 사용되는 여부는 섬유의 크기와 특성을 어떻게 조절하느냐에 달려있다.

박현 박사는 끝없는 강유전 나노섬유와 질화 란탄늄/질화 구리/폴리아크릴아미드 화합물 섬유를 일반적인 폴리머 섬유를 뽑아내는 방법으로 합성하는 방법을 개발하여 새로운 돌파구를 제시했다. 박현 박사는 새로운 강유전 나노와이어와 센서용 나노와이어이기 때문에 특별히 새로운 것이라고 밝혔다.

남 일리노이스 대학의 Rasit koc은 ‘나노 TiC 기반 물질의 합성, 소결, 물성과 적용’이라는 제목의 발표에서 Ti 포함 프리커서의 탄소 코팅 공정에 기반한 새로운 합성법을 소개하였다. Koc은 고순도, 나노크기의 비응집 그리고 저가의 TiC 파우더를 생산할 수 있는 공정을 개발하였다고 밝혔다.

내 산화성과 전기 전도도에 대한 연구결과 이 재료를 저온/중간온도의 SOFC의 배선으로 사용할 수 있음을 알 수 있었다.
일본 나고야 기술 연구소 최성민 박사가 ‘강화 세라믹 재료를 위한 Intra-Type 나노화합물’이란 제목으로 발표하였다. 박사에 의하면 나노화합물은 세라믹 재료의 강도와 파괴 취성을 크게 향상시켜준다고 한다. 나노 입자가 기지내로 분산되어 있는 구조, 즉 intra-type의 구조를 갖는 나노화합물은 다른 구조보다 훨씬 중요한 구조이다.

intra-type구조는 냉각 공정 동안 기지 결정립 내부에 전위(dislocation)을 발생시킨다. 이 전위는 기지 내의 잔류 스트레스를 경감시키게 되어 파괴 강도가 전위에 의해 증가하게 된다. 또한 파괴 모드가 결정립계를 따라서 파괴되는 모드에서 결정립 내부가 파괴되는 모드로 변하게 된다. 더구나 파괴 취성도 온도를 높일수록 전위가 기지내에서 이동해 나감에 따라 증가하게 된다.

HTS 처리
지난 10년간 세라믹과 고온 초전도체(HTS)의 처리 공정에 대한 많은 발전이 있었다. 대부분 큰 전류를 흘릴 수 있는 커다란 규모, 벌크의 형태, 길면서도 유연한 와이어 형태가 요구되어 왔다. 최근에 이축(biaxially) 선호 방향 기판 위에 에피택시 성장을 이용한 긴 길이의 유사 단결정 초전도체 와이어에 대한 연구가 집중되고 있다.
지속적인 노력으로 Bi-2223과 Bi-2212 전도체가 만들어지고 MgB2 와이어도 만들어졌다. Bi기반 초전도체 케이블이 생산되고 있지만, 상대적으로 높은 가격이 대규모 상업화에 장애가 되고 있다. 하지만 MgB2와이어는 HTS재료의 특정 시장을 찾을 수 있을 것으로 기대되고 있다.
고온 초전도체 심포지엄이 Oak Ridge 국립 연구소의 Amit Goyal의 지휘 하에 역시 PACRIM6에서 개최되었다.                          (Ceramic Bulletin)