세라믹 기반 에너지 해법을 사용하는 온실
세라믹과 유리 재료가 피츠버그(Pitts
burgh)의 Phipps 온실 식물원에서 오늘날의 어려운 에너지와 환경적 도전을 매우 명백한 수단으로 해결하고 있다.
DOE의 국가 에너지 기술 연구소(NETL)에서 발간된 2007 NETL보고서에 따르면, 고체산화물 연료전지 기술은 Phipps의 깨끗하고 친환경적인 세라믹 시스템 중 가장 뛰어난 기술이다. NETL은 천연가스를 전기로 변환하는 Siemens Power Generation의 5kW SOFC의 개발과 설치를 살펴보고 조사했다.
이 시스템은 열대 삼림 온실(TFC)같이 설계되었고, 12,000ft2 넓이에 60ft 높이가 더 증축된 Phipps에 전력을 공급한다. TFC는 전기를 제공할 뿐만 아니라, 이 시스템은 또한 SOFC의 손실되는 열을 붙잡아 온실 내부와 천연가스 온수 시스템에 보충한다. 또 다른 SOFC의 부산물(CO2)은 부근에 있는 두 개의 온실로 공급되고 이득을 준다.
NETL에 따르면, 새로이 설치된 SOFC는 연간 에너지의 60퍼센트를 절약하고 온실 가스 방출을 적어도 57퍼센트까지 줄일 것이라고 예상된다. Phipps의 목표는 온실 내에서 분해된 동식물 폐기물로부터 발생되는 가스를 동력으로 사용하는 100kW SOFC 시스템을 설치하는 것이다.
최근, Phipps는 15피트 표준이하로 설치된 6개의 24인치 지름 콘크리트 튜브로 구성된  온도를 일 년 내내 55℉로 일정하게 유지하는 ‘열펌프’를 가진 TFC를 냉각시킴으로 에너지 절약을 최대화 하고 있다. 따뜻한 기온에서는 외부 공기가 300ft 길이 튜브를 통해 온실내부로 들어와 냉각한다. 천장배출구로 나가는 뜨거운 공기는 지하에서 냉각된 공기를 설비 내부로 끌어 올린다. 이 시스템은 또한 추운 날에 공기를 예열하는데 사용될 수 있다. ACB

인체 내에서 용해되어 칼슘을 제공하는 새로운 유리재료
용해되어 칼슘을 대체할 수 있는 새로운 유리 재료가 하루아침에 뼈 이식을 과거의 것으로 만들어 버릴지 모른다. 적어도 영국 왕립학교의 개발자들은 그러길 희망하고 있다.
새로운 뼈의 성장을 돕는 틀로 사용가능하며, 다공성 유리는 몸에서 쌓이지 않으므로, 체내에 남아있지도 않을뿐더러 인체에 유해한 물질로 작용하지도 않는다. 유리가 체내에서 용해되면서 새로운 뼈의 성장을 촉진할 뿐만 아니라 칼슘과 실리콘과 같은 다른 여러 물질들을 체내에 공급하는 역할도 한다. 이러한 유리는 뼈세포 유전자를 활성화 시킨다. 이러한 유전자들은 차례로 단백질을 암호화하여 뼈세포 주기를 통제하고 뼈 조직이 될 부분을 차별화하며, 뼈마디가 될 부분을 광물화한다. 이러한 유전자들은 수용성 실리카와 특정 농도의 칼슘이온에 의해서 활성화 되는데 이는 세포주기중 적당한 시기에 유리표면의 반응기와 이온들이 만났을 때만 일어나는 현상이다. Kent와 WarWick Univ.의 연구자들은 ISIS 뉴런세포에 행한 일련의 실험들로부터 칼슘이온이 어떻게 체내에서 해방되는지를 밝혀냈다. 비록 많은 인체에 적합한 여러 재료들이 의료용으로 이미 사용되고 있고 유리의 안정성과 생체 내에서의 적합성과 같은 측면에서, 이러한 재료들에서의 칼슘의 역할은 연구되었지만, 유리조직 내에서의 칼슘원자들에 대한 직접적이고 양적인 연구는 전혀 이루어지지 않고 있다고 Kent Univ.의 교수인 Bob Newport는 말한다. 자연적인 칼슘과 칼슘 동소체의 경우를 비교함으로써, 칼슘의 복잡하고 미묘한 역할을 이해하고 다른 원소들의 역할과 구분할 수 있었다고 그는 말한다. 유리와 고분자를 병용하는 방법에 대한 연구가 현재 계획 중이며 그러한 연구는 인체의 관절을 대체하는데 쓰일 수 있도록, 기계적으로 우수하고, 하중에 잘 견디는 유리개발에 도움이 될 수 있다. 만약 생각했던 바대로 연구가 이루어진다면, 5년 안에 실제 의료에 적합하도 시도가 이루어질 것으로 예상하고 있다. ACB

쓰레기를 이용한 에너지
Ontario의 Ottawa는 하루 400톤의 쓰레기를 19,000가구가 전력으로 쓰기에 충분한, 총 전기량 21MW로 전환하는 새로운 시설의 건설을 승인했다.
Ottawa에 있는 캐나다인이 운영하는 민영 PlascoEnergy Group이 짓는 이 시설은 시의 쓰레기를 가스화하기 위해 전기적 플라즈마 방사장치를 사용하여, 에너지와 다른 유용한 제품으로 변환한다.
쓰레기 가스화에 좋은 시기
Plasco계획의 승인은 가장 최근에 쓰레기 가스화 영역에서 생겨난 개발의 수단이다.
6월에 하와이가 Pennsylvania주 Madison에 있는 Westinghouse Plasma에서 개발된 플라즈마 방사 기술을 사용할 플랜트에 자금을 조달하기 위한 1억 달러 계약을 정식으로 허가했다. Westinghouse의 시스템은 두 개의 일본 내 쓰레기 공정 회사에서 이미 사용하고 있다.
게다가, Boston에 본사를 둔, Ze-gin은 Massachusetts주 New Bedford에 하루 10톤을 소화하는 시험 플랜트를 만들려고 하고 있다. Ze-gin의 시설은 쓰레기를 분해하고 전기로 변환하기 위해 용해된 철을 사용할 것이다.
방법들은 조금씩 차이가 난다할지라도대부분 가스화 플랜트는 산소가 결핍된 곳에서 극심한 열에 쓰레기를 쬐는 방법으로 동작한다. 이 조건 하에서 쓰레기는 syngas로 불리는 수소와 일산화탄소의 혼합물로 변환되고, 전기 발생장치의 연료로 쓰인다.
하지만, 지금까지 북미에서의 쓰레기의 에너지와 기술의 급증은 높은 작업 비용으로 제한적이었다. 결과적으로, 대부분 북미 플라즈마 가스화 플랜트는 단순히 해로운 쓰레기를 파괴하는 것이 주된 목적이었다. PlascoEnergy CEO Rod Bryden은 “아무도 전력을 생산할 수 있을 거라고 생각할 수 없었다”라고 말한다.
그의 생각은 약 5년 전부터 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 Plasco가 쓰레기를 분해하는데 플라즈마 방사장치 사용할 수 있다는 것을 그가 수긍하게 되었을 때 변하기 시작했다. 냉각 방사 장치가 작동 비용을 줄여주기 때문에 Plasco는 고체 쓰레기의 가스화를 가능성 있는 수익성 사업으로 보기 시작했다.
회사는 스페인의 Castellgali에서 하루 5톤을 소화하는 시험 플랜트에서 성공했다. 2008년 1월까지, Ottawa 시와 협력하는 Plasco는 100톤 실연(demonstra
tion) 플랜트를 세우는 엄청난 시도를 시작했다.
단계적 공정
Plasco가 가스화 분해를 가능하게 하기 위해 몇 단계로 시험을 하였다. 첫 단계는, 쓰레기로부터 금속 덩어리를 제거하기 위해 절단 공정에서 자석이 사용되었다. 그 다음, 절단된 쓰레기의 잔여물은 700℃ 가스화 챔버로 운송된다. 여기서 쓰레기의 대부분은 가스 혼합물로 휘발되어 1200℃에서(해로운 쓰레기를 분해하기에 필요한 온도인 3000℃~5000℃ 에서 많이 떨어진) 작동하는 플라즈마 방사장치로 올라간다.
플라즈마가 복잡한 혼합물을 증기, 일산화탄소, 수소 같은 단조로운 몇몇 가스들로 변화시키고, 수은과 황 같은 오염물질을 분류한다. 그 후에 정화 시스템이 syngas와 그 외 사용 가능한 생산물을 남기고 증기, 수은, 매연을 제거한다.
Plasco사의 웹사이트에는 “1톤의 쓰레기는 청정 합성 연료 가스… 휴대 가능한(portable)물 300리터, 콘크리트 용 모래를 대체할 깨끗하고 비활성인 낟알 모양 재료 150kg, 산업용 소금과 화학비료 수준의 황(sulfur)을 생산할 것이다. 변환 공정에서 공기 중으로 방출되는 것은 없다”고 주장한다.
회사는 휘발되지 않은 쓰레기는 가스화 챔버 바닥으로 떨어지는 고체 용재(slag)를 형성한다고 말한다. 이 용재는 다른 플라즈마 방사장치로 들어가 남아있는 탄소가 제거된다. 그 뒤, 용재는 냉각되고 아스팔트 길 표면 작업이나 시멘트에 섞일 수 있는 유리로 변한다.
MIT의 Technology Review에 따르면, Plasco는 1억 2500만 달러로 견적된 Ottawa의 쓰레기 재생 플랜트 건설비용을 떠맡기로 했다고 한다. 전하는 바에 의하면 Ottawa는 기본 사례비로 톤당 60달러만을 지불할 것이라고 한다.
Plasco는 이미 2억 달러의 사설 자금을 받았고, 적어도 3년 안에 새로운 플랜트를 세우고 가동할 수 있을 것이라 추정된다. ACB

녹색레이저 건전지 2개로 6시간 발광
프로젝터 초소형화 가능해져
島津製作所는 독자의 구조를 채용함으로써 소형화하여 소비전력도 줄인 녹색 레이저 광원을 개발했다. 크기는 직경 약 2센티미터, 길이 약 5센티미터로 엄지손가락 크기. 단3형 건전지 2개(3볼트)로 6시간 연속발광이 가능하다. 광디스크용으로 실용화하고 있는 파랑과 빨강의 반도체 레이저 소자와 조합시키면, 필통 정도의 크기로 운반이 가능한 초소형 프로젝터를 만들 수 있게 된다.
녹색레이저는 빨강이나 파랑과 달리, 현재의 기술로는 반도체 소자에서 직접 레이저를 발사할 수 없다. 적외선을 내보내는 반도체 레이저의 빛을 특수한 광학결정을 사용하여 녹색으로 바꾼다. 島津는 2종의 광학결정을 조합시켜서 사용하여 광학결정을 사이에 끼우고 레이저 빛을 결정 안에서 왕복시키는 거울과 일체화했다. 이 회사가 시작한 종래의 광원과 비교하여 체적을 약 8분의 1로 줄일 수 있었다.
효율적으로 빛을 변환하는 광학결정을 채용한 것 이외에 내부의 공기층을 없앴기 때문에 레이저 빛의 로스가 줄어드는 등의 이유로 발광효율도 향상. 3볼트로 출력 50밀리와트의 녹색 빛을 발할 수 있다. 밝기로 환산하면 약 30루멘으로 회중전등 정도에 상당한다. 종래의 시작품은 단3형 건전지 8개(12볼트)로 1시간 밖에 발광할 수 없었다.
회의에서 사용하는 레이저포인터로도 약 30루멘이라는 밝기의 빛을 바랄 수 있지만, 발열하기 때문에 장시간 발광은 불가능하다.
새로운 광원은 온도측정부와 반도체를 사용한 냉각소자를 내장한 온도안정화 회로를 도입하여 온도를 일정하게 유지할 수 있게 했다. 기술적으로는 이미 실용화 단계에 있다고 한다.
파랑과 빨강의 반도체 레이저 소자와 새로 개발한 광원을 조합시키면 필통 크기로 휴대할 수 있는 초소형  프로젝터를 만들 수 있다. 밝은 실내에서도 흰 벽에 한 변이 20~30센티미터 정도인 사진이나 동영상을 비출 수 있다. 개인이 휴대해서 촬영한 사진이나 동영상을 비추는 차세대형 디스플레이로서 주목받고 있어 미국에서는 벤처기업 등이 시작품을 개발, 실용화를 앞두고 있다.
빨강, 파랑의 반도체 레이저는 미세한 칩으로 발광할 수 있어서 휴대형 프로젝터의 상품화에는 소형이며 장시간 발광할 수 있는 녹색 레이저 광원의 개발이 과제였다. 일경산업

LED 광량 15% 증가
봉지재(封止材)가 필요치 않는 제조 기술
발열이 적어 다용도
시아이化成은 종래에 비해 광량을 10~
15% 늘릴 수 있는 발광다이오드(LED)용 패키지 기술을 개발했다. LED칩과 내부의 금배선의 접속 강도를 높여서 빛의 양을 줄이는 원인이 되는 봉지재를 사용하지 않아도 되도록 했다. 발열량이 적은 칩과 조합시켜서 지난 4월에 조명용 LED로서 본격 판매를 시작했다. 점토의 진열장이나 항공기 등의 조명의 에너지 절약으로 이어지는 이외에 조명 공간의 소형화가 가능하게 된다.
새로운 LED는 타사의 칩에 비해 발열은 반인 30~40도로, 면적은 3분의 1로 낮출 수 있다고 한다. 발열이 적다는 점 때문에 립스틱 등 열에 녹아버리는 상품의 진열장에 사용해도 조명에 의한 상품의 열화를 막을 수 있다. 냉장고 내부의 조명에 사용하면 냉장고의 효율적인 운전이 가능하다. 형광등에 비해 수명이나 에너지 절약 성능이 우수한 LED는 새로운 조명용 광원으로서 주목을 받고 있다.
시아이化成은 독자성이 있는 LED를 무기로 앞으로 성장이 전망되는 LED분야에 본격적으로 참여하여 월생산 20만 개를 목표로 하고 있다. 가격은 1개에 600엔.
이 회사의 기술은 두께 25마이크로미터, 폭 150~200마이크로인 금속제 리본을 칩으로 섭씨 300도 정도로 납땜을 하는 방법. 납땜으로 완전히 접속하자 칩과 금선(金線)이 접하는 면적이 늘어나 접속강도를 종래의 10배 정도인 약 100그램으로 높이는 데 성공했다.
따라서 접속부분을 보호하면서도 칩의 빛을 흡수하는 봉지재를 절약할 수 있었다. 금선의 단면적도 늘어나, 종래의 5배에 상당하는 1암페어의 전류가 흐르게 할 수도 있다고 한다.
종지재는 접속부분을 보호하는 이외에 색채를 조정하는 형광재를 섞는 역할도 한다. 신기술에서는 패키지 표면에 형광재를 섞은 얇은 막을 두어 색조를 조정한다.
일반적인 LED패키지는 직경 25~30마이크로인 금선에 접속한 칩을 실리콘 등의 수지제 봉지재로 덮는다. 금선은 초음파에 의한 진동과 열압착으로 칩에 눌러 붙이듯이 하여 연결했으나 완전하게는 용접이 불가능하기 때문에 봉지재를 사용했었다. 수지제 봉지재는 LED의 열 등에 의해 투명도가 떨어지는 문제가 있었다.
시아이化成이 이번에 채용한 칩은 미국 회사의 제품으로 밝고 발열량이 적은 반면, 압력에 약하기 때문에 대량생산에 의한 패키지화가 어려웠다. 일경산업

장파장 레이저용
결정제조 원가 1/10
갈륨비소막을 층상으로
中央大學의 壓司一郞·准 교수의 연구팀은 고출력 장파장 레이저를 만드는 결정을 종래의 10분의 1이하의 원가로 제조하는 기술을 개발했다. 반도체 재료로 보급되어 있는 갈륨비소로 된 얇은 결정의 막을 정확하게 겹쳐서 만든다. 특수한 결정을 이용한 종래의 기술에 비해 레이저의 고출력화와 소형화도 가능하게 된다고 한다. 물질의 분석이나 반도체 가공용으로 3년 정도 후에 실용화할 계획이다.
갈륨비소는 5~20마이크로미터의 비교적 긴 파장으로 레이저를 변환할 수 있다. 단, 이 재료로 고출력 레이저를 만들려면 결정의 방향을 최적화해야 한다.
연구팀은 두께 100마이크로미터의 갈륨비소 결정을 상온의 진공 속에서 맞붙였다. 결정의 표면을 덮은 산화막에 아르곤 입자를 대고 뿜는다. 이렇게 해서 표면을 깨끗하게 한 2장의 결정을 붙이면 틈새 없이 붙일 수 있다.
실제로 파장 1.06마이크로미터의 레이저를 넣자, 파장 10마이크로미터가 되어 나온다는 것을 확인했다.
단, 장치의 크기의 사정상 현재는 붙일 수 있는 것이 6장의 결정. 앞으로 개량하여 결정을 두껍게 해서 실용 수준으로 끌어올릴 계획.
레이저의 파장은 사용 결정재료에 의해 결정된다. 0.3~5마이크로미터의 짧은 파장으로 변환하는 재료는 니오브산 리튬 등 비교적 값싼 것이 실용화되어 있다. 한편, 장파장을 위한 변환결정으로써는 아연 등을 포함하는 ZGP라는 특수한 결정이 실용화되어 있는데, 1개 당 수 백만 엔이나 한다.
이번 기술로 갈륨비소를 사용할 수 있게 된다면 ‘1자릿수 이상 값이 싸질 것’(壓司교수)으로 보고 있다. 일경산업

인듐 사용 75% 줄이다.
액정 패널에서 독자 제조기술 개발
高知工科大學·카시오 계산기 등의 연구팀은 희소금속의 하나인 인듐의 사용을 줄인 액정 패널의 제조기술을 개발했다. 새로운 제조법으로 가격이 고가권에 있는 인듐을 값싼 산화아연으로 대체한 것. 인듐은 중국이 산출량의 과반수를 차지하는 등 산출국이 편재되어 있어 전기업계 등에서 레어메탈의 공급불안에 대응한 것.
연구팀은 高知工科大의 山本哲也 교수가 중심이 되어 카시오, 저스닥에 상장한 성막가공의 지오마텍 등으로 구성된다. 우선 TFT액정 패널에서 양산기술을 확립, 3년 후의 실용화를 목표로 한다.
TFT액정 패널은 액정을 구동시키는 트랜지스터부, 액정, 컬러필터 등으로 구성되고 그 사이에 산화인듐 주석(ITO)의 투명박막이 전극으로 사용되고 있다.
연구팀은 디지털 카메라 등에 사용하는 3인치 액정 패널에서 컬러필터 측의 ITO를 산화아연막으로 치환하여 액정 화면에 컬러표시를 가능케 하는데 성공했다. 액정 패널의 부품은 산화아연의 대체 이외는 카시오 계산기의 시판품과 같은 것을 사용. 광학특성도 “ITO와 차이가 없다”(山本교수)라고 한다.
산화아연을 사용한 전극은 ITO에 비해서 전지저항률이 높으며 박막의 밀착성도 낮다는 것이 과제였다. 이 교수는 두께 30나노미터의 산화아연막에서 저항을 낮추는 기술을 갖고 있어, 이번에 지오마테크와 산화아연막을 성막하는 기술을 개발함으로써 산화아연을 사용할 수 있게 했다.
기체인 아르곤을 산화아연 덩어리에 뿜어서, 충격으로 튕겨나온 산화아연 입자로 막을 형성한다. 스팩터법이라고 불리는 방법. 지금까지 스팩터법에서는 산화아연이 비산하는 방향 등을 제어하기가 어려워서 균일한 박막을 만들 수 없었다. 아르곤을 뿜는 방법과 각도 등을 연구하여 균일하며 밀착성이 높은 막이 만들어질 수 있게 했다. 앞으로는 카시오 계산기와 협력하여 양산 라인에서의 생산기술의 확립을 추진해 나갈 것이다.
인듐의 세계 소비량은 연간 약 1300톤으로 현재 가격은 1킬로그램 500달러 전후. 2004년부터 05년에 걸쳐 가격이 비등. 그 후에는 약간 안정되었으나 5년 전에 비하면 2배 이상의 고가권에 있다. 經濟産業省 이 기획한 ‘희소금속대체재료개발프로젝트’에 선정되어 연구를 진행했다. 일경산업

유리제 히터
피막 500도까지 내열
브라스트 첨가물의 양 조절
의료기기 등을 제조하는 브라스트(東京·港, 사장 下崎勇生)는 내구성을 높인 유리제 히터의 판매를 시작했다. 유리의 표면에 형성하는 발열용 피막의 강도를 종래의 섭씨 300도 정도에서 500도까지 높일 수 있다고 한다. 밖에서 안으로 확인이 필요한 실험용 기기 등의 열원으로서 첫 해 500세트의 판매를 목표로 하고 있다.
유리히터는 유리의 표면에 산화인듐 등 막을 가공하고 전류를 통하게 하여 발열시킨다. 신제품은 막을 형성할 때의 온도를 높일 수 있으며 막에 섞을 수 있는 주석 등의 첨가물의 양을 조절하여 막의 강도를 높였다.
히터의 이용 시에는 열을 일정한 주기로 가하는 독자의 온도제어 방법을 이용하여 고온이 되어도 유리가 손상되는 것을 막는다. 히터 자체가 투명하기 때문에 밖에서 안으로의 확인이 필요한 필름 등 도료의 건조공정 등에 대한 이용을 전망한다.
유리의 형상은 고객의 요구에 따라서 자유롭게 설계가능하며, 생사노가 피막형성의 가공은 중국의 협력공장에서 한다. 납기는 최단 3주일. 가격은 사용할 유리의 종류와 형상에 따라 다르며, 온도의 제어장치와 세트로 10만 엔 정도부터. 일경산업

소니, 빛의 반사 1/30으로
고기능 필름 실용화기준 마련
소니는 휴대전화나 노트북 컴퓨터 등의 표시화면에 넣어서 빛의 반사를 종래의 30분의 1정도로 낮출 수 있는 고기능 필름을 2010년 무렵까지 실용화할 기준을 마련했다. ‘모스아이(모기의 눈)’모양의 나노구조체를 정도 높게 늘어놓는 기술을 응용. 가시광을 커버하는 파장 350~800나노미터의 영역에서 반사율은 0.1%로 하여 ‘반사’를 대폭 개선할 수 있다.
소니가 실용화에 기준을 미련한 고기능 필름은 모기의 눈처럼 미소한 돌기를 빈틈없이 깐 모스아이 구조를 채용한다.
깊이 방향으로 매끄럽게 굴절율을 바꿈으로써 표면에서의 빛의 반사를 종래의 30분의 1로 낮추어 매끄럽게 빛이 투과하도록 했다.
종래의 반사방지용 필름에 많은 다층막 구조는 겹쳐진 각층에서 빛의 위상을 취소하도록 설계되어 있어 반사를 억제하는 파장대역이나 각도에 한계가 있었다.
모스아이 구조는 빛이 매끄럽게 투과하여 빛을 받아내는 효율이 10%이상 높아지기 때문에 밝은 장소에서도 선명하게 화상을 표시할 수 있으며 소비전력을 낮출 수 있다고 한다.
전력공급을 충전지에 의존하는 휴대전화나 휴대단말 등의 경우는 전지의 지속시간을 장시간화로 연결할 수 있으리라 보고 있다. 휴대전화나 노트북 컴퓨터, 슬림형 텔레비전 등의 소비전력의 절약으로도 이어질 수 있다.
양산에는 신세대 DVD 「블루레이 디스크(BD)」의 제조기술과 반도체 프로세스 기술을 활용. 나노인프린트 기술에 의한 복제나 도금기술을 이용함으로써 대면적의 나노 구조체를 늘어놓는 양산이 가능하게 되었다.
액정 디스플레이만이 아니라 유기EL(일렉트로 루미네센스)나 태양전지 등 폭넓은 디바이스에 응용할 수 있다고 한다. 일경산업

티탄-아파타이트 핵 복합재 개발
인공뼈, 조기에 성장
京都大學 대학원 에너지 과학연구과의 八尾健교수 등은 인공뼈에 대한 응용이 유망시되는 티탄-아파타이트 핵 복합재료를 개발했다. 티탄 판에 제작한 세공(細孔)에 아파타이트 핵(입경 50나노-200나노미터)을 석출시켜서 의사체액 속에 담그면 하루 이내에 복합재료 표면이 아파타이트로 뒤덮인다. 티탄제 인공뼈에 아파타이트 핵을 석출시켜두면 생체 안에서도 뼈와의 접착 등 조기의 생체활성발현을 기대할 수 있다고 한다.
실험에서는 티탄판을 황산 처리하여 표면에 미세공을 형성한 후, 의사체액인 수소이온농도(pH)를 높이고, 동시에 온도를 60℃로 상승시켜 2시간 유지하여 세공 안에 아파타이트 핵을 석출시켜 티탄-아파타이트 핵 복합재료를 제작했다.
제작한 복합재료를 의사체액 속에 담가 생체활성을 조사했다. 하루 후에는 주사형 전자현미경 관찰로 복합재료 표면이 아파타이트로 뒤덮여 있다는 것을 확인했다. 세공 내부에 석출한 아파타이트 핵에 의해 아파타이트가 유기되어 세공 안에서 표면에 성장했다고 볼 수 있다.
복합재료 표면에 형성한 아파타이트는 1평방센티미터 당 80킬로~90킬로그램이 높은 접착강도를 보였다. 티탄의 세공의 방향이 제각각이기 때문에 세공 내부에 형성된 아파타이트가 서로 견제하여 접착강도가 높아지는 것이라고 생각된다.
티탄금속은 표면에 산화피막을 형성하여 높은 생체 친화성, 높은 내식성, 높은 강도의 생체 재료로서 인공 고관절용 스템(부품)등으로 사용되는데, 뼈와의 접착 등 생체활성 발현에 시간이 걸린다.
이번 성과로 세공 내의 아파타이트 핵의 작용으로 단기간에 생체활성이 발현하고 그 후, 티탄 본래의 생체활성으로 장기간 안정적으로 뼈와 접착할 가능성이 있다. 일경산업

진공코팅법 개발
플라스틱도 대응
핀란드의 DIARC-테크놀로지(에스포시)는 아모르파스(비정질)다이아몬드나 콤포짓트라고 불리는 복합재료를 사용한 금속박막 코팅법 ‘DIARC진공코팅법’을 개발했다. 이 회사가 특허를 가진 독자기술로 공구와 부품 등의 표면특성을 높일 수 있다.
DIARC진공코팅법은 여러 가지 나노콤포짓트·코팅재나 특수금속 코팅재를 이용함으로써 금속이나 플라스틱, 세라믹스 표면의 기능성을 향상시킨다. 우수한 내마모성이나 내균열성 등의 표면 특성을 높일 수 있다.
나노콤포짓 카본 코팅이나 아모르 금속, 다층코팅처리를 함으로써 고온전도성이 더해지고, 친수성, 정전방지성, 항균성, 간이정화성 등의 기능도 부가할 수 있다. 또 무수소 정사면체 구조의 아모르파스 다이아몬드를 코팅하면 도포 표면에 오일분자가 강하게 고착시킬 수 있다. 이 처리로 마찰이 극단적으로 낮아져 강한 내마모성이 부여되기 때문에 윤활제를 최저한으로 줄일 수 있게 된다. 이러한 종류의 코팅은 정밀공구나 엔진, 유압 시스템, 베어링 등에 적합한 기술이 되고 있다.
DIARC 진공 코팅법에서는 은, 금, 팔라듐, 플라티나 등 각종 귀금속 코팅에도 대응가능하여 여러 가지 표면특성을 부여할 수 있다. 코팅 두께는 사용자가 원하는 사양으로 만들 수 있다고 한다.
저온으로 코팅하기 하기 때문에 플라스틱 등 열에 민감한 소재에도 지장 없이 사용할 수 있다. 일경산업

무연(無鉛) 압전 세라믹스
니오브계 안정생산법 개발
名古屋工大 압전정수도 향상
名古屋공업대학 환경재료공학과의 枾本健一准 교수와 伊藤健史 학부생 연구팀은 니오브계 무연 압전 세라믹스의 새로운 합성법을 개발했다. 새 합성법에 의해 니오브산 칼륨을 종래보다 안정적으로 얻을 수 있어, 니오브산 킬륨 압전 세라믹스로서는 최고의 압전 정수를 실현했다. 납을 많이 포함하는 현행의 압전 세라믹스의 대체재료로서 실용화가 기대된다.
압전세라믹스는 프린터의 잉크젯 부품, 초음파 진동자 등 각종 전자부품으로서 이용되고 있다. 최근에는 자동차용 센서 등으로 수요가 확대되고 있다. 단 납을 많이 포함하기 때문에 무연화가 과제가 되고 있다.
새 합성법은 니오브를 불산으로 녹이고, 구연산으로 약산성화한 액체를 칼륨액과 혼합. 이것을 70℃에서 건조시킨 후, 800℃에서 소성한다. 이로써 안정적으로 소결할 수 있는 니오브산 칼륨을 얻을 수 있다.
압전정수는 1뉴톤 당 115피코크론(1뉴톤의 힘을 가했을 때, 힙과 같은 방향으로 115피코크론의 전기량이 유기(誘起)된다. 이것은 과거 최고 수준이라고 한다.
납의 대체재료로서 이용되는 니오브산 칼륨은 지금까지 융점 부근에서 소결하기 때문에 재료가 불안정하여 안정적인 생산이 어려웠다. 또 압전정수의 향상도 과제였다. 이 연구팀은 앞으로 니오브산 칼륨 이외의 니오브계 압전 세라믹스로도 새로운 합성법을 응용하여 납을 포함하지 않는 고성능의 압전세라믹스 개발을 목표로 한다. 일경산업

세라믹스 열팽창을 제로로
理硏과 JST 단일화합물, 싸고 고강도
理化學硏究所와 科學技術振興機構(JST)은 실온에서 열팽창이 제로가 되는 세라믹스를 개발했다. 단일 화합물로 되어 있기 때문에 종래의 복합재료에 비해 값이 싸고 강도도 높다. 온도가 변화해도 크기가 변하지 않아 정도가 요구되는 반도체 제조장치 등의 정밀가공기계나 광학기기, 계측장치 등에 응용할 수 있다고 한다.
망간과 갈륨, 게르마늄 등의 질화물을 섭씨 920~950도에서 약 50시간 가열처리했다. 섭씨 마이너스 20~60도 등, 실온을 포함하는 약 80도의 온도 폭의 변화라면 팽창하지 않는다.
열팽창은 온도를 높이면 체적이나 길이가 변화하는 현상으로 뜨거운 물을 부운 유리가 갈라지거나 한여름에 선로가 구부러지거나 하는 예가 있다. 열팽창 제로의 소재는 열팽창의 값이 마이너스와 플러스인 재료를 조합시킨 복합재료 등이 있는데, 강도가 떨어져 큰 힘이 가해지는 것에는 이용할 수 없었다.
강도가 필요한 용도에는 열팽창이 잘 되지 않는 철과 니켈의 합금이 사용되었는데, 약간 크기가 바뀌는데다가 가격이 1킬로그램 2만 엔 정도로 비쌌다.
새 재료의 양산 시 가격은 1킬로그램 수 천 엔이 된다고 한다. 연구팀은 화학회사에 라이센스를 제공하여 연구용도용으로 판매한다. 일경산업60기가헬츠대 밀리파 통신용
값싼 CMOS 발진기 개발
하이비전 영상 등 대용량 정보를 전송
日立製作所는 가정에서 하이비전 영상 등 대용량의 정보를 무선송신할 수 있는 60기가헬츠대의 밀리파 통신에 사용하는 값싼 상보형(相補型) 금속산화막 반도체(CMOS)를 사용한 발진기를 개발했다. 신호잡음을 낮추는 신기술을 동비, 28기가헬츠의 발진 주파수에서 최고 수준의 낮은 잡음 성능을 실현했다. 이 공진기에 주파수를 2배로 변환하는 체배기(遞倍器)를 연결하면 60기가헬츠대 용도의 시스템으로 사용할 수 있다. 미국의 국제고체소자회로회의 ‘ISSCC’에서 발표했다.
日立은 무선통신의 거리에 영향을 주는 신호의 잡음이 발진기를 구성하는 트랜지스터 게이트 단자의 전압진폭에 관계한다는 것을 발견했다. 따라서 게이트 단자와 트레인 단자의 진폭을 개별로 제어하고, 신호의 위상잡음을 개선하는 회로를 개발했다. 130나노미터의 CMOS프로세스로 회로를 시작(試作). 중심주파수에서 1메가헬츠 떨어진  지점에서 잡음성분을 측정한 결과 (오피셋 주파수 1기가헬츠), 1헬츠 당 마이너스 113dBc(위상잡음의 정도를 나타내는 단위)로 20기가헬츠 이상의 발진기에서 최고치를 확인했다.
시작 회로는 크기 0.54밀리×0.17밀리미터, 코어부(部)의 소비전력은 12밀리와트.
종래의 밀리파 통신용 발진기는 고성능이지만 고가인 화합물 반도체를 사용해 왔다. CMOS의 과제였던 신호의 위상잡음을 줄일 수 있게 됨으로써 저가에 고성능의 CMOS발진기를 사용할 수 있게 된다.
總務省 국가 프로젝트의 일환으로 개발했다. 일경산업

빛의 흡수량 표면과 이면에 따라 변화
東北大가 새 물질 광통신 부품에 응용
東北大學의 有馬孝尙 교수 등은 쏘인 빛의 흡수량이 표면과 이면에서 크게 다른 새 물질을 발견했다. 저온에서 약한 자장을 가하면 표면에 쏘인 빛이 반쯤 흡수되고 반쯤 통과하는 조건 하에서는 이면에서는 빛은 8분의 7이 흡수되고 8분의 1이 통과한다. 광스위치 등 광통신 부품 등에 이용할 수 있으리라 기대하고 있다.
새 물질은 구리와 붕소, 산소로 된 메타붕산구리라고 불리는 물질의 결정(結晶).
이 신물질을 섭씨 영하 253도 이하로 식히고, 100분의 3테슬러의 약한 자장을 가한 상태에서 파장이 0.88마이크로미터인 근적외광을 쏜 결과, 표면과 이면의 흡수량이 3배나 달랐다. 표면에 비해 이면은 두께가 3배인 재료에 빛을 쏘은 것과 같은 상태가 된다. 자장을 반전시키자 흡수량은 표리가 역전했다. 100분의 3테슬러는 자기(磁氣) 목걸이 등에 사용되는 자석에 비해서도 작은 자력.
빛의 흡수량 차이와 자장의 방향을 이용하면 광스위치 등의 광통신 부품에 응용할 수 있으리라 기대하고 있다. 현재는 영하 253도까지 낮출 필요가 있으나 결정구조를 개량하면 온도를 높일 수 있을 가능성도 있다고 한다.
물질의 광 흡수량이 표면과 이면에 따라 다른 ‘방향 이색성(二色性)’은 약 40년 전에 이론에 제기되었으나 지금까지 만들어진 재료로는 이면의 흡수량이 표면의 1.001배에 그쳤다. 구별할 수 있을 정도밖에 차이가 나지 않아 실용적인 용도는 없었다. 일경산업

콘크리트판 굴껍질 사용 경량화
차열재 실용화에 길
鹿島는 이반적인 콘크리트보다도 가벼운 ‘폴러스 콘크리트’의 재료를 연구하여 한 단계 더 경량화한, 차열성능도 높인 콘크리트 판의 실용화에 길을 열었다. 굴껍질과 식물섬유를 이용했다는 것이 특징으로, 강도를 유지하면서 통상의 폴러스 콘크리트보다 무게를 약 반으로 줄인 이외에 수분흡수량을 대폭 늘였다. 실험에서는 빌딩의 옥상에 얹어놓는 것만으로 여름철의 하루 소비전력량이 약 30% 줄었다고 한다.
경량화로 차열재로서의 활용이 가능하게 되었다. 판매가격도 1평방미터 당 1만 엔 정도면 될 전망으로 옥상 녹화의 3분의 2정도라고 한다. 2009년도 내의 상품화를 목표로 한다.
실용화의 길을 연 것은 ‘경량 보수성 폴러스 콘크리트 평판(平板)’. 鹿島가 엔지니어링 振興協會의 보조금을 받아 개발했다. 통상의 폴러스 콘크리트에서 사용하는 쇄석(碎石) 대신에 굴껍데기를 경량 골재를 이용한다.
두께 3센티미터 판의 경우에 1평방미터의 중량이 약 16킬로그램으로 통상의 폴러스 콘크리트에 비해 약 반으로 줄었다. 면이나 마 등의 단섬유도 첨가함으로써 콘크리트 내부에서 섬유가 그물 모양으로 달라붙어서 강도가 높아지는 이외에 수분의 흡수·보수성도 향상했다.
복층구조의 굴 껍질의 틈새에도 물이 담기기 쉽다. 통상의 폴러스 콘크리트는 수분을 흡수해도 24시간 후에는 거의 빠져나가 버리는데 비해 새로 개발된 평판은 콘크리트 중량의 10%정도의 물을 흡수. 콘크리트 내부에는 무수한 공동이 생기는 구조이므로 차열성능이 높다.
일경산업

TDK, 수지 사용한 새로운 제조법
대형 터치패널 가능 도전(導電)필름,
내구성 높여
전자부품의 대기업 TDK는 터치 패널용 투명 도전 필름에서 주요 부재인 산화인듐주석(ITO)을 필름에 도포하는 새로운 기술을 실용화했다. ITO에 수지를 섞어 필름 표면에 1마이크로미터의 두께로 균일하게 도포. 종래 제조법에 비해 대형 필름의 제조가 용이해지고, 내구성과 굴곡성도 높아진다. 원형이나 대형의 터치 패널 제작이 가능해진다는 점에서 현재의 자동차 네비게이션이나 디지털 카메라 등의 이외에도 용도가 넓어질 것으로 보고 있다.
TDK가 다루던 VHS테이프에 자성체를 도포하는 기술을 응용했다. ITO의 분말을 미세한 수지와 섞고 폴리에틸렌 필름이나 폴리카보네이트 판 등에 도포한다.
종래는 진공상자 등의 안에서 가스 상태 등의 ITO를 뿜는다. 진공증착이나 스팩터링과 같은 제조법이 주류였다. 새로운 제조법은 수지와 섞음으로써 ITO막이 잘 갈라지지 않게 된다. 도포한 필름을 구부려도 직경 1인치의 원기둥에 감은 직후의 측정치에서는 전기저항치의 상승은 10%이상으로 억제할 수 있다.
1밀리미터 이상의 두꺼운 수지판이나 25마이크로미터 이하의 얇은 필름에도 도포가능. 전기가 통하지 않는 공백의 부분을 줄무늬 모양으로 만드는 공정도 간소화할 수 있다. 한편, 화면에 사용했을 경우의 밝기를 좌우하는 광선투과율은 87%이다.
터치패널은 보통 2장의 도전성 필름에 접착제를 끼워서 만든다. 자동차 네비게이션이나 디지털 카메라 등에 탑재가 진행되고 있어 수요가 늘고 있다. TDK에서는 도포제법으로 만든 도전성 필름을 앞으로 자동차 업계, 건축업계 등에 대형 터치패널이나 창문 등에 붙이는 투명 안테나의 재료로 판매할 예정이다. 일경산업

녹색 레이저 출력 1.5배
적외광과 소자로 개발
物質·材料硏究機構와 東京大學은 소형화하기 쉬운 고출력 녹색 레이저를 개발했다. 레이저의 파장을 녹색으로 변환하는 소자의 방열효율을 향상하여 종래보다 50% 출력을 높였다. 가공용 레이저 등에 대한 응용을 기대할 수 있다.
東大가 개발한 적외광 레이저와 物材機構의 변환소자를 조합해서 출력 16와트의 녹색 레이저를 연속발진했다. 종래는 미국 스탠포드대학이 개발한 1.5와트가 최고였다.
변환소자에 物材機構가 개발한 탄타르와 리튬으로 만든 SLT라는 열전도율이 높은 재료를 이용, 주위를 덮는 방열재료에 열에 잘 전달되도록 하는 구조 등도 연구하여 고출력이 나올 수 있도록 했다.
시작한 변환소자는 가로세로 10밀리미터이며 두께가 3밀리미터이며 레이저 광원 끝에 부착하는 것만으로 충분하다. 지금까지 고출력의 녹색 레이저를 만들려면 조정에 수고가 드는 공진기를 사용해야 해서 소형화가 어려웠다. 녹색 레이저는 현재 가공용 레이저보다 금속 등에서의 흡수효율이 높아 용접의 품질 향상 등으로 이어질 것이라고 한다. 일경산업

한 변이 1미터가 넘는 발광 패널
LED이용 성공
아트레이저技硏  광고간판용
정밀 레이저 가공의 아트레이저技硏(東京·千代田, 사장 吉田正雄)은 한 변이 1미터가 넘는 대형 광고간판용 발광 패널에 슬림형 발광 다이오드(LED)를 이용하는 기술을 개발했다.
형광등을 사용하는 종래 방법에 비해 소비에너지를 최대 5분의 1로 줄여 시공의 자유도가 높다. 지난 6월에 발매했다.
가로 3미터, 세로 1미터의 패널 개발에 성공했다. 두께 약 2센티미터의 투명 아크릴판 이면에 수십 마이크로미터 폭으로 독자적으로 설계한 미세한 홈을 레이저로 각인. 판의 상하에 있는 LED로부터 홈을 향해서 조사하면 빛이 반사하여 판 표면이 밝게 빛나는 듯이 보인다. 표면에 광고 등을 프린트하여 사용한다.
레이저 각인의 설계에 연구를 더하는 이외에 소재를 종래의 우레탄보다 도광성이 높은 아크릴로 바꿨다. 이 회사는 이미 80센티미터×60센티미터 패널에서는 LED 이용에 성공했다. 하지만 1미터 이상의 대형 패널은 중앙 부분까지 광선이 닿지 않아, 광고가 균등한 밝기로 비추지 않는다는 단점이 있었다.
패널 전체의 소비전력은 약 150와트. LED램프는 낮은 소비전력으로 전력소비량은 실제로 형광등의 5분의 1 이하로 줄일 수 있다고 한다. 가격은 80만 엔 정도. 대형 패널의 투입효과로 약 5천만 엔의 매상고를 2009년 5월기에 3억 엔으로 끌어올릴 계획. 
앞으로는 옥외에서도 이용할 수 있도록 내후성과 방수성을 높인 신제품을 개발할 방침이다. 일경산업

연료전지촉매 백금을 반으로
日立마크셀 금을 혼합, 저가격화
日立마크셀은 연료전지용으로 촉매에 사용하는 백금의 사용량을 종래의 거의 반으로 줄일 수 있는 기술을 개발했다. 수소를 연료로 사용하고 고출력이 특징인 고체고분자형 연료전지(PEFC)용으로, 가격이 비등하고 있는 백금에 금을 섞어서 미립자화. 촉매로서의 성능을 높여서 백금의 사용량을 삭감하여 저가화로 이어나간다. 자동차, 가정용 전원용으로 2010년의 실용화를 목표로 한다.
기체의 산소가 산소이온으로 바뀌는 음극 측의 촉매에 사용한다. 전극의 소재가 되는 탄소입자에 백금 화합물과 금 화합물을 섞는다. 구연산을 사용하여 화학반응시키면 탄소입자의 표면에 직경 2~3나노미터의 백금과 금으로 된 입자가 생긴다. 이 탄소입자를 굳혀서 전극으로 만든다.
이 입자는 합금 부분과, 금, 백금 부분이 혼재하고 있다. 마크셀은 이 상태가 백금의 전자상태를 바꾸어 촉매기능을 높이고 있다고 보고 있다. 촉매는 표면적이 클수록 반응성이 높아지지만 금은 입자를 작게 만들기가 힘들다. 마크셀은 자기 디스크로 배양한 나노입자 합성기술을 응용하여 백금 수준 이하의 미소한 금백금 혼합의 입자를 형성할 수 있었다. 백금과 금의 비율은 4대 1.
이 입자를 촉매로 사용한 전극은 일반적인 PEFC의 작동상태인 0.6볼트의 경우, 백금 100%의 촉매 약 3.2배의 전류를 흐르게 할 수 있다. 따라서 새 촉매의 연료전지 전체에서의 사용량은 백금 100%에 비해 45% 삭감할 수 있어 백금의 사용량을 대폭 줄일 수 있다. 촉매의 원가는 이론적으로는 거의 반으로 줄어든다고 한다.
촉매의 반응을 높이려면 철이나 코발트 등을 첨가하는 방법이 있다. 단, 전극 부근은 산성이 강하여 이들 원소가 발전 중에 녹아 버린다는 문제가 있었다.
금은 산에 잘 녹지 않으며 내구성은 백금 100%인 촉매에 비해 대략 80%를 확보했다. 마크셀은 백금과 금의 혼합비율이나 별도의 첨가물 등의 연구를 거듭하여 높은 반응성과 내구성을 양립시킬 수 있도록 할 계획이다.
비교적 저온에서 발전할 수 있으며, 출력이 큰 PEFC는 자동차, 가정용 전원용으로 실용화가 기대되고 있다. 단 백금 100%의 촉매를 자동차용 PEFC에 사용하면 백금만 100만 엔이 넘어 실용화에 장해가 되었다. 일경산업
봉지재(封止材)용 금속입자
반도체 방열성 3배로
日立하이테크놀로지즈는 반도체의 방열성을 종래의 3배나 높일 수 있고 동시에 전자파를 흡수하는 기능이 있는 반도체 봉지재용 원료를 개발했다. 이산화규소(실리카)의 피막으로 금속가루를 덮은 미립자로 경화제 등과 혼합하여 봉지재로 만든다. 방열용 부재나 전자파를 억제하는 전용부품 등이 불필요하다. 휴대전화기 등 전자부품의 실장밀도가 높은 기기로 소형화와 슬림화로 이어진다.
개발한 미립자의 직경은 20마이크로미터로 실리카의 피막은 약 4마이크로미터. 피막의 두께는 조정할 수 있다고 한다. 금속은 실리카에 비해 열전도율이 좋고, 새 미립자의 열전도율은 길이 1미터 당 1.61와트로 통상의 봉지재에 사용되는 실리카 가루에 비해 3배로 향상되었다.
디지털 가전에서는 가지능화로 반도체가 고속으로 작동하게 되는데 이때 사용하는 전력 때문에 온도가 높아진다. 방열을 위해서 열전도성이 높은 ‘히트싱크’라고 하는 부품을 부착해 왔다.
한편, 금속가루에는 외부 자계의 작은 변화에 대해서도 민감하게 반응하는 연자성 금속을 채용. 코팅 후의 전자파 흡수특성은 이 특성이 우수한 ‘편평철분(扁平鐵粉)’과 동등하다고 한다. 휴대전화기에서는 전파를 송수신하는 반도체가 전자파를 발생시키기 때문에 전자파의 영향을 경감하는 전자파를 흡수용 시트나 전용 부품인 ‘노이즈필터’를 사용한다.
새 입자를 사용한 봉지재라면 히트싱크나 전자파를 억제하는 부품·부재가 불필요. 가격은 실리카의 몇 배가 될 전망. 日立하이크트는 연내에라도 반도체 메이커에 판매를 개시. 휴대전화용 반도체용 봉지재 등에서 실리카의 대체를 목표로 한다.
제조는 금속가루와 실리카를 분쇄하면서 혼합함으로써 물리적으로 이 둘이 결합. 금속가루의 주위에 실리카 박막이 균일하게 코팅된다고 한다. 반도체 봉지재는 전기신호를 주고받는 반도체를 감싸기 때문에 절연재료를 사용할 필요가 있다. 새로운 미립자는 실리카로 덮혀 있기 때문에 금속가루끼리가 직접 접촉하는 일은 없어 절연성이 확보된다고 한다.
통상의 반도체 봉지재는 80~85%가 실리카로 경화제 등과 섞어서 만든다. 실리카에 비해 열전도성이 우수한 소재 등을 혼입하려고 하면 균일하게 섞느냐 아니냐와 절연성을 어떻게 확보할 것이나가 문제였다. 일경산업

중성자로 미립자의 움직임 관찰
세라믹스에 응용
物質·材料硏究機構 등은 알루미나 미립자에 강한 자장을 가했을 때의 거동을 중성자선을 사용하여 처음으로 관찰했다. 단결정처럼 결정방향이 일정한 값싸며 성능이 우수한 세라믹스 개발로 이어진다.
物材機構와 日本原子力硏究開發機構는 물속에 섞은 알루미나 미립자에 초전도 자석으로 강력한 자장을 가하면서 원자로에서 나오는 중성자 빔을 쏘았다. 10테슬러의 자장을 가한 상태에서 전체의 3분의 2의 미립자가 결정방향이 일정했다. 이 결과로 계산에 의해 전부 방향이 일정해지려면 20테슬러의 자장이 필요하다는 것도 알았다.
결정방향이 일정하면 세라믹스의 다양한 성능이 향상된다는 것이 알려져 있다.
物材機構 등은 자장뿐 아니라 세라믹스를 굽는 온도 등의 조건과 조합시켜서 결정방향이 일정한 세라믹스의 제조기술을 개발해 나갈 계획이다. 일경산업

나노사이즈의 ‘침봉’
東工大, 세라믹스로 제작
연료전지의 전극에 응용도
나노미터 사이즈의 ‘침봉’을 개발. 東京工業大學의 彌田(이요다)智一 교수와 陳愛華 연구원 등은 극히 미세한 세라믹스제 주상 구조를 유리 기판에 치밀하게 까는데 성공했다. 직경 10~30나노미터, 높이 50~400나노미터의 기둥이 기판을 빈틈없이 덮고 있다. 연료전지의 전극이나 단백질을 분리하는 막 등에 이용할 수 있다.
기둥 한 개 한 개에는 직경 2나노미터의 구멍이 복수 개, 수직방향으로 뚫려 있다.
친수성 부분과 소수성 부분을 함께 갖는 고분자를 사용하고 있다. 고분자를 유기용매에 녹여서 기판에 바르고, 섭씨 120도 이상에서 가열하고 그 후 식히면 분자가 자연스럽게 모인다. 친수성 부분이 무수한 주상 구조를 형성함과 동시에 주위를 소수성 부분이 감싸는 듯 한 상태가 된다. 거기에 산화규소의 원료용액을 떨어뜨리면 친수성 부분에만 물이 든다. 섭씨 600도로 가열하면 고분자가 분해되면서 산화규소 기둥이 되어 남는 구조.
제작한 구조체는 연료전지의 촉매입자를 얹는 부분이나 단백질을 크기 별로 분리하는 막 등에 사용할 수 있으리라 기대하고 있다. 또 산화규소 이외에도 자기나 전기를 담는 성질을 가진 세라믹스로 같은 구조체를 만들 수 있다고 한다. 기둥의 직경과 길이, 간격도 자유롭게 바꿀 수 있다. 기업과 사업화를 위한 공동연구를 시작했다. 일경산업

후막(厚膜) 열전소자에 새 제작법
원료 대비 완성품의 비율 향상, 저가화
産業技術總合硏究所 선진제조 프로세스 연구부문의 杵鞭義明 연구원 등 연구팀은 후막 열전소자의 저가 제작법을 新東工業 등과 공동개발했다. 원심력에 의한 균일 가압을 이용한 방법으로 실용화 레벨의 출력을 갖는, 두께 수 백 마이크로미터의 비스마스-테를르계 열전소자의 작성에 성공했다. 종래 방법보다 제조공정을 대폭 간소화할 수 있으며 원료 대비 완성품의 비율도 향상하여 저가로 제작할 수 있다고 한다.
개발한 제작법은 미리 홈 가공을 한 틀에 원료 분말을 채우고, 뚜껑을 덮는다. 여기에 원심력을 가하면서 가열, 냉각함으로써 틀 그대로의 열전 후막을 만든다. 두께 수십 마이크로~수 밀리미터까지의 성막이 가능.
종래의 스크린 인쇄법이나 도금법에 비해 공정이 단순하다는 점 이외에 고밀도의 두꺼운 막을 만들 수 있게 되었다. 형상도 자유롭게 설계할 수 있다.
앞으로는 출력이 더 높은 열전소자를 개발하여 조기 실용화를 이뤄나갈 예정이다. 일경산업

섬유상 금속 미세한 구멍, 규칙적으로
物材機構, 직경도 제어
物質·材料硏究機構와 早稻田大學은 미세한 구멍이 규칙적으로 뚫린 화이버 상태의 금속을 만드는 방법을 개발했다. 구멍의 직경 등을 쉽게 제어할 수 있어 다양한 금속에 사용할 수 있다. 연료전지의 전극이나 바이오센서 등 폭넓은 분야에서의 응용을 기대할 수 있다.
금속을 포함하는 재료에 계면활성제나 용매인 에탄올을 섞어서 양극 산화라는 기술로 알루미나 판에 뚫린 가늘고 긴 구멍에 넣는다. 그 속에서 금속을 석출시키면 구멍의 방향의 수직 방향으로 규칙적으로 직경 2~20나노미터인 도넛 모양의 구멍이 뚫린 금속 화이버가 생긴다.
지금까지 구멍의 방향이나 크기를 제어하기 어려웠다. 재료를 알루미나 주형이 넣음으로써 계면활성제의 방향이 달라지지 않아 금속 석출이 시작되는 장소도 결정되므로 제어가 가능하게 되었다.
지경 수 나노 ~ 수십 나노미터의 미세한 구멍이 무수하게 뚫린 멤폴러스 물질은 큰 표면적을 가져 실리카 등으로 촉매인 담체에 대한 이용을 기대할 수 있다고 한다. 전기가 통하는 금속의 경우도 구멍의 방향 등을 제어한 것을 만들 수 있게 되면 보다 폭넓은 용도에서 응용할 수 있다.
일경산업