자동차 부품용 초고강도의 봉강(棒鋼) 개발
JFE스틸은 자동차의 크랭크샤프트 등 동력전달부품에 사용할 초고강도의 봉강을 개발했다. 철의 결정조직을 종래 제품의 약 10분의 1로 미세화함으로써 일정 방향으로 몇 번이나 힘을 가했을 때의 내구력 ‘피로강도’를 15~30% 높였다. 부품의 소형화·경량화의 효과도 있어 자동차 1대 당 중량을 약 45킬로그램 줄일 수 있다고 한다. 자동차부품 메이커를 중심으로 판매한다.
‘Fineγ(감마)’는 결정의 입경이 2~3마이크로미터로 작다. 철강재의 성분조정을 종래의 상식과는 다른 패턴으로(회사 관계자)한 이외에 강도를 높이는 열처리의 조건을 변경해서 미세화를 실현했다. 입경이 작아졌는지를 가시화할 수 있는 검사기술도 도입했다. JFE스틸은 철강재를 고객에게 판매함과 동시에 열처리의 노하우를 제안한다. 철강재의 피로강도는 단단함에 비례하여 향상하는데, 일정 수준을 넘으면 결정의 파괴가 일어나 강도가 높아지지 않게 된다. 파괴의 방지에는 결정의 미세화가 유효하다는 것이 알려져 있었지만 안정적으로 양산하기가 어려웠다. (일경산업)
프레스로 가열 시 녹 방지하는 코팅제 발매
協和發酵의 화학품 자회사, 協和發酵케미컬(東京 . 中央)은 자동차 강판용 코팅제 사업에 참여하고 있다. 독일의 벤처회사인 나노X(자르랜드주, 사장 스테판 세플)와 제휴하여 나노X제 강판의 녹을 방지하는 코팅제 등의 수입판매를 시작했다. 판매대상지역은 일본을 포함하는 아시아로 2008년도에는 20억 엔의 매상을 목표로 한다.
協和發酵케미컬은 우선 코팅제를 강판 메이커나 프레스 가공메이커용으로 판매한다. 유럽과 미국에서는 슬림화하는 자동차용 강판의 강도를 높이기 위해 프레스 전에 고온에서 강판을 가열하는 ‘열간(熱間)프레스’라고 하는 가공법이 보급되어 있다. 일본에서도 열간 프레스에 의한 가공이 서서히 침투되고 있다.
열간 프레스의 경우 가열 시에 강판의 표면에 스케일이라고 하는 녹이 발생한다. 이것 때문에 종래는 ‘쇼트’라는 공정으로 표면의 녹을 물의 압력을 이용하여 날려버리거나, 가열 전에 도금 처리하여 녹의 발생을 방지해왔다. 코팅제를 사용하면 녹을 제거하거나 도금하는 공정을 생략할 수 있다고 한다.
프레스 가공기의 금형에 녹이 생기지 않아 관리, 유지를 쉽게 할 수 있다는 것도 이점이다. 상품의 주요한 성분에 대해서 나노X는 공개하지 않고 있지만, 어떤 수지에 실리카 등을 첨가한 것이라고 한다. 協和發酵케미컬은 녹방지용 코팅제 이외에 지문부착방지나 할퀸 상처 등 흠집방지기능을 가진 코팅제 등도 연이어서 판매할 계획이다. (일경산업)
자외선을 조사하면 변색하는 금속 개발
금속가공의 메탈테크(東京·墨田, 사장 木野保幸)는 자외선을 쏘이면 녹색이나 청색으로 변화하는 금속재료를 개발했다. 자동차 부품 등의 부분에 도입하면 순정품인지 아닌지 등의 판별에 이용할 수 있다. 자동차 부품 메이커 등이 판매, 조기의 실용화를 목적으로 한다. 개발한 금속재료는 희토류로 분류되는 복수 종류의 금속을 함께 섞어서 만들었다. 파장이 475나노미터인 자외선을 쏘면 청색이나 녹색, 적색으로 변한다. 금속부품의 일부분에 도입하거나 첨가하거나 하면 위조품인지 아닌지의 판별을 간단하게 할 수 있게 된다고 한다. 자동차 부품은 각인이나 바코드로 위조품인지 아닌지를 판별하고 있다. 새로 개발한 금속재료는 평상시에는 금속부품과 일체화되어 있어 어느 부품에 섞여 있는지 혹은 첨가되어 있는지를 알 수 없다. 따라서 각인 등에 비해 위조를 방지하기 쉬울 것으로 보고 있다.
금속부품의 종류에 따라 다르지만, 1개 당 몇 엔이면 도입할 수 있다고 한다. 위조품의 판별에서는 IC태그를 이용하는 방법도 생각할 수 있는데 1개당 10엔 정도라고 한다. 원가 면에서도 충분히 경쟁력이 있다고 보고 있다. (일경산업)
UCLA 연구진의 초경재료 설계
‘더 이상 압축할 수 없는’이란 것은 형태의 변형이 더 이상 일어나지 않는 것을 의미한다. 이러한 ‘더 이상 압축할 수 없는’ 초경재료를 만드는 방법은 두 가지가 있다. 하나는 다이아몬드와 비슷하게 만드는 것이고 또 다른 하나는 이미 압축할 수 없는 물질을 찾아서 그것들을 더욱 단단하게 만드는 것이다.
로스앤젤레스에 있는 캘리포니아 대학의 연구자들은 가능성 높은 접근 방법을 공개하였다. UCLA에 있는 캘리포니아 나노 시스템 협회의 Richard B. Kaner는 “우리의 아이디어는 압축할 수 없는 물질을 더욱 단단하게 만들기 위하여 짧은 공유 결합으로 결합시키는 것이다”라고 말하였다. 2005년 Kaner팀은 압축할 수 없는 금속으로 알려진 것 중 상대적으로 약한 원소인 오스뮴을 다이아몬드와 같이 거의 압축할 수 없을 정도의 물질로 만들기 위하여 작은 공유 결합 형태의 원자들로 결합하였다. 다이아몬드는 매우 강한 물질로 사파이어에 흠집을 낼 수 있다.
Kaner는 “우리는 붕소와 오스뮴을 결합시켜서 원래의 오스뮴 원자들의 위치에서 오스뮴 원자들을 약 10%정도 벗어나게 할 수 있다는 것을 발견하였다. 하지만 우리는 원자들의 위치 변화를 가능한 아주 작게 유지하기를 원하였다. 그 후 우리는 더욱 좋은 성과를 얻기 위하여 전이금속을 관찰하였으며 우리가 가능성을 가지고 연구할 수 있는 유일한 금속이 레늄이라는 것을 알게 되었다. 그러므로 우리는 레늄 디보라이드를 만들었다”고 말한다.
“우리는 레늄을 단지 5% 떨어진 짧은 공유 결합으로 형성하여 이것을 더 이상 압축할 수 없을 정도로 매우 단단하게 만들었다. 레늄 디보라이드는 한 방향으로는 다이아몬드와 같이 더 이상 압축할 수 없을 정도로 단단하지만 다른 방향으로는 아주 약간 압축할 수 있는 여지가 남아 있다.” 하지만 다이아몬드와 입방 보론 질화물을 포함한 다른 초경재료들은 매우 비쌀 뿐 아니라 고압의 조건에서 만들어야 한다는 단점이 있다. Kaner는 “우리는 가압 없이 아주 간단한 프로세스에서 물질을 만들 수 있는 장점이 있다”고 말한다. 이 연구는 미국국립과학재단(NSF)이 후원한다. (ACB)
나노튜브 속에 열에 약한 유기분자 넣는 방법 개발
産業技術總合硏究所의 柳和宏 연구원 등은 카본나노튜브(통상탄소분자)의 속에 고온이나 자외선에 약한 유기분자를 넣는 방법을 개발했다. 초고속 광 스위치 등 차세대 소자에 사용할 유기분자의 성능열화를 방지함으로써 장기간에 걸친 소자의 안정동작에 도움이 될 가능성이 있다. 실험에서는 β(베타)카로틴이라고 하는 유기분자를 양끝이 열린 단층의 나노튜브와 함께 유기용매에 넣었다. 섭씨 70도에서 약 10시간 놓아두자, β카로틴과 나노튜브가 자연스럽게 서로 끌어당겨 튜브 속으로 β카로틴이 들어갔다. 나노튜브 안에 β카로틴이 들어가 있는 충전율은 약 30%였다.
토마토에서 얻을 수 있는 리코핀이나 게에 포함된 아스타키산틴이라고 하는 유기분자도 나노튜브에 넣는 데 성공했다.
연구팀은 소자에 대한 전개 이외에 나노튜브가 가진 우수한 열적, 전기적 특성을 갖춘 잉크 재료로서도 이용할 수 있지 않을까 기대하고 있다. 섭씨 100도를 넘는 고온으로 가열하여 고형물을 분자로 증발시켜 나노튜브에 넣는 종래 방법은 열로 분해하는 큰 유기분자에는 응용할 수 없었다. (일경산업)
나노튜브 고성능 수지 안에 분산, 광소자에 대한 응용 기대
産業技術總合硏究所는 내여·내구성이 우수한 폴리이미드 수지 속에 카본나노튜브(통산 탄소분자)를 균일하게 분산시킨 새 소재를 개발했다. 고성능 수지 메이커인 피아이技術硏究所(橫浜市, 사장 早川博)와 공동 연구한 성과로서 나노튜브의 광학특성을 살린 차세대의 광소자에 대한 응용을 기대할 수 있다. 시작한 것은 두께 수십 마이크로미터의 박막으로 피아이技硏이 개발한 수지 ‘블록 공중합 폴리이미드’ 속에 나노튜브를 균일하게 분산시켰다. 초음파를 조사하여 나노튜브를 분산시킨 유기 용매와 이 폴리이미드를 녹인 유기용매를 섞어서 기판 등에 발라 유기용매를 증발시켜서 만든다. 나노튜브는 수지 안에서는 쉽게 덩어리가 되지만 새 재료의 경우는 0.5마이크로미터를 넘을만한 덩어리는 없어 빛이 산란하지 않고 투과한다. 광화이버를 사용하는 타입의 레이저 장치에 도입한 결과, 165펨트초라는 상당히 단시간의 레이저광 펄스를 발진할 수 있어, 광학소자 재료로서 우수한 특성을 갖는다는 것을 확인했다. 단면이 사방 약 10마이크로미터, 길이 약 7밀리미터의 빛이 지나는 길도 시작, 빛의 강도에 따라서 투과율이 크게 달라지는 ‘비선형 광도파로’라는 소자에 대한 전개도 유망하다는 것을 알았다. (일경산업)
반도체 웨이퍼에 단일 나노와이어 위치 제어
나노와이어와 나노튜브는 미래의 나노크기 전자공학을 위한 필수 요소로서 심도 있게 연구가 진행되고 있다. 그러나 우리가 원하는 곳에 단지 소수 원자 지름 크기인 와이어를 위치시키는 방법과 같은 몇몇 원리는 아직 밝혀지지 않았다. 매릴랜드 주 게어더스버그(Gaithersburg)에 있는 미국표준기술연구소(NIST) 연구진은 반도체 웨이퍼에 각각의 나노와이어들을 정확하게 위치시키고 조작할 수 있는 시스템을 개발하였다.
현재 가장 작은 지름의 나노와이어는 화학기상증착법과 같은 화학 증착 공정을 통하여 원자 단위로 정렬되는 ‘상향식’으로 성장한다. 이것은 다양한 길이와 지름을 가지는 난잡한 나노와이어 더미를 이룬다. 미국표준기술연구소 전자공학 엔지니어인 Curt Richter는 “일반적인 연구에 접근하는 방법은 시험 표면에 모든 것을 분사하고 상태가 좋은 와이어가 원하는 위치에서 발견될 때까지 조사하고 와이어에 전기적으로 접촉하기 위하여 리소그래피를 사용하는 것이다”라고 설명한다. 와이어를 더욱 쉽게 조작하기 위하여 미국표준기술연구소는 마이크로전자공학 회로에서 각각의 성분을 테스트하는 데 사용하는 표준 프로브 스테이션을 개조하였다. 이 스테이션은 고해상도의 광학 현미경과 팁의 지름이 100nm이하로 제작된 한 쌍의 티타늄 프로브 아래에 정확하게 위치하고 있는 작업 테이블 시스템을 포함하고 있다.
두 단계 공정에서 물방울에 있는 실리콘 나노와이어는 아주 작은 포스트의 그리드로 패턴 된 건조한 웨이퍼에 증착된다. 포스트의 맨 위에서 정전기 때문에 증착되지 않고 있는 나노와이어들은 두 개의 프로브 팁에 의하여 선별된다. 시험 구조 웨이퍼는 프로브 아래에 위치하고 있다. 프로브 팁이나 웨이퍼의 이동에 의하여 나노와이어의 위치가 정해지면 원하는 위치에서 웨이퍼에 나노와이어가 증착된다. 비록 대량생산은 할 수 없지만, 이 기술은 조절을 자유롭게 할 수 있기 때문에 연구자들은 단일 나노와이어들을 그들이 원하는 곳에 증착시킬 수 있고, 시험 나노와이어의 특성을 위하여 정교한 구조를 만들 수 있다. 연구자들은 이 기술을 증명하기 위하여 접촉 저항과 관계없이 나노와이어의 저항을 측정하기 위하여 다중 전기 접촉 시험 구조를 형성하고 나노와이어의 가요성을 측정하기 위하여 간단한 전기 기계 ‘스위치’를 형성하였다. 연구자들은 지름이 60nm보다 큰 나노와이어에 이 기술을 성공적으로 접목시켰으며, 날카로운 프로브 팁과 고해상도의 현미경으로 더욱 작은 크기의 나노와이어도 가능할 것이다. (ACB)
나노튜브 제조시간 100분의 1로, 촉매의 최적량 간단 산출
東京大學은 카본나노튜브(통상탄소분자)제조에 필요한 촉매의 양을 간단하게 산출할 수 있는 새로운 방법을 개발했다. 2종류의 촉매금속을 경사 상태로 적층한 특수한 기판을 사용한다. 촉매의 최적의 양을 알려면 지금까지 실험으로 시행착오를 해왔으나 이러한 수고가 줄어들어 나노튜브의 제조시간을 100분의 1로 단축할 수 있어 저가화로 이어진다고 한다. 사방 2센티미터, 두께 0.5밀리미터의 실리콘 기판 위에 한쪽 끝에 폭 2밀리미터의 틈새를 둔 금속판을 약 4밀리미터 간격을 두고 씌운다. 금속판 위에서 촉매의 하나인 몰리브덴에 전압을 가해 원자를 날린다. 틈새로 원자가 들어가 경사상태의 두께가 생긴다. 다음으로 금속판을 90도 회전하여 몰리브덴과 같은 요령으로 또 하나의 촉매인 코발트의 경사층을 만든다. 기판의 위치마다 몰리브덴과 코발트의 적층량은 컴퓨터 시뮬레이션과 실험으로 미리 파악할 수 있다. 적층량은 전압과 시간에 의해 바꿀 수 있다.
카본나노튜브 제조장치 안에 생성된 기판을 넣고 섭씨 800도로 가열한 후, 에탄올 가스를 넣으면 가스가 금속촉매와 반응하여 기판 위에 나노튜브가 생긴다. 어느 장소에 나노튜브가 가장 잘 생겼는가 하는 것을 조사하면 최적의 촉매 비율을 알 수 있다. 지금까지 촉매 조건을 조사하려면 일일이 금속량을 바꾼 기판을 사용하여 나노튜브를 합성하는 실험을 반복해 왔다. 이번에 개발한 방법의 기판이라면 한 번의 실험으로 끝난다. 나노테크놀로지(초미세기술) 소재를 대표하는 카본나노튜브는 전기전도성이 우수한 등의 특성이 있어 반도체 소자 등에 대한 응용이 기대되고 있다. 단, 현재의 기술로는 싼값에 양산하기가 어렵다. (일경산업)
광통신용 플라스틱에 나노튜브 분산
東北大學의 中澤正隆 교수와 戒能俊邦 교수 등은 광통신용 플라스틱의 안에 카본나노튜브(통상탄소분자)를 균일하게 분산시킨 새 재료를 개발했다. 나노튜브의 광학특성을 살린 초고속 광스위치 등에 대한 응용을 기대할 수 있는 성과라고 한다.
광화이버의 재료로서 사용되는 투명성 플라스틱의 폴리스틸렌과 폴리메탈크릴산케틸 안에 분산시켰다. 나노튜브를 클로로벤젠 등의 용매에 분산시켜 폴리스틸렌 등을 넣으면 폴리스틸렌 등도 용매에 녹아 나노튜브가 일정하게 분산되었다.
시작한 것은 두께 1밀리미터인 판상의 재료이다. 수 십 마이크로미터인 종래의 나노튜브 분산수지와 비교해 대폭 두꺼워져서 다루기 용이해, 광학소자에 대한 가공이 간단해진다고 한다.
새 재료를 레이저 장치에 도입한 결과, 171펨트초라는 상당히 짧은 레이저광 펄스를 발생할 수 있었다. 광학소자 재료로서 우수한 특성을 갖는다는 것을 확인했다. (일경산업)
관찰하면서 나노 가공 가능한 새 시스템 개발
産業技術總合硏究所와 富山大學은 전자현미경으로 직접 관찰하면서 100나노미터 이하의 미세한 절삭가공이 가능한 시스템을 개발했다. 가공정도를 향상하는 데 도움이 되어, 나노사이즈의 금형가공이나 반도체의 원판 수정 등에 응용할 수 있다. 원자간력현미경이라는 장치에 다이아몬드의 날을 부착하여 공구로 하고, 주사형전자현미경으로 관찰하면서 가공할 수 있도록 했다.
이 장치로 단결정 실리콘의 표면에 깊이 20나노미터의 홈을 파는 모습 등을 관찰했다. 절삭공구에는 끝부분의 반경이 30나노미터 정도인 피라미드상의 다이아몬드의 날을 부착했다. 지금까지 끝이 뾰족한 다이아몬드의 미세한 날을 만들기는 어려웠다. 수 십 나노미터 레벨의 가공에는 전자빔 등을 사용하는 일이 많은데, 미세하게 될수록 제어가 어려워진다. 기계적인 가공은 날을 작게 하면 보다 미세한 가공에 대응하기 쉬워진다고 한다. (일경산업)
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https://www.cerazine.net
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