Technology Brief

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투명 망토의 최초 시연
Duke 대학의 연구진에 의해 주도되고 있는 연구팀은 전 세계 최초로 실제 동작하는 ‘투명 망토’를 시연해 보였다. 망토는 마이크로파 빔을 빗나가게 하여 ‘숨겨진’물체의 내부를 거의 왜곡 없이 돌아 나가도록 하여 실제로 아무것도 없는 것처럼 보이도록 하였다.
연구진은 ‘matamaterial’로 만든 특수한 전자기 특성을 부여하는 여러 개의 중앙 원형들을 정교하게 배열하여 망토를 만들었다. Metamaterial은 천연 재료들은 재연할 수 없는 방법으로 전자기파와 상호 반응하는 인공 화합물이다.
천연 재료의 물성이 화학에 의해 결정되는 것에 반해, metal
material의 물성은 대신 물리적인 구조에 의해 결정된다. 새로운 망토의 경우, 그 구조가 구리 링으로 이루어져 있고 선은 섬유유리 화합물 시트에 패턴되어 있다. 구리 원소 형태의 정확한 편차가 전자기적 특징을 좌우한다.
“복합 재료 물성을 결합시킴으로써, 우리의 망토는 물체 부피를 감출 수 있고, 망토 외에도 밖에서 볼 때 물체의 특성이 자유공간처럼 보이게 하는 것입니다.”라고 Duke 대학의 전기 컴퓨터 공학과 교수인 David R. Smith가 말한다. “망토는 물체의 반사와 그림자를 모두 줄여주지요.”
망토는 가장 정교하게 metamaterial의 구조를 다듬고 디자인하고 제조하였지만, 크기나 재료 물성에 구애 받지 않고 물체를 감출 수가 있게 되었습니다. 마이크로파에 보이지 않는 망토는 무선 통신이나 레이더 제품에 폭 넓게 사용될 수 있습니다.
연구팀은 Imperial 대학의 John Pendry에 의해 제안된 새로운 디자인 이론에 의해 결정되는 전자기적 특성에 따라 망토를 제작했다.  (ACB)
 
1800k까지의 고온에 시료를 가열하고, 고속으로
고분해능 방사광 분말 회절측정이 가능한 시스템 개발
東京工業大學의 八島正知 조교수, (독)물질·재료연구기구의 田中雅彦 수석엔지니어, 名古屋工業大學의 井田隆 조교수 등 연구팀은 공동으로 공기 중에서 1800k까지 시료를 가열하면서, 고분해능 방사광 분말 회절측정이 가능한, 시료가열장치를 개발하는데 성공했다.
이 측정 시스템은 δd/ㅇ~0.04%라는 높은 분해능으로, 정밀한 결정구조해석이 가능하다(δd는 면간격 d스케일에서의 피크의 반가전폭). KEK포톤팩토리의 다연장 회절계(名古屋工業大學·虎谷秀穗 교수(현 (주)리가크) 등이 1996년에 개발)에 설치할 수 있기 때문에 종래 방법보다 약 6배 고속으로 전(全)분말회절 패턴의 측정이 가능하게 되었다.
이 시스템을 이용하여 측정한, 1703k라는 고온으로 유지한 세리아 CeO2의 회절 데이터의 정밀해석(리트벨트법. 최대 엔트로피법(MEN), MEN에 기초한 패턴피팅)에 의해 1703k에 있어 세리아 CeO2의 전자밀도분포를 가시화하는데 성공했다.(J. Am. Ceram. Soc.. 89(2006) 인쇄 중) 앞으로 다양한 세라믹스 재료에 이 시스템을 활용하여 고온에서 물질의 결정구조, 전자밀도분포, 이온전도경로, 불규칙 구조, 상전이, 생성상, 격자정수, 굴절, 결품자 지름 등을 연구할 예정이다. 이 개발팀에서는 공동연구를 환영하고 있다. (CJ)

바이오머스에서 수소생산, 바이오프로세스 이용
(재)地球環境産業技術硏究機構(京都府 相樂郡)과 샤프(주)(奈良縣 葛城郡)는 미생물을 이용한 신규 바이오 프로세스에 의한 수소생산 시스템을 개발해 왔다. 재생가능 자원인 바이오머스의 열화학 처리에 의해 얻을 수 있는 개미산을 원료로 미생물의 기능을 이용하여 효율적으로 수소로 변환하는 것을 특징으로 하는 기반기술이다. 그 열쇠를 쥔 것이 이번에 제작한 유전자 재편 미생물과 그 이용법이다.
원료가 되는 개미산은 여러 가지 바이오머스를 150~250℃에서 열화학 처리함으로써 생산할 수 있다. 개미산과 동시에 레블린산 등 공업원료로서 중요한 화합물도 생산된다(2004년도 지역신생 컨소시엄 연구개발사업 ‘바이오머스에서의 고효율 바이오머스의 제조기술개발’ 성과보고서 近畿經濟産業局).
대장균 등의 미생물은 글루코스의 염기적 대사과정에서 개미산을 거쳐 수소를 생성한다. 이 기능을 이용한 당류에서의 수소 생산이 연구되어 왔다. 그러나 수소생산 속도는 증식을 동반한 미생물의 세포밀도에 의해 규정되므로 1L 의 발효조당 수소 생산속도는 최대 몇 L/h정도이다. 이 생산성으로 1kW의 연료전지 발전을 이루기 위해서는 약 100L의 거대한 발효조가 필요하게 된다. 따라서 생산성의 비약적인 향상은 바이오법의 실용화를 위한 최대의 과제였다.
이 과제를 해결하기 위해 개미산은 원료로 하는 미생물 촉매에 의한 신규 프로세스를 개발했다. 수소 생산 활성을 향상시킨 유전자 조작 대장균을 개발하여 이것을 리액터로 고밀도로 충전했다. 수소 생산 속도는 원료가 되는 개미산의 공급에 의해 제어가 가능하며, 용적당 수소 생산 속도는 종래 방법보다 두자릿수 향상되어 200LH2/h/L반응조에 달했다.(A. Yoshida, et al. Appl. Environ, Microbiol., 71, 6762-68(2005)).
생성 가스는 거의 동량의 수소와 CO2로 구성되며, 연료전지의 피독물질인 CO를 포함하지 않기 때문에 연료전지에 직접 공급한 경우에도 효율적인 발전이 확인되었다. 높은 생산성을 얻었으므로 분산형 발전 시스템의 조기 실용화를 추구할 계획이다.  (CJ)

플라렌, 분자 내에서 진동
東京大學의 田代健太郞 조교 등 연구팀은 플라렌(탄소 나노 클러스터)DFM 도입하여 내부에서 진동시키는 새로운 분자를 개발하는데 성공했다(A. Ouchi et al.. Angew. Chem. Int> Ed.. in press). 이 분자는 금속 포르필린이라는 원반상의 착체 분자 2장이 유연한 ‘끈’에 의해 환상(環狀)으로 연결한 구조를 하고 있으며, 연구팀에서는 유사한 분자가 플라렌을 세계에서 가장 먼저 포착해, 2장의 금속 포르필린 사이에 끼운다는 것을 발견했다.
이번에 ‘끈’의 길이를 종래보다 짧게 하여 금속 포르필린 사이의 거리를 좁힌 결과, 유기용매 속 저온(-90℃)에서는 2장의 금속 포르필린이 여덟 팔(八 )자로 벌어지며, 플라렌을 한쪽에서 끼운 구조를 취한다는 것을 알았다.
상세한 검토를 통해 온도의 상승에 따라 ‘플라렌이 금속 포르필린 사이의 스페이스를 빠져나가 진동하고, 연동하여 2장의 금속 포리필린이 시소처럼 회전한다’는 것이 밝혀졌다. 진동속도는 플라렌의 사이즈에 크게 의존하며, 사이즈가 작은 C60(탄소 60원자로 구성)이나 C70의 진동 주파수를 각각 170Hz(-80℃), 3Hz(-65℃)로 추측된 한편, 보다 큰 C76은 금속 포르필린 사이의 공간을 빠져 나가지 못해 진동하지 않았다.
흥미 깊은 것은 이번에 설계한 분자는 플라렌의 진동을 일으킬뿐 아니라, 반대로 정지하는 능력도 갖고 있었다. 분자가 플라렌에 대해 과잉량 존재하면 여덟팔자 모양으로 벌어진 2장의 금속 포르필린이 플라렌을 양쪽에서 끼워 약 4장의 금속 포르필린이 프라란을 감싼 캡슐 구조를 형성했다.
이 구조에서는 플라렌의 진동은 완전히 억제되어 있기 때문에 플라렌 진동의 온/오프를 등량으로 스위치할 수 있게 된다. 플라렌의 진동주파수 변화를 이용한  센서와 플라렌을 이용한 분자소자, 기계의 구축이 기대된다. (CJ)

특수카본 사용, 전자파 99% 흡수하는 흡수제 개발
三井造船은 靑山學院大學 이공학부의 橋本修 교수와 공동으로 고속도로 요금소의 자동요금 징수 시스템(ETC)용 격자형 전자파 흡수체를 개발했다. 레인 사이에 설치하기만 하면 전자파의 99%를 흡수하여, 간섭에 의한 ETC차량기기의 오작동을 막는다.
이 흡수체는 특수 카본을 혼합한 유리섬유 강화 플라스틱(GFRP)제 그레이팅, 스테인리스제 그물망으로 구성되었다. 전자파 흡수, 인접 레인에 대한 투과방지라는 두 가지 기능을 실현했다. 격자형이기 때문에 반대편이 보이고, 통기성도 확보했다. 1레인에 한 면 당 18평방미터를 사용한다. 중량은 1평방미터 당 38킬로그램으로 경량 되었고. 강도와 내구성도 높아 ‘10년 이상은 성능 열화하지 않을 것’(橋本교수)이라고 한다. 가격은 3평방미터 당 약 15만 엔이지만 저가격화한 뒤에 시장에 투입할 계획이다. 이 흡수체는 ETC용 5.8기가헬츠에 대응한다. 단, 카본 함유량의 변경 등으로 주파수대에 따라 설계할 수 있으므로 건재용 등의 용도로 개발할 예정이다. (NK)