은막을 안정적으로 형성하는 기술 개발
크롬 도금 대용으로 수요
 三菱製紙는 실용화가 어렵다고 알려져 왔던 은을 사용한 도금기술을 확립했다. 사진용 인화지에 배양한 은의 도금기술 등을 살려서 안정적으로 은의 막을 형성하는 데 성공했다. 유럽 등에서 규제가 강화되고 있는 크롬 도금 대체로서 가전제품이나 자동차 부품용 등의 수요를 전망한다. 1~2년 후에 약 10억 엔의 매상을 목표로 한다.
三菱製紙가 실용화한 것은 플라스틱이나 금속 등의 표면에 은의 막을 만드는 기술이다. 이 도금방식은 거울처럼 빛을 반사한다는 점에서 은경(銀鏡)이라고 불린다. 이 회사는 도금용액으로 판매할 방침이다. 지금까지 은경도금은 크롬도금의 유력한 대체방식으로 주목되어 왔으나 은막이 흰색이나 황색으로 변색하여 볼품이 손상되는 결점이 있었다.
三菱製紙는 은 성분을 추출하는 과정에서 사용하는 약품의 종류를 연구하는 등의 연구를 통해서 이 문제를 극복했다. 이 회사는 주력제품으로서 사진인화지를 만들고 있으며 빛에 반응시키기 위해 인화지의 표면에 바르는 은 성분을 제조하는 기술 등에 강점을 가지고 있다. (일경산업)

인듐 재이용 본격화
샤프는 액정 패널에 불가결한 희소금속(레어메탈)인 인듐의 재활용을 본격화한다. 三重공장(三重縣  多氣町)에 재활용 장치를 도입하는 이외에 텔레비전용 패널을 생산하는 龜山공장(三重縣 龜山市)에 시험장치 설치의 검토를 시작했다. 패널에 포함된 인듐의 59%를 추출하는 기술을 개발하여, 가격이 비등하는 인듐의 안정조절을 추진하고 있다.
인듐은 액정패널의 빛의 강약을 조정하는 투명전극재료로 사용한다. 아연의 부산물이기 때문에 생산량은 제한적인데 액정 패널에 사용하는 인듐의 약 40%는 폐기된다고 한다. 액정 텔레비전의 시장확대 등도 있어 인듐의 가격은 비등하다. 국제가격은 지난 3년간 10배 정도 상승했다.
샤프는 2005년 인듐의 재활용 기술을 개발, 액정 패널을 분쇄한 후 독자의 산 용액으로 부재료를 녹여서 인듐만을 채취하는 데 성공했다. 상온처리가 가능하며 인듐을 남김없이 채취할 수 있다.
휴대전화의 화면 등에 사용하는 중소형 액정 패널을 생산하는 三重공장에 재활용을 위한 양산장치를 도입했다. 중소형에 비해 인듐의 이용량이 훨씬 많은 텔레비전용 패널을 생산하는 龜山공장에도 재활용의 실험 장치를 설치했다. (일경산업)

산화아연으로 LED기판용 양산 결정 개발
東京電波는 LED(발광다이오드)의 기판 등에 응용이 기대되고 있는 신소재, 산화아연(ZnO)의 양산용 결정을 개발했다. 개발용으로 만든 1인이 웨이퍼용 결정보다도 스케일이 큰 3인치 웨이퍼용 결정으로 이 웨이퍼로부터는 종래의 약 1.5배인 약 2만 개의 LED기판을 얻을 수 있다. LED의 밝기를 4배로 할 수 있는 산화아연의 양산준비가 정비되었다고 한다. 개발한 것은 직경이 실질 4.9센티미터인 웨이퍼를 얻을 수 있는 사이즈의 산화아연 결정이다. 휴대전화 등에 사용할 사방 0.3밀리의 LED기판을 이론적으로는 약 2만 개 얻을 수 있다. 東京電波는 웨이퍼용을 잘라서 출하한다. 한 장의 웨이퍼에서 자를 수 있는 산화아연 기판의 수가 증가함으로써 교환 등의 수고가 줄어들어 양산이 가능하게 된다. LED메이커의 생산효율 향상에 기여할 것이다.
종래는 결정의 성장과정에서 성질이 잘 바뀌기 때문에 큰 결정을 마련하기가 어려웠다. 따라서 성장시킬 로(爐) 속의 최적의 온도와 압력을 찾아서 과제를 극복했다. LED는 현상에서는 사파이어 기판이 주류이지만 밝기가 4배가 되는 산화아연기판의 보급에 기준에 세워진 것이 된다.
큰 결정에서는 질이 좋은 부분을 선택하여 ‘종자’용 결정을 잘라낼 수 있기 때문에 앞으로의 양산용 결정 그 자체의 양산에도 기준이 섰다. 양산용의 큰 결정을 성장시키기 위해서는 그 종자가 되는 양질의 결정이 불가결했다.
東京電波는 현재 수정부품을 전문으로 제조하고 있다. 그러나 2009년을 목표로 수정사업의 2분의 1에 해당하는 50억 엔 정도의 매상을 산화아연 사업으로 확보하여 두 번째 주력사업으로 할 계획이다.
東京電波는 산화아연으로 해외 메이커 5개 사 정도를 포함하는 20개 사 정도와 상담을 진행하고 있다. 전기 메이커 이외에 의료기기 메이커 등으로부터도 문의가 있다. 2005년 후반부터 문의가 급격하게 늘어나기 시작했다고 한다.
산화아연의 연구개발에 있어서는 岩手縣과 ‘ZnO프로젝트’를 수립, 현으로부터 보조금을 받으면서 진행하고 있다. 岩手縣은 현 내 기업과도 산화아연의 응용연구를 추진하고 있다. (일경산업)

고무와 같은 철계 형상기업합금 개발, 10~13% 신축(伸縮)
東北대학대학원공학연구과의 石田淸仁 교수, 貝沼亮介 조교수, 田中優樹 대학원생 등 연구팀은 고무처럼 10~14% 신축하는 철계 형상기억합금을 개발했다. 철을 주성분으로 하기 때문에 종래의 형상기억합금에 비해 제조 원가를 낮게 억제할 수 있다. 또한 강자성을 가지므로 정밀기계나 스포츠 레저 등의 용도뿐 아니라 자장구동스위치 등의 자장을 이용한 분야에 대한 응용도 기대할 수 있다. 이 연구팀은 철, 니켈, 코발트 합금에 여러 종류의 원소를 첨가, 적절한 가공열처리를 함으로써 결정립 등의 미크로 조직을 제어했다. 이로써 열간(熱間)에서의 압연이 가능하며 실온(냉간, 冷間)에서도 10~13%의 초탄성을 보이는 성질을 얻는 데 성공했다. 앞으로는 기업과의 공동연구에 의한 조기 실용화를 추진해 나갈 계획이다.
형상기억합금은 재료를 변형하고 그것을 가열하면 원래의 모양을 돌아가는 형상기억 효과 이외에 초탄성이라고 하는 고무처럼 신축하는 기능을 가진 합금이 있다. 현재는 재료 특성이 우수한 니켈과 티탄 합금(니치놀)이 주로 사용되고 있는데 냉간가공성이 불충분하거나 소재와 제조원가가 비싸다는 점에서 적용분야가 한정적이었다. (NK)

전자스핀의 나선 배열 직접관찰로 자기결함 발견
과학기술진흥기구(JST)의 十倉스핀초구조프로젝트(총괄책임자 = 十倉好紀 東京大學 교수)는 희토류 금속 등에서 보이는 전자스핀의 나선 배열의 직접 관측에 최초로 성공했다. 지금까지 중성자 회절 등으로 간접적으로만 관측할 수 있었는데, 로렌츠 전자 현미경을 사용하여 직접 관측할 수 있었다. 이로써 이론적으로도 예상할 수 없었던 나선자성체 특유의 결함도 발견하였고 동시에 그 자기결함의 제어도 실현했다. 새로운 스핀디바이스로 이어질 것이라고 한다. 이 연구는 물질·재료연구기구와 산업기술총합연구소, 東京大學과의 공동연구로 이뤄졌다.
자연계에는 결정의 원자층면마다 스핀의 방향이 조금씩 회전하는 나선 자성체가 많이 존재한다. 이번에 철·코발트·실리콘 합금의 단결정 시료를 자성체 속 자장의 극성과 강도를 측정할 수 있는 로렌츠 전자현미경으로 관찰했다.
그 결과 전자스핀의 나선 주기는 90나노미터로 지금까지의 중성자선 회절 결과와 일치하고 있어, 직접관찰을 뒷받침했다. 또 외부자장을 가하면서 스핀 나선의 배열이 변화하는 모습도 직접 관찰할 수 있었다. 이 관찰에 의해 지금까지 이론적으로도 예상하지 못했던 나노 영역에서의 결함인 스핀 배열의 혼란을 두종류 발견했다. 하나는 규칙적으로 나선배열이 늘어서는 영역 사이의 혼란인 나선 자기 도메인 경계, 또 하나는 전위결함, 외부자장을 가하면서 이들 결함이 움직이는 모습과 새로운 발생을 볼 수 있었다.
이로써 나선 자성체에 있어 자기적 결함의 종류와 역할이 판명되었으며 앞으로 결함공학 방법과 자기적 결함구조를 제어함으로써 새로운 스핀 디바이스로 이어질 것이라고 한다. (NK)

화학반응으로 유기단결정 디바이스 제작방법 개발
理化學硏究所의 加藤剿三 주임연구원 등 연구팀은 실리콘 기판 위에서 화학반응과 전기화학반응을 실시하여 유기단결정 디바이스를 제작하는 방법을 개발했다. 결정성이 저하한다는 문제가 없기 때문에 실용성이 높은 유기 디바이스의 제조방법이 될 가능성이 높다. 또 미소단결정의 전도성을 광조사에 의해 변화시켜서 전자소자의 기본이 되는 정류작용(다이오드)의 발현에도 성공했다.
전자재료에 유기물질을 활용하는 시도가 활발하게 이루어지고 있고, 특히 트랜지스터는 프렉시블한 기판 위에 전자회로를 제작하는 유기 트랜지스터의 개발이 진행되고 있다. 그러나 유기소자에는 중성유기분자가 사용되는데 통상의 용액도포(인쇄)에서는 유기소자 재료의 결정성이 저하하여 성능이 떨어진다는 문제가 있었다. 연구팀은 화학반응 또는 전기화학반응을 이용하여 유기분자의 단결정을 성장시키고 전극에 은 또는 구리를 사용했을 경우에 얻을 수 있는 분자성 도체와 유기분자의 전기적 성질의 측정을 실시했다. 그 결과 은의 미소단결정(두께 5마이크로미터, 길이  50마이크로미터)의 반에 백색 램프를 사용하여 가시광을 조사한 결과, 조정작용을 보이는 소자가 만들어진다는 것을 확인했다. 또 나노사이즈의 구리 결정에 4개의 전극을 달아 전도도를 측정한 결과, 두께 100나노미터의 나노결정의 경우는 밀리미터의 결정에서 볼 수 있는 금속 - 절연체 전도가 소멸한다는 것을 발표했다. 결정성장의 과정에서 결정과 기판이 밀착하여 기판에 게이트 전압을 가해두면 샘플에 대해서 게이트 전압을 가할 수 있고 다이오드나 센서만이 아니라 전계 효과 트랜지스터를 제작하게 될 가능성이 있다는 것을 밝혀냈다. (NK)

초강도 나노재료 개발
Massachusetts 기술 연구소(MIT)의 연구진은 진흙 나노입자를 첨가하여 생체 분야에 사용되는 연성 폴리우레탄(elastic polyurethane)의 특성을 크게 개선했다고 발표하였다. 연성 폴리우레탄은 보통 두가지 종류의 폴리머를 사용하여 만들어지는데, 하나는 단단한 결정 폴리머이고 다른 것은 부드럽고 헝클어진 형태의 폴리머가 그것이다. 연구진은 얇고 평평한, 나노크기의 진흙 판을 사용하여 단단한 구조를 강화시키는 방법을 개발해냈다. 진흙 나노입자들은 단단한 폴리머들을 연결시켜 부드러운 폴리머 속에서 연속적인 네트워크를 형성시킨다.
그 결과 단단함과 신축성이 있는 재료가 생성되었다. 기계 공학 교수인 Gareth McKinley에 따르면 재료는 일반 재료보다 23배 강하지만 여전히 “깔끔하고 신축성이 있다”고 말했다.
이 새로운 재료는 단단하기 때문에 이를 변형시키기 위해서는 상당한 에너지가 요구된다. 그러나 재료가 변형된다고 해도 부서지지 않는다. 대신 늘일 때에는 더 많은 에너지를 흡수한다. 나노-강화 물질은 그렇지 않은 재료보다 4배 만큼 많은 에너지를 흡수하게 된다. 강도가 높다는 것은 재료를 적게 사용할 수 있다는 것을 의미한다-약 75% 절감. 찢어짐에 강한 이 재료를 얇게 만들면 패키징에 사용될 수 있을 정도로 충분히 유연하게 될 것이다. 또한 이 재료는 찢어짐에 강한 천에 섬유 형태로 늘려 사용될 수 있다.
그 뿐만 아니라 진흙 입자는 폴리머의 고온 강도를 크게 향상시켜준다. 기존 폴리우레탄은 100℃ 근방에서 연화되기 시작하여 그 강도를 잃어 쉽게 부서진다. 그러나 새로운 재료는 200℃까지 가열하여도 문제가 없어 자동차의 후드와 같은 용도로 사용될 수 있다. 진흙 나노입자를 효과적으로 분산시키기 위해 연구팀은 두 가지 용매를 사용한 시스템을 개발하였다. 첫 번째 용매는 진흙 나노입자들은 분산시키고 또 다른 하나는 폴리머를 용해시킨다. 이 두 용매는 떠다니는 나노입자들은 균일하게 분산될 때까지 혼합된다.
폴리머를 용해하는 용매가 증발하면 진흙 나노입자들을 잡아두고 있는 폴리머 네트워크를 남기게 된다. 이 방법은 화학적으로 나노입자들을 교체하지 않기 때문에, 입자들은 폴리우레탄 내에서 단단한 물체에 화학적인 친화력을 유지하고 있게 되고, 이는 폴리우레탄에 부착되고 구조의 부드러운 부분에는 부착되지 않게 된다. (ACB)

칩 향상을 위한 이종 나노-CMOS 개발
미국 캘리포니아주에 위치한 HP 연구소는 현재 생산되고 있는 칩에 비해 8배 집적도를 향상시키면서 같은 계산을 하는데 에너지를 보다 덜 소모하는 전계 프로그램 게이트 어레이(field programmable gate array, FPGA) 개발을 위한 연구를 수행하였다. 이 기술은 HPGA 기술의 일종인 HP 구조 연구자가 명명한 FPNI(field programmable nanowire interconnect)라고 불리는 기존 CMOS 위에 층 형태로 형성되는 나노크기의 크로스바 스위치 구조가 필요하다.
이 연구는 뉴욕에 위치한 Stony Brook 대학의 Dmitri Strukov와 Konstrantin Kikharev의 CMOS 크로스바 연결을 위한 해결책에서 컨셉을 도입한 것이다.
FPNI 접근법에서 모든 로직 동작은 CMOS에서 수행되고, 회로에서 대부분의 신호 라우팅은 트랜지스터 위에 올려져있는 크로스바에서 처리가 된다. 기존 FPGA는 신호 라우팅을 위해 CMOS의 80~90%를 사용했기 때문에 FPNI 회로가 훨씬 효율적이라고 할 수 있으며, 실제 로직을 수행하는데 사용되는 트렌지스터의 밀도는 훨씬 높고 신호 라우팅에 사용되는 전력은 감소되게 된다.
이 새로운 칩은 오늘날 사용되고 있는 것과 같은 크기의 트랜지스터를 사용하여 구성될 수 있으며, 아주 일부만 수정하며 현재 제조 라인을 그대로 사용할 수 있다는 장점이 있다.
본 연구는 고전적 모델링과 시뮬레이션 기술을 사용하였지만 HP는 실제 칩을 제조하는 연구를 수행중이며 올해 안에 프로토타입을 완성할 수 있을 것으로 예상되고 있다. (ACB)

제올라이트 연구
휘발유, 세제, 콘크리트 등의 제품에 사용되어온 제올라이트(zeolite)는 매우 규칙적인 채널 구조와 기공 구조를 가지고 있어 몇몇 분자들이 통과하여 원치 않은 분자들은 차단하거나 파괴시킬 수 있는 무기 다공성 재료이다.
천연적으로 제올라이트는 화산암으로 구성되어 있지만 산업적으로는 수년 전부터 합성되어 오고 있다. 산업적으로 제올라이트는 겔(gel)로부터 형성되어 촉매가 되고 구조를 형성하는 온도가 될 때에만 다공성 고체가 된다.
만약 유기 기반 물질이 반응에 첨가되면 새로운 구조가 형성될 수 있다. 공정에 대한 전반적인 이해를 위해 네덜란드와 영국, 유럽 싱크로트론 방사 시설(ESRF)의 연구팀은 유기 기분 물질과 제올라이트의 반응을 실시간으로 관찰하였다.
원래 사용되는 겔에 아연을 첨가했는데 이는 아연이 저온에서 제올라이트의 형성을 촉진시키기 때문이다. 연구팀은 이 원소가 제올라이트와 결정화 과정에 영향을 준다는 것을 알아냈다. 그 결과 제올라이트의 분자 조직화가 결정화 전에 일어난다는 것을 알 수 있었다.
시간이 오래 걸린 실험을 통해 ESRF는 특수 설정을 놓고 세 가지 다른 기술(X-ray 흡수 분광 분석, 작은-, 넓은 각도 회절)을 조합하였다. 연구팀은 이들 결과와 Raman 분석을 통해 얻은 데이터를 첨가해 복합적인 분석을 시행하였다.
“우리는 결정화 과정의 각 측면을 세계 최초로 관찰하였습니다.” Utrecht 대학의 연구원인 Andrew Beale이 말했다. 새로운 결과는 산업적인 제올라이트 생산에 직접적인 영향을 주지는 않을 것이다. 그러나 연구팀은 이 물질의 연구 분야에 새로운 비전을 제시했다고 평가할 수 있다. (ACB)

활성탄 새로운 용도 확대, 효율적으로 질소를 분리
구멍의 크기 제어하여 실현
탈취제와 정수기 카트리지 재료로 친숙한 활성탄. ‘로테크 소재’로 보일 수 있으나, 전기 2중층 캐퍼시터의 재료 등 폭넓은 분야에서 고부가가치 상품의 개발이 진행 중이다. 시장이 확대될 것으로 보고 클라레케미컬(大阪市)이 일본 내외에서 공장을 신설 혹은 증설하고, 大阪가스가 武田藥品工業의 활성탄 자회사를 매수하는 등의 움직임도 나타나고 있다.
‘(활성탄에)좀 더 구멍을 작게 뚫을 수는 없을까.’ 瀨戶 內海가 눈앞에 펼쳐져 있는 클라레케미컬의 鶴海工場(岡山縣 備前市) 안에 있는 연구소에서는 연구원과 공장기술자가 공동으로 새로운 기술의 개발에 매달려 있다.
활성탄은 석탄이나 야자나무 껍질탄을 원료로 고온에서 가스와 반응시켜서 표면에 직경 1~2나노미터 정도의 미세한 구멍을 뚫은 ‘나노테크 소재’(港野尙武사장)이다. 이 극소한 구멍으로 기체나 액체 속의 제거하고 싶은 분자를 흡착한다.
구멍의 크기에 따라 흡착할 수 있는 분자의 종류와 양이 다르다. 따라서 구멍을 더욱 미세화하거나 일정한 크기와 형상으로 제어하는 기술의 개발이 중요하게 된다. 새로운 용도를 창출하는 열쇠가 되거나 하기 때문이다. 예를 들면 질소를 발생하는 가스 분리장치, 공기 속의 산소분자를 활성탄으로 뚫은 미세한 구멍으로 흡착하여 입경이 큰 질소분자와 분리하는 구조, 액체질소에는 필요한 봄베가 필요치 않아 이용이 확대된다.
질소분자 입자의 가장 긴 부분은 0.42나노미터이며 산소분자는 0.38나노이다. 이 중간 크기의 구멍이 많을수록 효율적으로 질소를 발생할 수 있다. 클라레케미컬은 구멍의 제어기술을 높여 최고 99.999% 순도의 질소를 발생할 수 있는 기술을 개발하여 무연 납땜을 사용하는 프린트 기판의 실장용으로 판매한다.
하이브리드 자동차의 전원에 대한 응용이 기대되는 전기 2중층 캐퍼시터의 전극막에서도 활성탄의 활용연구가 진행되고 있다. 구멍을 작게 함으로써 표면적을 넓혀 충전량을 늘리는 것이 목적이다. 새 회사인 클라레와도 연대하여 새 기술의 개발을 추진한다.
鶴海工場은 2004년 말에 증강한 설비를 풀가동하고 있으며, 생산능력은 연 22,500톤이다. 2005년에는 중국에서 연 생산 천 톤의 공장을 가동하였고, 2006년 7월에는 필리핀에 있는 합병회사의 연간 생산능력을 1만 톤에서 1만 3천 톤으로 늘린다. 새로운 수요를 개척하여 ‘10년 동안 매상고를 2배인 250억 엔으로 늘릴’(港野사장)계획이다.
큰 가스회사도 활성탄에 기대한다. 2005년 武田의 활성탄 자회사 5개 사를 매수하여 큰 가스 자회사인 大阪가스케미컬(大阪市)의 산하에 두었다. 중핵이 되는 日本엔바이로케미컬즈(JEC, 大阪市)는 공업용 분말, 입자상 활성탄에 강하다. 한편 大阪가스케미컬은 정수기 등 가정용 섬유상 활성탄을 갖고 있다.
앞으로는 연구기능도 집약하여 개발기능을 강화해 나간다. ‘두 회사의 기술과 판로를 융합하여 사업을 확대’(大阪가스케미컬 기획부의 小豆畑利部 부장)하여, 활성탄의 매상고를 10년도까지 1.5배인 2억 엔으로 늘릴 것이다.
활성탄의 세계시장은 연 3~5% 늘어난다. 日本無機藥品協會에 따르면 2004년도의 활성탄(분말과 입상·분쇄 합계)의 출하량은 11만 2,400톤으로 전년도 대비 4.5% 늘었다. 하지만 중국에서 들여오는 저가품이 급증, 부가가치가 높은 제품의 개발이 급선무이다.
원료의 안정적인 확보도 과제이다. 야자나무 껍질은 필리핀 등의 업자를 통해서 조달하고 있어 가격변동이 심하다.”2005년도에는 인도양 쓰나미의 영향 등도 있어 그 이전 해의 배로 뛰어올랐다”(클라레케미컬). 앞으로는 원료조달의 구조조정도 불가결하다. (일경산업)