나노테크놀로지의 새로운 진보
나노테크놀로지 부문에서 새로운 발견이 실현되었다. 프로젝트는 벨기에 리에쥬 대학의 Philippe Ghosez 교수를 선두로 한 이론연구 그룹과 스위스 제네바 대학의 Jean-Marc Triscone 교수를 중심으로 한 실험연구 그룹의 협력으로 수행되었다. 유럽 연구원들은 전이금속산화물(transition metal oxides)로 이루어진 초 격자(superlattice) 구조의 재료를 만들어냈다. 전망이 밝은 이 새로운 인공화합물은 전자공학 부문의 재료 개발에 혁명적인 길을 열어줄 것으로 기대된다.
전이금속산화물은 비교적 새롭고 아주 활력적인 과학 분야이다. 1986년에 액체질소의 비등점(77K, 혹은 섭씨 -196도)보다 높은, 비교적 높은 온도의 초 전도체(supra
conductors)의 발견에 노벨상이 수여되면서, 이에 대한 관심이 집중되게 되었다. 전이금속산화물은 초전도성 이외에도 절연체와 반도체의 특성을 가지며, 쉽게 여러 장치에 통합될 수 있다.
연구그룹은 두 종류의 산화물(PbTiO3와 SrTiO3)이 교차된 원자 두께의 다층 구조 (multilayer structure)를 가진 초 격자를 만들었다. 이러한 구조는 이들 기본재료의 성격과는 근본적으로 다른 특성을 나타낸다. 연구원들은 인공적으로 만들어진 층 구조와 층간의 계면에서 원자 차원에서 일어나는 상호작용으로 인하여 이러한 전혀 다른 특성이 나타나게 된다고 설명한다.
이 두 개의 산화물, PbTiO3과 SrTiO3은 이미 잘 알려진 재료이다. 벨기에 리에쥬에서 실현된 이론적 연구는 초격자에서 이들 재료의 결합이 두 개의 불안정한 타입들 간의 기대치 않은 연결을 초래하여 “적절치 않은 강 유전성(improper ferroelec
tricity)의 현상으로 이끌게 될 것”이라고 예견하다.
원래 강 유전성은 컴퓨터를 위한 비 휘발성(non-volatile) 기억장치, 마이크로 전기기계 장치(micro-electromechanical machines)나 적외선 감지기(infrared detectors) 등 수많은 부문에서 응용될 수 있다. 반면에, 적절치 않은 강 유전성은 자연 재료에 흔히 나타나지 않으며, 유용성을 갖기에는 그 효과가 너무 미미한 것으로 알려져 있다.
이론 연구를 보완하기 위한 실험연구가 제네바에서 수행되었는데, 초 격자의 적절치 못한 강 유전성이 실질적으로 확인되었다. 실험연구는 또한 온도가 아주 높으면서 동시에 온도에 무관한 유전체(dielectric)라는 새로운 예외적으로 유용한 특성을 입증해 주었다. 일반적으로 이 두 가지 특성은 함께 존재할 수가 없다. 그런데, 여기서는 최초로 한 재료 속에 결합되어 있다.
이러한 나노 재료는 즉각적인 응용을 이끌어 낼 수 있는 것 이외에도, 새로운 연구 분야로 활로를 열어 줄 것이며, 원자 차원에 대한 인터페이스 엔지니어링(interface engineering)이라는 새로운 개념에 기반한 참신한 기능성 재료(functional materials)를 만들 수 있는 가능성을 열어줄 것으로 기대된다. GTB

다이아몬드 계열-지르코니아(ZrO2), 제트엔진에 가장 적합한 재료
오하이오 주립 대학교(콜럼버스, 오하이오 주)의 엔지니어들은 제트엔진을 극심한 열로부터 보호하고, 더 뜨겁고 깨끗하게, 더욱 효율적으로 작동하게 할 수 있는 새로 개발된 이산화지르코늄(ZrO2) 코팅을 실험하고 있다.
연구팀의 수장은 오하이오 주립 대학교 재료공학부 교수이며, ACerS의 일원이자 Society’s 2007 Fulrath Award 수상자인 Nitin Padture가 맡았다.
Padture는, 높은 속도로 달릴 때, 공기 중의 모래와 어떤 미세한 입자가 비행기 가스 터빈 엔진에 막심한 피해가 될 수 있다고 한다. 미립자들이 극심한 고온에 의해 엔진 부분을 보호하는 세라믹 코팅을 침투하며 녹아 유리를 형성한다. 지난 수십 년 동안, 모조 다이아몬드 입방체의 지르코니아는 이러한 세라믹 코팅에 사용되어왔다. 이것이 가진 높은 절연성은 블레이드와 다른 제트 엔진 부분이 수천℉ 에 도달하는 온도에서 견디어내게 해준다. 
문제는 극심한 높은 온도에서 모래와 어떤 입자들이 세라믹 코팅된 부분으로 침투하여 용해된 유리로 변하는 것이다. 이 부분이 냉각되면 세라믹 코팅을 덮는 유연하지 않은 유리로 된다. 다시 금속 부분이 가열되면, 이 부분이 확장된다. 세라믹 코팅은 유리로 인해 고정되기 때문에 팽창할 수 없다. 이 때, 세라믹 코팅에 균열이 가고, 깨져 엔진 수명을 단축시키고, 엔진이 비효율적으로 동작하고 위험하기까지 하다. Padture와 그의 오하이오 주 팀에 의해 개발된 새로운 해결책으로 용해된 유리가 침투하지 못하도록 지르코니아의 조성을 바꿨다. Padture는 그의 연구는 지르코니아 코팅에 고용체로 알루미늄과 티타늄이 첨가되었다고 한다. 이 두 원소는 용해된 유리를 안정한 결정으로 바꿔주므로 세라믹 표면 아래가 불안정하지 않다.
Padture가 그의 지르코니아 연구를 시작한 코네티컷 대학은 이 새로운 코팅 제조법을 특허로 등록했다. 그 동안에 Padture는 나노 기술 연구소인 Inframat Corp.사(Farmington, 코네티컷 주)와 더 향상된 기술 개발을 위한 협력을 맺었다.
이 새로운 코팅을 사용한 비행기, 제트기와 산업용 터빈엔진은 곧 더욱 뜨거운 환경과 더욱 효율적인 연료 연소와 적은 오염으로 작동하게 될 것이다. ACB

뼈와 금속의 접합을 가능하게 하는 유리코팅
DOE의 로렌스 버클리 국가지정 연구소(버클리, 캘리포니아 주)의 연구원들은 미국 내의 백만 명 이상의 사람들은 뼈 이식 절차가 필요하고, 그 외에 전 세계를 통틀어 매년 500,000명의 환자가 정형외과 이식술을 받는다고 말한다.
버클리의 연구원들에 따르면 이식 재료의 대부분은 티타늄 기반 합금과 코발트와 크롬의 합금이지만, 이 금속들은 뼈와 접합하지 못한다. 국가 건강통계센터의 자료에 따르면 골반이식은 시술 후 15년이 지나면 망가지고, 5년에 한 번씩 손상된 이식물을 교체하기 위한 골반이식수술을 행한다.
버클리 연구원들은 그들이 금속 이식물을 유리로 코팅하는 기술이 이 문제를 해결할 것이라고 믿는다. 이 코팅은 금속과 뼈를 잘 붙여주는 생체적 활성 유리로, 유리 표면이 뼈의 주요한 무기(mineral) 구성물인 수산기인회석(hydroxyapatite)을 형성하는 능력을 갖는다.
새로운 코팅의 이점
연구팀의 공동팀장이고 재료공학자인 Antoni Tomsia는 장기간의 실험에서 새로운 코팅은 빠른 치유속도를 촉진하고 체액으로 부터 금속 이식물을 보호한다는 것을 볼 수 있었다. 이는 조직 주변에 금속 파편의 집중을 유발하는 마모와 부식을 감소시키고, 이식물의 사용 수명은 연장시켜 교체 수술이 필요할 가능성을 줄여줄 수 있다.
연구팀의 또 다른 팀장인 물리학자 Eduardo Saiz는 이 코팅은 실리콘 산화물을 20㎛~200㎛ 두께로 적용할 수 있다고 설명한다. 앞선 기술인, 금속 이식물의 표면에 칠해진 분말은 800℃~900℃ 온도에서 열처리 되어 용해된 유리를 만들어 이식물의 형상대로 균일하게 도포 되었다.
Saiz는 이러한 특성이 버클리 코팅이 표면에 뿌려지는 플라즈마 코팅보다 낫게 만들어 준 다고 생각한다. 그는 플라즈마 코팅을 사용하면 금속으로부터 파편이 떨어져 나와 이식물에 큰 파손을 주는 것으로 알려져 있다고 말한다.
Tomsia와 Saiz에 따르면, 다른 이점은 유리가 금속 합금의 열적 계수에 맞추어 조절하여 보통 세라믹 코팅에서의 균열의 원인이 되는 열적 스트레스를 제거하는 능력이라고 한다. 이 코팅은 또한 다양한 용도를 위한 다양한 속도로 용해되기 위해 계획되고 변화될 수 있다.
라이센싱에 대한 관심
연구원들은 버클리 연구소의 과제가 연구실의 발명품을 상업화하기 위해 산업체와 작업한다고 말한다. 그들의 다음 단계는 그들의 코팅 기술 라이센싱에 흥미를 갖는 산업파트너를 찾는 것이다. ACB

바이오 연료 제작에 필요한 에너지 절약형 나노체(Nanosieves)
네덜란드의 Twente 대학 연구진은 바이오 연료 제작에 필요한 에너지를 줄일 수 있는 새로운 형태의 막을 개발했다고 한다. 그들은 세라믹과 고분자 재료로 구성된 이 새로운 막이 요즘의 증류법을 대체할 높은 에너지 효율을 제공할 것이라고 믿는다.
연구원들은 그들의 새로운 막이 고분자 재료와 세라믹 재료가 가진 좋은 특성만으로 구성되어 있다고 한다. 이 혼성막(hybrid)은 아주 작은 분자들만 이것을 통과할 수 있도록 아주 작은 기공을 가진다. 이 점은 혼성막이 용매나 바이오 연료에서 물을 제거하는 분자체로서의 역할을 가능하게 한다. 연구원들에 따르면, 이 혼성막은 고온에 견디는 능력으로 수명이 늘어 다른 것에도 적용 할 수 있다고 한다. 그들은 이것을 18개월 동안 정밀한 실험과 150℃에서의 계속적인 노출로 증명했다.
현존하는 세라믹과 고분자 재료가 각각 같은 조건에서 실험되었을 때, 이 혼성막의 내구성에 둘 다 미치지 못하였다.
연구원들은 실리카로 만든 세라믹 막이 물과 증기와 반응하여 성능이 저하되는 것을 발견했다. 막의 세라믹 결합부분을 유기물로 대체함으로 물에 의한 손상으로부터 막을 보호할 수 있게 되었다.
또한 그들은 세라믹 막과는 다르게, 유기 결합이 혼성막을 유연하도록 하므로 크랙이 없어 제조가 쉽다는 것을 중명하였다.
네덜란드 연구팀은 새로운 막이 적용에 있어서 잠재적인 가능성을 제공한다고 얘기한다. 게다가 더욱더 효율적인 바이오 연료증류공정을 가능하게 하므로 전세계 시장에서 다른 목적으로 적용되는 용매와 바이오 연료를 건조시키기에 알맞다.
그들은 이것이 수소 가스를 가스 혼합물로부터 분리하는데 쓰일 것이고, 그 외의 넓은 영역에서 환경 파괴 없이 무한정 유지되는 에너지로의 적용을 예상한다. 이를 넘어서, 이 혼성막은 물에서 소금성분을 분리해내는 것에도 적합하다고 말한다. ACB

일본, 백열전구 사용 금지령 공표
일본이 백열전구 사용을 금지하기로 한 나라들 중 하나로 동참한다. 일본의 금지령은 2012년까지 유효하다. 가장 처음으로 백열전구 사용 금지령을 시행한 나라는 호주이다. 그 뒤로, 아일랜드, 캐나다, 미국이 동참하였다.
산업 분석가들은 이 금지령이 형광등과 휴대용 형광등, 조도가 증가하고 가격이 떨어진 LED를 기반으로 한 광원의 수요 증가를 발생시킬 것이라고 예측한다. ACB

더 밝은 LED로 가는 길을 밝히는 과학자들
과학자들은 LED가 백열등보다 몇 배나 더 높은 에너지 효율을 갖는지 오래전부터 알고 있었다. 하지만 이것의 구조와 재료는 빛의 흐름을 막는 경향이 있어, LED의 조도를 낮추고, 매일 가정에서 사용하기에는 부족하게 만든다.
그렇지만 위의 문제에도 해결책은 있다. 스코틀랜드의 Glasgow 대학의 연구원들은 그들이 에너지 효율의 손실 없이 LED를 더욱 밝게 만드는 방법을 찾았다고 설명한다.
Glasgow 연구원들은 LED가 방출하는 빛의 단계가 상승하도록 LED의 표면에 미세한 구멍을 만들기 위해 ‘나노 임프린트 리소그래피’라고 알려진 공정을 사용한다. 이미 LED에 구멍을 만드는 공정은 시간 소비가 크고 비용이 비싸다고 입증되었다. 그러나 이 연구의 수장인 Fraiz Rahman은 그의 연구팀이 이전의 방법에 비해 낮은 비용과 훨씬 높은 속도로 수백만 개의 LED에 구멍을 만드는 방법을 개발했다고 한다.
Rahman은 “이것은 이전의 전구 시대가 곧 끝날 것을 의미한다”고 덧붙였다.
Rahman은 시장을 확보하기 위해 Strathclyde의 스코틀랜드 대학 내 광양자 연구소, 영국의 Mesophotonics Ltd.사, 유럽의 샤프 연구소와 협력하고 있다. ACB

Owens Corning, 온실 가스 방출 절감
Owens Corning(Toledo, 오하이오 주)은 북미의 발포체 분리 시스템의 생산 라인에서 온실 가스 방출을 70% 감소할 수 있는 새로운 발포제 기술을 개발했다.
회사는 이미 발포체 분리 생산 공장에 새로운 발포제 기술을 적용한 설비를 하기 위한 전환을 시작하였다. 회사 관계자에 따르면, 그들은 2010년 전에 이제 처음 가동되는 오레곤 주의 Gresham에 있는 새로운 공장을 포함하여 모든 북미의 전환 공정이 완료될 것이라고 예상한다고 전했다. ACB

브라질의 Guarulhos,
모든 신호등을 LED로 교체
브라질 Sao Paolo 외곽의 Guarulhos시는 도시의 모든 백열 신호등을 LED 신호등으로 교체하였다. 그 결과, 신호등과 관련된 에너지의 사용이 약 90%정도 감소하여 연간 미화 240,000달러의 전기 요금을 절약하게 되었고 매년 약 558 브라질 가정에 공급할 수 있는 1340㎹의 에너지를 절약할 수 있게 되었다.
이 프로젝트는 2059개의 신호등에 있는 5000개 이상의 백열 광 전구를 Meng Engenharia Ltd의 브라질 회사에서 디자인한 주문제작 LED신호등으로 교체하는 것을 포함하고 있다.
미국 캘리포니아 San Jose에 있는 Philips Lumileds에서 개발한 원형의 주문제작 LED 전구는 Philips의 10W Luxeon I LED를 사용한다. 각각의 전구는 7개의 LED로 구성되어 있고 전력공급 장치가 내장되어 있으며, 기존 백열전구의 모양, 방상 지향성, 나사 모양과 같은 것들을 참조하여 만들어졌다.
기존의 LED 기술과는 달리, 이 주문제작 LED 전구는 완성된 LED와 광 렌즈, 컬러필터를 조립하기 위하여 각각 신호등의 덮개를 제거할 필요가 없으며 신호등에 있는 기존의 전구만 교체하면 된다. 이 교체 작업은 특별한 교육 없이 관련 분야 종사자는 쉽게 작업할 수 있게 설계되어 있다. 2000년에 통과된 법에 따라, 미화 750,000달러의 프로젝트의 비용을 전기 회사인 Bandeirante Energia S.A.로부터 투자받았다. 이 법은 브라질 전기 회사는 회사 전체 수입의 1%를 에너지 사용을 줄이기 위한 곳에 투자할 것을 명시하고 있다. Philips의 주문제작 LED 전구는 이와 같은 투자와 연구의 효율성을 통하여 개발되었다. Guarulhos시의  한 공무원은 일년간의 에너지 비용 절감을 통하여 절약된 돈으로 Bandeirante사의 투자와 미화 750,000$의 프로젝트 비용을 만회하였다고 말한다. (참조 www.phi
lislumileds.com). ACB

보잉, 세계 최초 유인 수소연료전지
비행기 시험비행 성공
보잉사는 세계에서 최초로 수소연료전지를 동력원으로 사용하는 유인 비행기를 실현함으로써 항공 역사의 새로운 장을 마련하였다. 수소를 원료로 사용하는 양자교환 막(PEM) 연료전지와 리튬이온배터리를 사용하는 동력시스템이 장착되어 있는 이 최초의 수소연료전지 유인 비행기는 지난 4월 스페인 상공에서 20분 동안 시험비행 하였다.
보잉사는 지난 2003년부터 오스트리아, 프랑스, 스페인, 영국, 미국 등지의 연구팀과 공동으로 ‘연료전지 항공기 연구개발 프로젝트’의 일환으로 유인 연료전지 비행기를 개발하여 왔다.
시험비행 중 조종사는 양자교환 막(PEM) 연료전지와 리튬이온배터리의 동력을 함께 활용하여 해발 1000mile까지 상승하였으며, 그 이후에는 양자교환 막(PEM) 연료전지의 힘만으로 고도를 유지하며 62mph의 속도로 순항하였다.
보잉사의 유럽연구기술센터(BR&TE) Francisco Escarti 사장은 역사적인 유인 연료전지 비행기의 성공적인 시험비행을 통하여 양자교환 막(PEM) 연료전지를 사용하는 무인 비행기(UAV)의 잠재성을 가능성을 강조하였다. 보잉사는 현재 유인 비행기의 개발을 통하여 축적된 자료를 바탕으로 군을 위한 무인 비행기를 개발하고 있다.
하지만 무인 비행기(UAV) 분야에서는 싱가포르의 Horizon Fuel Cell Technology사가 보잉사를 앞서 나가고 있다. Horizon사는 지난 10월 연료전지를 동력원으로 하는 무인 비행기인 Pterosaur를 선보였다. 
보잉사는 이 상업적 비행기의 주요 동력원으로써 고체산화 연료전지를 고려하고 있지는 않지만, 보조 동력장치와 같은 이차 동력 시스템으로써 고체산화 연료전지의 사용 가능성을 연구하고 있다.
  보잉사는 유인비행기와 무인비행기 연구를 계속할 것이며, 지속적인 대체 에너지 연료를 개발하기 위하여 연료전지와 같은 여러 가지 테스트를 수행할 계획이다. (참조 www. boeing.com). ACB

Rolls-Royce사의 연료 전지 상업화
가능성 검토
Rolls-Royce사는 자사의 고체산화 연료전지(SOFC)의 상업화 가능성을 검토하고 있다.
보도에 따르면, Rolls-Royce사는 영국 소유지인 Holywell Park에서 고체산화 연료전지 분야의 가능성을 검토하고 있으며 연료전지에 이용되는 세라믹 부품을 만들고 있다 .
Rolls-Royce사의 Sir Jhon Rose 회장은 외부의 공동 투자자와 공동 연구를 계획하고 있다.
Rolls-Royce사의 연구원은 연료전지는 병원, 대학, 작은 연구소에서 사용할 수 있는 잠재적 대체 전력공급원으로써 가장 저렴하고 효율적인 기술이라고 말한다. 또한 Rolls-Royce사의 고체산화 연료전지 기술은 대규모 이동수단, 육·해군 장비와 같은 분야에도 적용할 수 있다고 강조한다.
산업 전문가들은 전력 공급 시장이 약 5천만 달러의 잠재적 가치가 있으며 Rolls-Royce사의 고체산화 연료전지 기술은 이 시장에서 중요한 위치를 차지할 것으로 평가하고 있다. 최근 영국의 한 신문은 Rolls-Royce사의 직원의 말을 인용하여 “현재 문제점은 고체산화 연료전지 기술을 어떻게 발전시키고 어떤 방법으로 산업에 맞게 상업화 할 수 있을까?”를 모색하는 것이라고 보도하였다. ACB

GE, 조명 역사를 다시 쓸 것인가?
 125년 전 GE(General Electric)사의 설립자인 Thomas Edison이 최초의 백열전구를 만들어 조명 역사를 시작한 것과 같이 현재 조명 기술 또한 General Electric사에 의하여 진행되고 있다.
쪾2010년 HEI의 출현
현재 연구 중인 조명 중 첫 번째 조명은 고효율 백열 램프(HEI, High efficiency incandescent lamp)이다. 하지만 이 고효율 백열 램프(HEI)의 연구는 2010년을 목표로 하고 있다. GE사는 와트 당 30 루멘의 고효율 백열 램프(HEI)는 현재 GE사의 40W~50W 램프보다 두 배의 에너지 효율을 보일 것으로 기대하고 있으며 더 나아가 현재 백열 램프의 효율보다 네 배 이상의 효율을 갖는 고효율 백열 램프(HEI)를 개발하는 것을 궁극적인 목표로 하고 있다.
GE사는 어떻게 이러한 효율 향상을 이끌어낼 수 있는 지는 밝히지 않았지만 Cleveland Lighting Division사와 뉴욕 Niskayuna에 위치한 Global Resear
ch Center가 공동으로 개발한 ‘혁신적인 새로운 물질’의 결과라고 말한다. 
GE사는 만약 기존 백열 램프가 고효율 백열 램프(HEI)로 대체되면 미국에서 CO2배출을 약 4천만 톤, 유럽에서 CO2 배출을 약 5천만 톤까지 줄일 수 있을 것으로 기대하고 있다.
쪾GE, 세계 최초로 ‘Roll-to-Roll’
OLED 제조공정 개발
GE사는 세계 최초로 roll-to-roll 제조공정을 이용하여 자연 친화적인 OLED(orga
nic light-emitting diode) 조명 생산에 성공했다고 밝혔다. 연구원들은 roll-to-roll 기술과 같은 newspaper-printing 기술을 사용하여 OLED의 대량생산 체제를 실현시킬 수 있을 것으로 기대하고 있다.
GE사의 Organic Electronics분야의 Advanced Technology Program 매니저인 Anil Duggal은 이 제조공정은 더 많은 분야에 적용할 수 있을 것이라고 말한다. Anil Duggal은 계속해서, “OLED 외에도 roll-to-roll 기술은 태양광 발전을 위한 유기 태양전지와 센서, roll-up 디스플레이와 같은 유기 전자 소자의 제조공정에도 영향을 미칠 수 있다.”라고 말했다.
GE사의 Electrical Distribution and Lighting의 부사장인 Michael Petras는 “우리는 소비자들에게 GE가 보증하는 품질의 OLED 조명을 제공하기 위해서는 더 많은 연구가 필요하지만 이번 실험의 실적을 통하여 OLED 조명을 GE의 LED와 형광등, 할로겐등과 같은 고효율 제품 중 하나로써 고객들에게 선보이기가 더 쉬어질 것으로 생각된다”라고 말했다. (참조 www.ge.com) ACB

코넬(Cornell), 최첨단 X-레이 탐지기
개발 위해 219만달러 유치
코넬 과학자들은 마이크로 초 단위로 변화하는 구조를 관측할 수 있는 휴대용 X-레이 탐지기를 개발하기 위해 W.M. Keck 재단으로부터 219만 달러를 받았다. John L. Wetherill 물리학 교수이자 프로젝트 연구팀장인 Sol Gruner는 현존하는 X-레이 탐지기는 매우 빠르게 변하는 과정을 보여줄 수 없기 때문에 각 구조를 관측할 수 없다고 한다.
그는 한 사례로, 가솔린 연료 주입기에서 연료 입자의 공간적 분포와 주입 후 일어나는 마이크로 초 단위의 엄밀한 간격이 작다는 것은 실제로 알려져 있다고 말한다. 이 초기 분포 단계가 에너지 효율과 오염 발생을 결정하기 때문에 현재로서는 매우 중요하다. W.M. Keck 화소배열 탐지기라는 이름으로 고안된 탐지기는 과학자들에게 언젠가 최초로 각 과정을 보여줄 수 있을 것이다.
뚜껑이 있는 빵 상자의 형태를 한 이 기기는 움직임의 지나간 프레임을 최대 0.5㎲마다 기록하여 2차원 영상으로 보여줄 수 있을 것이다.
탐지기의 중심은 X-레이와 과정 결과 신호를 탐지하는 일반적인 집적회로 세트로 구성된다고 Gruner는 설명하며, 어떤 단체나 연구그룹도 이러한 형태의 탐지기를 성공적으로 고안하지 못해 코넬이 맡았다고 한다. ACB

실리카(Silica)의 거시적, 미시적 변화
NIST와 Maryland-College Park 대학교의 연구원들은 앞으로의 나노장치(nano
machines)의 설계에 영향을 미칠 수 있는 것을 발견했다.
이 발견은 NIST 과학자 Pradeep Nam
boodiri와 김두인씨가 이끄는 팀이 나노크기에서의 연성(ductility)에 관한 직접적인 실험적 증명을 보여준 2007년 가을에 조금씩 드러난다.
나노 입자 집합체의 컴퓨터 시뮬레이션은 거시적 세상과 미시적 세상 사이에서 존재하는 부조화 속에서 더욱더 큰 빛으로 발산하고 있다. 초빙과학자 Brian Henz와 NIST 연구원 Takumi Hawa와 Michael Zachariahdi에 의해 작성된 이 시뮬레이션은 덩어리(bulk) 상태에서 깨지기 쉬운 실리카 같은 물질이 나노크기의 단계에서는 연성을 보이는 것을 설명한다.
시뮬레이션은 거시적 크기에서 응력을 받았을 때 끊어지거나 부서지는 부분이 형태를 유지하려는 재료의 특성에 의존하는 것을 확인한다. 응력 하에서 끊어지는 부분 같은 구조적 결점을 갖는 깨지기 쉬운 동일한 물질에 비해, 연성 물질의 원자는 더 오랫동안 주변을 돌며 응집한 채로 남아있다.
또한 과학자들의 시뮬레이션은 나노크기에서는 각 구조적 결함이 존재하지 않음을 보여준다. 따라서 이 물질은 거의 완벽하다. 더욱이 물질이 매우 작을 때, 물질을 구성하는 원자의 대부분은 그 표면에 존재한다. 연구원들은 모든 면이 결합되지 않아 이동성이 좋은 표면 원자의 특성이 나노크기에서는 지배적임을 보여준다. 반면에, 이 지배적 성질은 직관에 반하는(counterintuitive) 파괴 특성을 갖는 실리카 같이 깨지기 쉬운 물질에 영향을 준다.
Hawa, Henz와 Zachariah의 시뮬레이션은 물질이 기본적으로 정질이나 비정질이던 상관없이 나노 입자 크기와 형태도 표면원자의 이동성의 영향을 받기 때문에, 물질에서 관찰된 연성과 인장강도에 영향을 주는 것을 보여준다.
시뮬레이션에서 집합체 내의 입자가 작을수록 물질은 더욱 연성 거동을 보인다. 결정 구조는 응력에 대한 강도를 보여주고, 연구원들이 육안으로 재료의 임계 항복점을 관측한 후에 길게 변형되었다. ACB
UMaine 연구원,
새로운 복합 제조 기술 개발
Maine’s 대학교(Orono, Maine)의 선진 가공 목재 합성 센터(Advenced Engin
eered Wood Composites Center)의 연구진은 산업적인 혁신을 가져오길 기대하며 새로운 합성 제조공정을 개발했다. 이 방법은 조선, 자동차, 건설과 기타 산업에 쓰일 강하고, 더 튼튼한 합성물을 생산하기 위해 세라믹, 콘크리트, 목재, 섬유와 기타 재료에 압력을 가하여 고분자 수지를 주입하는 것이다.
합성물 가압 수지 주입 시스템(Compo
sites Pressure Resin Infusion System, ComPRIS)에 관련된 특허는 Forestry & Agriculture 자연과학대학 목재과학기술 교수 Barry Goodwell, 공과대학 인류환경공학 조교수 Roberto Lopez-Anido와 가공 목재 협회 소속 UMaine 대학원생 Ben Herzog에게 양도되었다.
그들의 공정은 손으로 짜맞추는 것(hand layup)이나 진공 수지 전이(vacu
um resin transfer)같은 이전의 방법보다 뚜렷한 이점을 가질 것이라고 한다. 압력 사용은 비용과 노동력을 줄일 수 있다고 알려진 고르게 분포된(evenly distributed) 수지 주입액을 더욱 일관되게 생산하고 다른 방법보다 환경적으로도 안전하다. 또한 제조자들에게 동시 적층(simultaneous laminating)과 다른 재료의 강화 기능을 갖는 더욱 복잡한 주입액을 생산하기 위해 이 방법이 허용된다.
UMaine의 세계수준의 합성 센터의 네 명의 투자 단원 중 한명인 Goodell은 ComPRIS 기술은 진공 공정에 의해 미세한 틈이 없는 두꺼운 합성물을 생산할 수 있다고 말한다. ACB

향상된 티타늄 산화물 추출법
Leeds 대학교(영국)의 연구원들은 그들이 세계적으로 가장 유용하고 여러 방면으로 쓰이는 광물인 티타늄 산화물의 더욱 단순하고, 저렴하고, 친환경적이고, 높은 수율을 갖는 추출 방법을 개발했다고 한다.
쪾TiO2의 다양한 활용
티타니아로도 알려진 TiO2는 지구 구성물 중 9번째로 풍부한 원소이며 7번째로 풍부한 금속인 티타늄의 자연적으로 생기는 산화물이다. 가루형태에서는 세라믹에서부터 페인트, 종이, 플라스틱, 식품, 약품, 화장품 등 모든 것을 밝게 하는 하얀색 색소로 쓰인다.
하지만 천연 자원 중에서는 상대적으로 풍부한 반면, 자연적으로 생긴 티타늄 산화물은 철, 알루미늄, 방사성 원소 같은 오염 금속이 결합되어 존재하므로 순수하지 않다. 반드시 제련하고, 염소나 황산 용액으로 슬래그 처리를 수반하는 공정을 해야 한다. 두 공정 모두 처리 비용이 비싸고 처리하기 어려운 독성이 강한 해로운 폐기물을 생성한다.
쪾추출 시도 성공
공학교수 Animesh Jha가 이끄는 연구팀은 이를 대신할, 오염물을 제거하기 위해 알칼리성 광물로 공기 중에서 산화시키는 방법(roasting)과 산으로 세척하고 걸러내는 공정을 포함한 생산 공정 특허를 냈다. 정련되지 않은 잔류물은 일반적인 사용량의 20배 이상의 염소로 다시 반응시켜 TiO2를 생산한다.
Jha의 공정은 평균적으로 97%짜리 TiO2생산량 보여주고, 이는 종래의 평균 85%보다 낫다. 이 정도 순도는 생산비용과 폐기물 처리 비용, CO2와 열 재생 비용을 줄여준다.
Jha는 “우리의 공정은 낮거나 좋은 등급의 광석에 모두 사용될 수 있고, 중요한 환경적 문제를 극복하기 때문에 세계적으로 큰 발전이다”라고 하며, 미래에는 유사한 복잡성을 가진 다른 중요한 광물의 추출 공정을 만드는 것에도 확실히 적용할 수 있는 공정이라고 말한다.
Jha는 더 나은 기술을 개발하기 위해 세계에서 두 번째로 큰 TiO2 생산 기업인 Millenium Inorganic Chemical(Hunt Valley, Md.)과 산업적 협력을 맺었다.ACB

산화아연(ZnO) 나노와이어 내의 구리 측정
NIST 화학자들은 처음으로 공정 중 산화아연 나노와이어 내에서 상당한 양의 구리를 측정했다고 한다. 이 사실은 구리가 나노 와이어의 광학적, 전기적 특성에서 중요한 역할을 하기 때문에 중요하다.
화학 기상 증착(chemical vapor de
position)공정을 사용하여 구리 기판에서 성장 시키므로, 공정 중 구리가 ZnO 나노 와이어로 들어간다. 구리 기판은 아연과 산소를 흡수하여 기판에 ZnO를 증착하는 작은 물방울 모양을 형성한다. 나노와이어가 성장함에 따라 아연이 표면으로부터 이 작은 물방울을 밀어 올리는데, 이때 소량의 구리가 나노와이어의 결적 격자 내에 잔존하게 된다.
NIST 연구원들은 ZnO 와이어가 5~15%의 구리를 함유하도록 하기위해 다양한 측정 기술을 사용했다. ZnO 나노와이어의 고해상도 이미지는 구리가 ZnO 결정 구조를 끊지 않고 일치하기 위해 제어하는 것을 보여준다.
ZnO내에서 구리의 역할은 명확하지 않다. 연구 논문마다 구리가 나노와이어의 발광을 향상시키기도 하고, 저하시키기도 하는 차이가 있다. NIST 연구원들은 나노와이어의 구리가 가시광선 발광은 향상시키지만 자외선 방출은 방해하는 것을 발견했다.
NIST 연구원들은 진행 중인 연구의 방향을 나노와이어 내 원자의 농도와 분포를 결정하기 위한 최적의 방법을 찾는 것에 목적을 둔다. ACB

Ceramic Fuel Cell Ltd., 독일에
1900만 달러 공장 건설
Ceramic Fuel Cell Ltd.(멜버른, 호주)는 독일 하이젠베르크에 연료 전지 시스템의 상업적 제품 생산을 위한 공장을 건설하기 위해 1240만 유로(1900만 달러)를 투자한다고 한다.
쪾Nuon, 시스템 5만개 주문
CFCL은 네덜란드와 벨기에와 함께 독일에서 운영하는 독일의 큰 에너지 회사인 Nuon으로부터 받은 5만개 연료전지 시스템에 대한 주문 영수증을 보여 주었다. 시스템은 CFCL이 목표 효율에 이르는 2009년 6월부터 5년 동안 공급될 것이다.
 CFCL의 연료전지 시스템은 저탄소 방출 난방과 전력 시장에서 사용되는 일반적인 보일러에 사용된다. 미세결합된 난방과 전력(microcombined heating and power, mCHP) 장치는 알려진대로, Nuon의 고객의 가정에서 보일러가 전기와 열을 생산한다.
CFCL의 연료전지 시스템은 하이젠베르크에서 제작될 것이다. 초기 연간 생산량은 1000개가 될 것이고 계획의 두 번째 단계에서는 연간 16000더미(stack)씩 증가할 것이다. 대량 생산은 2009년 6월에 시작될 것으로 예상한다.
쪾2kW 출력을 제공하는 시스템
거래에 정통한 전문가들에 의하면, 연료전지 장치는 하나당 1500유로에서 2000유로(3000달러에서 4000달러)사이의 가격이 될 것이고, Nuon의 보일러에 사용되는 것의 가격은 3000유로(6000달러) 이상으로 책정될 것이다.
CFCL은 각 연료전지 더미당 출력은 평균 가정용 연간 기본 수요에 충분한 2kW의 전력이 될 것이고, 여분의 전력은 미식축구 경기장(grid)에 전송될 거라고 예상된다. CFCL에 따르면 현재의 전력 생성원에 비해, 2kW당 연간 3톤의 CO2를 줄일 수 있다고 한다.
 CFCL의 전무이사인 Brendan Dow는 “하이젠베르크 공장과 U.K. 분말공장, 최근 발표된 H.C. Starck and Ceram
Tec와의 장기간 공급 협정은 모두 위험성과 자본 비용을 최소화하는 반면 대량 생산 규모를 크게 하기 위한 협력 전략이다”라고 말한다. ACB

쓰레기 매립지 가스로 구동되는 W둹tsil?고체산화물 연료전지(SOFC)
핀란드의 디젤 엔진과 전력발전소 제조업체인 W둹tsil뒾?West Finland에서 열리는 Vaasa 하우징 페어(housing fair)에 근처의 쓰레기 매립지에서부터 얻은 바이오 가스로 SOFC 전력 발전소를 구동하여 열과 전기를 공급할 것이라고 한다. 발전소는 20kW까지 생산하고 14~17kW의 열을 생산한다. 이 개발은 덴마크 기업인 Topsoe Fuel Cells A/S와 핀란드의 VTT 기술 연구 센터와 합작으로 이루어진다. W둹tsil듍?SOFC 기술은 Espoo내의 Otaniemi에 기반을 두고, Vaasa내의 회사의 엔진연구소의 지원을 받는다.
The European Commission은 2020년까지 신재생 연료 공급을 현재 28.5%수준에서 38%까지 증가시키기를 핀란드에 요구하고 있다. ACB

SOFC, 스텔스 기능을 가진
해군 함정에 시험
Versa Power System Inc.(Littleton, 콜로라도 주) 보고서에 따르면, 고체산화 연료전지가 미 해군에 의해 개발된 스텔스 감시정에 사용되는 추진 장치에 사용될 것이다.
해군 개발부 주재로, 무인해저수송기(UUV)에 예상되는 요구사항을 실험한 모의실험에서 Versa의 SOFC는 보고된 대로 이동과 주둔 목적에 적용하기 위한 작은(compact) 형태에서 청정 전기를 생산할 수 있음을 증명했다.
Rhode Island주 Newport에 있는 Naval Undersea Warfare Center
(NUWC)에서 수행된 실험에서 Versa의 SOFC는 조용하고, 배터리와는 다른 형태로 빠르게 연료를 공급받을 수 있고, 동작하는 동안 최대로 길게 일정한 전류를 생산하는 것을 보여준다.
해군 설계자들은 연료전지가 UUV의 전기 모터와 이것의 유도제어시스템, 센서, 송신기에 낮은 속도와 조용한 추진력을 제공할 잠재력이 있음을 믿는다. ACB
Fraunhofer 연구소 SOFC
실험센터 개설
독일 Dresden에 있는 Fraunhofer 세라믹 기술과 시스템 연구소(IKTS)는 새로운 SOFC 실험센터를 열었다.
FuelCon(Magdeburg-Barleben, 독일)의 장비로 설비를 갖춘 최신식 실험실은 IKTS가 여러 가스에 관한 모의실험, SOFC의 의무 주기(duty-cycle) 안정성, 장시간 사용성과 안전성에 대한 분석을 가능하게 할 것이다. 실험결과는 실용적이고, 환경 친화적인 대체 에너지원으로 SOFC를 설계하는데 도움을 줄 것이라 예견된다. IKTS의 관심사는 고성능 세라믹 재료, 단단한 금속과 도성합금(cermets)의 개발이다. 이 다양한 개발은 세라믹간의 구조적인 면과 기능적인 면을 연결해준다. ACB

BMW, 연료전지 아닌 수소연료에 투자
BMW(Munich)는 연료전지나 전기 자동차가 아닌 수소에 투자할 것이다. H2O로부터 H를 분해하여 이를 내부 연소 엔진의 동력으로 사용할 계획이다.
회사는 1978년에 시작된 수소 연구 프로그램의 결과에 기초하여 장기간 마케팅 전략을 세운다. 투자한지 30년 후에 BMW는 다음과 같은 결론에 도달했다.
● 세계 석유 제품은 2025년에 정점에 이를 것이고, 그러면 석유가 고갈될 때까지 꾸준히 감소할 것이다.
● 전 세계는 다음 10~15년 동안 화석 연료 없이 수소를 대량 생산하는 법을 배울 것이다.
● 미국 도로에 세울 수소 가스 저장소 설립 비용은 400억 달러에서 500억 달러가 될 것이다.
● 수소 가스 저장소는 2025년까지 번성하기 시작할 것이다.
● 석유로부터 수소로의 교체는 2040년에서 2050년 사이에 완료될 것이다.
BMW는 이 시간계획의 틀에 따라, 2009년에 첫 하이브리드 모델을 기대하며 최근에는 하이브리드 카를 개발 중이다. CJ

초극세의 금속 와이어 두께가 원자 1개 분
名大, 디바이스 배선용 제작기술개발
名古屋대학의 藻原久典 교수와 北浦良 조교 등은 두께가 원자 1개 분인 0.18나노미터라는 초극세의 금속와이어를 만드는 신기술을 개발했다. 탄소 분자를 사용하는 것이 특징으로 실험에서는 카본나노튜브(통상탄소분자) 속에 레어어스(희토류)의 와이어를 만들 수 있었다. 초고집적의 차세대 전자 디바이스의 배선에 활용할 수 있는 금속와이어를 만들 수 있지 않을까 기대하고 있다.
와이어는 레어어스의 일종, 가돌리늄의 원자가 길에 이어져 있고, 2층의 카본나노튜브로 덮여 있다. 길이는 0.5마이크로미터.
제작에는 가돌리늄 원자가 1개씩 들어간 플라렌(구상탄소분자)를 단층나노튜브 속에 채운 분자를 사용한다. 이 분자의 구조는 콩깍지 속에 콩이 들어있는 청대완두와 비슷하여 「피폿드」라고 불리고 있다.
가돌리늄의 피폿드를 섭씨 1000℃로 가열한 결과, 나노튜브 엔에서 플라렌이 붕괴하여 알몸이 된 가돌리늄 원자끼리 연결되어 초극세의 와이어를 형성했다. 플라렌의 탄소원자는 내측의 나노튜브가 되었다.
藻原교수 등은 긴 피폿드를 사용하여 실험하면 더욱 긴 와이어를 만들 수 있으리라 보고 있다.
한편, 두꺼운 나노튜브를 사용하여 실험한 결과, 직경이 원자 100개 분의 와이어도 제작할 수 있었다. 일경산업

하버드 스핀오프(spin-off)*,
저온 SOFC 소개
대학 내 벤처사업 초기투자에 전문인 투자회사 Allied Mind(Quincy, 매사추세츠 주)는 같은 Quincy에 있는 하버드 스핀오프, SiEnergy Systems LLC의 SOFC 기술에 50만 달러를 투자하고 있다.
SiEnergy의 설립자 Shriam Ramana
than은 하버드대학 재료공학 조교수이다. Ramanathan은 SOFC는 화학적 에너지를 전기적 에너지로 효율적으로 변환하는 최적의 방법이지만, 장치가 고온(~1000℃)에서 작동되어야 해서 느린 시동 시간, 중간 전력 밀도, 비용이 많이 드는 정제하지 않은 재료를 필요로 하므로 어려움이 있다.
하지만, Ramanathan에 의하면, SiE
nergy의 특허 출원중인 기술은 낮은 온도에서 작동하고 시험적 이용과 많은 전력이 필요한 미세크기 제조공정 동안에도 높은 전력 밀도를 보여준다. 그는 “저온에서의 작동은 매우 많은 적용이 가능하기 때문에 수년간 ‘성배(holy-grail)’처럼 여겨져 왔다”고 한다.
(*spin-off : 주식회사 조직의 재편성 방법으로 모회사에서 분리·독립한 자회사의 주식을 모회사의 주주에게 배분하는 것). ACB