선명한 색유리 기술
핀란드 n글라스
핀란드의 n글라스는 광택이 많고 선명한 색을 얻을 수 있는 컬러 글라스 타일의 새로운 제조 기술을 개발했다. 2000℃까지 가열할 수 있는 특수 버너를 이용하여 예열한 글라스 표면에 나노 스케일의 안료 입자를 침착시킨다. 안료 입자의 농도를 바꿈으로써 여러 가지 색조를 낼 수 있다. 이런 기술은 처음이라고 한다. 안료는 용융 글라스·매트릭스에 완전히 녹기 때문에 마멸 등으로 색이 바랠 우려가 전혀 없다. 이미 여러 가지 색, 사이즈, 형상의 컬러 글라스 타일의 제조기술을 확립하였는데, 표준품은 두께 6밀리미터와 8밀리미터 2종류. 사이즈는 100밀리×100밀리미터에서 300밀리×600밀리미터의 컬러 글라스의 제조가 가능. 사용자가 색, 사이즈, 형상, 농염 등을 주문하고 그 사양에 맞춰 대응할 수 있다.
욕실이나 부엌, 풀장, 외장재 등의 용도에 일반가정뿐 아니라 공공시설에도 지금까지 없었던 새로운 스타일의 컬러 글라스로서 폭넓은 용도를 기대할 수 있다. 건축가나 인테리어 디자이너 등이 주목하는 혁신적 기술이라고 한다. 일간공업

탄화붕소 세라믹스 제조원가 2/3으로 낮추다
産業技術總合硏究所 선진제조프로세스 연구부문의 古澤友一 연구팀장 등 연구팀은 美濃窯業과 공동으로 탄화붕소 세라믹스의 제조 원가를 3분의 2이하로 저감할 수 있는 상압소결법을 개발했다. 실용 수준의 경도(硬度)와 가벼움, 강성도 실현. 내마모 부품이나 하드디스크 기판 등에 대한 응용을 기대할 수 있다.
탄화붕소는 실용화되어 있는 세라믹스 가운데 가장 강하고 가볍다는 특성을 가지고 있고, 강성도 높아 잘 변형되지 않는다. 그러나 탄화규소 등에 비해 소결이 어려워 고압을 가하면서 소결하는 핫프레스법을 이용하거나 상압 소결법으로도 많은 소결조제(燒結助劑)를 사용하거나 할 필요가 있었다.
개발한 상압소결법은 소결조제를 첨가하지 않고 알루미늄 분위기 속에서 2200℃ 이하로 소결한다. 미리 프레스 성형한 것을 소결할 수 있기 때문에 핫프레스법에 비해 제조 원가를 저감할 수 있다. 또 복잡한 형상품도 제조할 수 있다. 무게는 핫프레스법의 경우와 마찬가지로 가볍고, 경도는 29기가파스칼로 모두 실용화 수준을 실현했다. 일간공업
박막 제조  원가 100분의 1
三菱메터리얼테크노 등 상호흡착법으로 장치
三菱메터리얼테크노(東京都 千代田區, 사장 靑木剛)는 慶應義塾大學 이공학부의 白鳥世明准 교수와 SNT(川崎市 幸區, 사장 白鳥世明)이 개발한 ‘롤형 상호흡착 막 제조장치’를 발매했다. 새로운 제법으로 진공 스팩터링 장치의 100분의 1 이하의 비용으로 투명도전성 필름 등에 가공이 가능. 가격은 폭 1미터×길이 30미터의 시트용으로 5000엔부터. 용도에 따라 설계하며 SNT가 기술지도도 한다. 액정 관련 메이커용으로 연 30억 엔의 매상을 목표로 한다.
해외 대기업이 휴대전화에 터치 패널을 탑재하는 등 특수 필름 시장이 해마다 확대되고 있다. 저가화의 요구가 높아지는 한편 진공장치는 설치에 10억 엔 정도가 필요하고 유지비용도 수억 엔 이상. 이에 대해 새 장치는 실온에서 가동하여 유해한 가스도 필요치 않기 때문에 설치에서 가공, 유지까지의 비용을 대폭 절감한다. 장치에는 ‘상호흡착법’이라고 하는 성막방법을 채용. 플러스와 마이너스의 전하를 띤 도전성 고분자액이 담긴 조(槽)에 필름을 교대로 담그고, 각 조를 통과한 후에 세정을 반복한다. 이로써 필름 위에 정전력으로 고착한 층을 남기고 나머지 층은 제거. 진공장치에서는 곤란한 기판 양면이나 곡면에 대한 가공이 가능한데 수십 나노~수백 나노미터까지의 두께로 1나노미터의 막압을 제어한다. 시트의 전송속도는 매분 약 10미터. 박막은 3000회의 구부림에도 견딜 수 있다.
반사방지막이나 대전방지막 등 모든 성막에 대응. SNT는 새 장치로 참여할 수 있는 시장은 2000억 엔 이상이라고 시산하고 있으며 대기업부터 중소기업까지 새 시장에 대한 참여가 늘어나갈 것이라고도 기대하고 있다. 일간공업

755나노 반도체 레이저
日立이 생체계측용 개발
日立製作所는 물이나 혈액에 잘 흡수되지 않는 생체에 대한 투과성이 높은 파장 755나노미터의 빛을 발하는 반도체레이저를 개발했다. 혈액 속의 산소농도 등을 고정도로 측정하는 계측기기에 응용할 수 있다.
레이저빛을 렌즈 등으로 극소한 스폿에 집중할 수 있는 단일 가로 모드 동작형에서 세계최고인 100밀리와트 출력을 얻을 수 있다고 한다. 80℃까지의 안정 동작도 확인했다.
활성층에 사용하는 인듐갈륨비소인의 조성 등을 최적화하여 유기금속기상퇴적(MOCVD)법으로 결정 성장했다. 또 광손실을 줄여 고출력이며 저전류 동작이 가능한 새로운 구조를 채용. 1도의 결정성장으로 값싸게 제작할 수 있도록 했다. 일간공업

나노튜브로 초전도 재료
靑學大 등, 붕소 이용
靑山學院大學의 春山純志准 교수 등은 카본나노튜브(통상탄소분자)로 초전도 재료를 만드는데 성공했다. 불순물로서 붕소를 약간 포함하는 것이 특징. 나노튜브가 초전도를 나타낸다는 것은 과거에 특수한 실험재료로 확인되었으나 다루기 쉬운 실용적인 재료를 만든 것은 처음. 용제에 녹이면 대기 중에서 기판에 바를 수 있어 전기저항 제로의 대규모 집적회로(LSI)용 배선 등에 이용할 수 있다. 과학기술진흥기구의 프로젝트로 東京大學, 東京工業大學과의 공동 성과. 제작한 것은 붕소를 첨가한 ‘단층’이라고 불리는 타입의 나노튜브. 레이저 조사법으로 나노튜브를 성장시킬 때에 금속 촉매 속에 탄소와 붕소를 섞었다.
만들어진 나노튜브는 직경 약 1나노미터로 길이 약 1마이크로미터. 유기용제에 녹이고 실리콘 기판에 발라서 만든 박막은 섭씨 영하 261도에서 초전도 특유의 물리현상 ‘마이너스 효과’를 보였다. 나노튜브는 100개에 한 개 정도의 비율로 탄소가 붕소로 치환되었고, 이로써 초전도가 일어났다.
春山純 교수 등은 2년 전, 산화알루미늄의 미세한 구멍 안에 성장시킨 나노튜브가 초전도를 나타낸다는 것을 확인했다. 그러나 나노튜브를 구멍에서 꺼낼 수 없어 초전도가 나타나는 원인도 밝히지 못했다. 이번에는 산화알루미늄을 사용하지 않고 초전도의 나노튜브만을 분리할 수 있었다. 붕소의 양을 바꾸면 초전도가 나타나는 온도는 더욱 높아질 가능성도 있어 실용화를 위해 더욱 연구해 나갈 것이다. 일경산업

연료전지의 촉매
값싼 금속으로 백금처럼
지르코늄 이용 원가 20분의 1
橫浜國立大學의 太田健一郞 교수 등 연구팀은 자동차용 연료전지에 고가의 백금을 사용하지 않는 촉매를 개발했다. 값싼 금속 산화물을 사용한다. 연료전지를 시작하여 백금촉매를 이용한 전지와 동급의 전력을 낼 수 있다는 것을 확인했다. 앞으로는 재료 메이커나 자동차 메이커 등과 협력하여 실용화로 연결할 수 있다.
太田교수 연구팀이 개발한 것은 고체고분자형 연료전지(PEFC)용 촉매. PEFC는 수소에서 고출력 전력을 끌어낸다. 자동차나 가정에서의 이용이 기대되고 있다.
촉매는 ‘지르코늄’이라고 하는 금속을 재료로 한 것으로 지르코늄의 탄질화물을 부분적으로 산화시켜서 제작했다. 전지 중에서는 기체의 산소가 산소이온으로 바뀌는 양극 측에서 사용한다. 재료 원가는 백금을 사용할 경우와 비교하여 20분의 1~100분의 1이면 가능하다고 한다. 개발한 촉매를 시료용 소형연료전지로 만들어서 특성을 조사했다. 단위면적 당 전류량으로 평가하면 백금 촉매를 사용한 연료전지 수준의 성능을 발휘한다고 한다. 또 재료의 금속을 산화시킴으로써 촉매를 안정시키는데 성공했다. 시작한 전지에서는 400시간 이용할 수 있다는 것을 확인했다. 원리적으로는 1000시간 정도는 가능하다고 한다.
백금 등의 레어메탈은 공업용으로 수요가 확대되어 가격이 비등하고 있다. 또 자원의 고갈이 우려되고 있어 연료전지 보급의 벽이 되고 있다. 그런 점에서 지르코늄은 백금과 비교하여 매장량은 약 600배로 비교적 값이 싸기 때문에 앞으로도 이용이 가능하다고 한다.
연료전지는 수소와 산소를 반응시켜서 발전한다. 지구온난화 방지대책에도 도움이 되는 에너지원으로서 기대되고 있다. 일경산업

자외선 LED 최고 출력
理硏 松下電工 10밀리와트로 살균효과
理化學硏究所와 松下電工은 파장 280나노미터의 자외선 발광 다이오드(LED)에서 최고출력을 달성했다. 심자외광이라고 하는 이 영역의 파장은 살균효과가 높다고 알려져 있는데, 출력 10밀리와트의 연속발광에 성공했다. 앞으로 출력을 더욱 향상시켜 휴대할 수 있는 소형 광원으로서의 실용화에 대한 검토를 서두를 생각. 심자외선으로 발광하는 LED나 반도체 레이저는 살균과 정수, 고성능 조명에 응용이 전망된다. 단, 재료인 질화알루미늄 갈륨은 고품질 결정의 제작이 어려워 고성능화의 벽이 되어 왔다.
연구팀은 결정에 인듐을 넣기도 하고 구성 성분의 비율을 조절하기도 하여 발광효율의 향상에 성공. 미국 팀이 가진 종래의 최고 출력 8밀리와트를 상회하는 10밀리와트에서 몇 초 동안의 발광을 달성했다. 앞으로 결정의 질을 더욱 높이는 등의 연구로 출력을 10~100배 향상시킬 것이라고 한다. 松下電工의 LED기술을 이용하여 조기 제품화도 계획하고 있다. 일경산업

유리용 코팅제
광촉매, 20년 지속
데지크 실리콘의 영향 방지
광촉매 티탄 코팅제 메이커인 데지크(デジック, 神戶市, 사장 堀井三郞)은 광촉매를 장기간에 걸쳐 안정시키는 유리용 밑칠 코팅제를 개발, 판매를 시작했다. 광촉매 코팅제와 2층으로 도포함으로써 창틀의 실링재료로부터의 실리콘의 영향을 억제하고 광촉매의 기능을 지속시킨다. 내구실험에서 최저 2년은 문제가 없다는 것을 확인했다.
광촉매의 산화티탄은 햇빛이 닿으면 표면의 오염이나 대기오염의 유기성분을 산화분해한다. 비가 이러한 오염이나 먼지를 자동적으로 씻어내므로 청소할 필요가 없어 빌딩의 외벽이나 철도차량의 차체용 코팅제로서 사용되고 있다.
종래의 광촉매 코팅제를 유리에 사용한 경우, 유리의 바깥 틀에 붙은 실링재에서 용출하는 실리콘의 영향으로 친수성이 파괴되어 창틀에서 5~10센티미터는 광촉매의 기능이 발휘되지 못하여 오염이 두드러졌다고 한다.
새로운 밑칠용 코팅제는 유리 전면과 실링재에 도포, 표면에 세라믹 막을 형성한다. 실링재로부터 용출을 방지함과 동시에 유리에 이미 붙어 있는 실리콘의 영향을 방지한다. 유리 면은 밑칠 코팅제 위에 광촉매 코팅재를 바른다. 유리 전면에서 광촉매의 기능을 유지시킬 수 있다. 2010년 3월기에 유리용 코팅제 관련으로 5억 엔의 판매를 전망한다. ACB

물에서 수소 가시광으로 효율적인 생산
광촉매 개발 태양광을 이용할 수 있게
東京大學의 堂免一成 교수와 久保田純准 교수 등의 연구팀은 가시광에서도 높은 효율로 물에서 수소를 생산할 수 있는 광촉매를 개발했다. 가시광 영역의 긴 파장의 빛을 잘 흡수하는 촉매 재료를 만들었다. 자외선을 별로 가지지 않은 태양광이라도 효율적으로 수소를 만들 수 있게 된다. 미래의 에너지원으로 기대되는 수소의 양산기술로서 실용화를 도모한다.
개발한 것은 빛이 닿으면 재료 표면에서 물질을 분해하는 작용이 가해지는 광촉매의 일종. 황화물과 질화물을 반응시켜서 만든 갈륨나이트라이드와 산화아연을 고온에서 혼합했다. 파장이 400나노~500나노미터인 청색을 흡수한다.
흡수한 빛 가운데 광촉매 활성의 에너지로서 이용할 수 있는 비율을 나타내는 에너지 변환효율은 0.1%전후지만 가시광을 흡수하여 활성을 나타내는 촉매로서는 세계 최고라고 한다.
광촉매는 자외선 등의 단파장의 빛을 흡수하여 촉매 작용을 하는 산화물이 많다. 지금까지 자외선에서는 물에서 수소를 만드는 일은 가능했다. 단, 일상적으로 사용이 간편한 광원인 태양광은 전체의 4% 정도밖에 자외선을 포함하지 않는다. 그러므로 태양광 가운데 50%를 차지하는 가시광에서 활동하는 광촉매가 요구되어 왔다.
堂免교수는 “태양광으로 물에서 수소를 이만큼 높은 효율로 만드는 광촉매는 처음”이라고 한다. 개발한 광촉매는 재료의 표면을 고온으로 굽는 등의 가공으로 결정격자의 상태를 제어하여 촉매의 성능을 높였다. 연료전지 등에서는 메탄올이나 천연가스 등에서 수소를 발생시키고 있는데, 개발한 촉매를 사용하면 물과 태양광에서 수소를 생산할 수 있게 된다고 한다.
앞으로는 반응온도를 조절하거나 물에 염류를 첨가하거나 하여 에너지 변환효율을 20% 정도까지 높일 계획이다. 일경산업

자외선 투과율 2배로
物材機構, YAG 단결정
물질·재료연구기구는 第1通電(東京都 調布市, 사장 城井正純)과 공동으로 자외선의 굴절율이나 투과율이 높은 YAG단결정을 개발했다. 불소를 혼합함으로써 투과율은 종래의 2배로 향상, 굴절률도 기존 소재의 최고 수준에 맞먹는다. 차세대 반도체의 제조장치 등에 사용할 자외선용 렌즈의 저가격화에 도움이 된다.
재료에 불소를 섞어서 YAG 단결정을 제작. 파장 193나노미터의 자외선으로 투과율이 약 50%로 종래의 YAG 단결정의 2배가 되었다. 또 굴절률도 지금까지 가장 높았던 LuAG 단결정과 동등한 2.1에 달했다. 자외선용 렌즈의 재료로서는 LuAG 단결정이 주목되고 있는데, 재료에 가격이 비싼 루테튬을 사용하는 이외에 투과율을 높이는 고순도화도 어려웠다. 이번에 개발한 YAG 단결정은 불소를 혼합함으로써 쉽게 투과율이 향상되었고 재료도 비교적 싼 이트륨을 사용한다는 이점이 있다. 앞으로 불소를 혼합하는 비율의 개량과 재료의 순도를 높임으로써 투과율은 더욱 향상을 전망할 수 있다고 한다. 일경산업

절연성을 가진 전착 도료
복잡한 형상에도 균일하게
日本페인트는 도장부분에 전기 절연성을 갖게 하는 전착도료를 실용화했다. 대상물이 전기가 통하는 소재라면 복잡한 형상이라도 한 번의 도장으로 표면을 균일하게 피복할 수 있다. 절연성이 요구되는 전자기기 등의 제조 공정을 대폭 간소화할 수 있는데다가 유기 용제를 포함하지 않으므로 환경부하도 낮다. 리튬이온 전지나 정밀부품의 생산공정에 대한 채용을 전망한다.
새로운 전착도료는 인슐리드. 일정량의 전기가 통하면 전하를 갖지 않는 형태로 변화하는 양이온 슬루포늄기(基)를 조합시킨 수지를 수성 도료에 함께 섞었다. 도료를 넣은 용기에 대상물을 담가서 전기를 통하게 하면 5~100마이크로미터 두께의 막을 형성. 또 계속해서 전기를 통하게 하면 막이 절연성을 띤다. 도장 후의 건조공정의 열처리로 경화한다. 종래의 절연처리는 필름 등을 붙이는 방법이나 절연성이 있는 니스를 바르는 방법이 주류. 필름은 복잡한 형상에 대응하지 못하고, 니스는 균일막의 형성이 어려웠다. 종래의 전착도료는 열처리 전의 경화를 막기 때문에 유기용제를 첨가했다. 인슐리드는 이를 대체할 화학물질을 배합하여 VOC(휘발성유기가공물) 배출량은 종래의 7분의 1에서 8분의 1이면 된다. 막은 마이너스 40~150도의 환경 하에서도 성능이 떨어지지 않는다.
日本페인트는 높은 절연성이 요구되는 리튬이온 전지나 정밀 모터의 제조공정에서의 이용을 전망한다. 전속부서를 만들어 첫해 3억 엔, 2010년도에 30억 엔의 매상을 목표로 한다. 일경산업

소형 연료전지용 촉매
백금의 사용 반으로
九州大學의 持田勳 특임교수 등 연구팀은 백금의 사용량이 반이면 되는 연료전지용 새 촉매를 개발했다. 연료에 메탄올을 사용하는 직접 메탄올형 연료전지(DMFC)용으로, 종래와 같은 정도의 성능을 확인했다. 앞으로 백금의 양을 더욱 줄이도록 개량하여 휴대전화 등에 사용하는 소형연료전지로서 실용화할 계획이다.
휴대·PC용으로 실용화할 계획
새 촉매는 나노미터 사이즈의 미소한 탄소 섬유상 나노탄소와 백금을 혼합하여 만들었다. 메탄올이 물과 반응하는 측의 전극(연료극)에 사용한다. 섬유상 나노탄소는 도전성이 높고 측면에 미세한 구명이 많이 뚫려 있기 때문에 표면적이 넓어 효율적으로 반응한다.
섬유상 나노탄소의 크기는 직경 7~20나노미터. 촉매 속의 백금의 함유량은 40%로, 종래의 반 정도로 했다.
평가용 연료전지를 제작하여 조사한 결과, 1평방센티미터 당 출력밀도는 섭씨 30도에서 66밀리와트, 동 90도에서는 244밀리와트로 백금의 양은 반으로 줄였어도 거의 같은 수준의 성능을 낼 수 있다는 것을 확인했다. DMFC는 연료에 수소를 사용하는 연료전지에 비해 안전성이 높아 소형화할 수 있다. 휴대전화 등의 소형기기용으로 각사가 개발을 추진하고 있다. 단, 촉매로 사용되는 백금은 세계적으로 가격이 비등, 자원의 고갈이 우려되고 있어 보급의 벽이 되고 있다. 앞으로는 섬유상 나노 탄소의 형상과 배합을 연구하여 백금의 사용량을 종래의 4분의 1까지 삭감한다. 휴대전화나 노트북 컴퓨터의 전원으로 사용하는 소형연료전지로서 실용화를 꾀한다. 일경산업

초미립자 혼합 시멘트 굴곡 강도 2배 이상으로
東工大, 벽·지붕의 이용 겨냥
東京工業大學의 坂井悅郞 교수 등은 굴곡에 대한 강도가 종래의 2배 이상인 시멘트를 개발했다. 원료분말에 초미립자를 섞어 분말의 틈새를 메워서 강도를 높였다. 흔들림이나 뒤틀림에 대한 내구성이 높아 벽이나 지붕, 땅 속에 매립하는 하수관 등에 이용할 수 있으리라 보고 실험한다. 기업과 손잡고 3년 후의 실용화를 목표로 한다. 원료에는 산화칼슘과 산화알루미늄이 주성분인 알루미나시멘트를 이용했다. 입경이 5~40마이크로미터의 원료에 입경 약 0.1마이크로미터인 산화규소 미립자를 약 10%로 고분자 분산제를 동 1% 균일하게 섞었다.
약 10%의 물을 섞자 틀에 부어넣을 수 있을 정도의 액상이 되었다. 굳어진 후의 굴국 강도는 약 30메가파스칼로 산화칼슘과 산화규소로 된 일반적인 포르토랜드 시멘트에서 얻을 수 있는 최고 13메가파스칼의 2배 이상이었다.
포르토랜드 시멘트의 경우도 미립자를 섞는 방법이 일부 사용되고 있는데, 액상으로 하는데 물을 이번의 1.5~2배나 섞을 필요가 있다. 굳힌 후에 반응하지 않은 물이 빠져나와 틈새가 벌어지기 때문에 강도가 떨어졌다. 시멘트는 압축에 강하다는 특징을 살려서 건물의 기둥에 사용되고 있는데, 굴곡에 약하다는 결점이 있었다. 새 재료의 압축강도는 종래 재료와 같은 정도이며 굴곡 강도는 2배 이상이 되었다. 일경산업

성능과 가격절감을 위한 공군의 우주거울개발
공군 연구소에서는 우주거울의 제조시간과 비용을 반으로 줄이면서 성능을 향상시키는 방법을 개발하고 있다.
AF(Air Force) Research Lab’s Materials and Manu
facturing Directorate 에 의하면 경량의 우주거운 1미터를 제조 시 대략 백만 달러와 2년 정도의 시간이 걸린다고 한다. MMD (Materials and Manufacturing Directorate)는 항공기, 미사일, 로켓 그리고 육군 군사 시스템의 개발과 제조 및 유지를 담당하는 기관이다. 
우주거울은 감시와 정찰 시스템부터 통신언어 변환 네트워크, 일방향 에너지 기술, 레이저-레이더 장비와 고 전력 대구경 망원경까지 중요한 구성요소 중 하나이다. 그러므로 MMD는 우주거울 제조 시 고효율과 저비용을 동시에 실현시킬 수 있는 방법에 관심을 가져왔다.
 최근까지 이러한 최첨단의 거울 제조는 단일층 유리를 사용을 의미했다. 이것은 다양한 형상으로 구부릴 수 있고 매우 평탄한 표면 즉, 옹스트롬 수준의 표면을 얻을 수 있고 열팽창 계수를 거의 0ppm/℃까지 화학적으로 제어 할 수 있는 큰 장점을 가지고 있기 때문이라고 MMD의 Lawrence Matson 과 Pete Meltzer Jr.이 말했다.
이런 열팽창계수는 작동 시 열 사이클에 의한 어긋남을 최소화 시켜 주었고 이 덕분에 MMD’s Advance Mirror System Demonstrator Program의 업적인 면적밀도 약 15kg/m2 까지의 경량화를 이룰 수 있었다.  이 프로그램을 통해, MMD는 Hubble Space Telescope에 비해 거울 무게와 제조 비용의 50% 를 감소시켰다. 하지만 오늘날 MMD의 연구들은 단지 단일층 유리의 장점들만 섞어 온 것처럼 보인다. 단일층 유리는 저탄성률, 저강도, 저파괴인성을 지니므로, 이것을 이용한 더 이상의 경량화와 비용감소는 가능할 것 같지 않다고 Mason and Meltzer는 말했다. 지속적인 경량화는 매우 취약한 구조가 되어 연마하기 어려워질 것이고, 처리중이나 출하 중에 깨질 수도 있다. 한물 간 슈퍼스타를 외면하는 변덕스런 팬들처럼, AF 연구원들은 단일층 유리에서 유망한 신소재로 관심을 돌리고 있다. 오늘날까지는 정부 지정 연구실에 의해 개발된 나노 라미네이트 박막 기술이나 솔(sol)/폴리머 방사 기술에 의해 제조되는 세라믹, 금속 , 폴리머 하이브리드 , 복합재료가 가장 각광받고 있다.  
어느 경우에나 열팽창계수 매칭이 성공을 위한 필수요소라고 Matson과 Meltzer는 말했다. 이러한 접근 방법들은 모두 제조, 작동 시 매끄러운 광학면과 정확한 윤곽선을 얻고 이것을 유지하기 위해 매치된 열팽창계수를 가진 소재들이 요구되며 현재 MMD는 0~3 ppm/℃ 범위의 열팽창계수를 가진 새로운 박막 물질의 발견에 초점을 두고 있다고 한다. 또한 복제된 나노 라미네이트 복합 거울 시스템은 복제된 박막을 연마되지 않은 구조기판에 연결시켜주는 접착 보강 재료에 맞춰진 열팽창계수가 필요하다는 것을 MMD 연구원들은 밝혀냈다.
이 문제를 해결하기 위해, MMD 연구원들은 음의 열팽창계수를 가진 나노사이즈의 입자를 만들었다. 이 입자들은 유기 무기 폴리머, 에어로젤 , 솔상태 유리 등 잠재된 결합 매개체에 균일하게 분산될 수 있고 또한 연마되지 않은 구조 기판에 상당 양의 광학면을 방사시키는데 사용될 수 있다고 연구원들은 말했다.
광학면의 뒤틀림에 의한 자국을 최소화하고 균일 분산시키기 위해 나노 사이즈의 분말을 사용해야 됨을 발견했다. 이렇게 소재 측면의 해결으로  MMD 연구팀은 대면적 거울 시스템을 위한 균일하고 무응력, 반사 코팅과 절연층에 관심을 돌리고 있다. 이로써 미국국방성과 미국항공우주국에도 적용이 가능한 더 가볍고 우수하며 빠르고 저렴한 우주거울이 될 것이라 기대된다. CJ

진단칩(hospital chip)으로 감소된 전쟁터에서의 죽음
두 명의 미국 연구원들이 ‘칩(chip)위의 야전병원’이라 불리는 프로젝트 개발에 성공한다면, 전쟁터에서 군인들은 거의 죽지 않게 될 것이다. 이 프로젝트는 군인들이 전쟁터에서 착용할 최소한의 침입 센서의 개발이 요구된다. 몸 상태를 체크, 감지하고 진단하여 약을 처방할 수 있는 이 센서는 의사들이 도착하기 전에 군인들 생명을 구할 수 있는 치료를 할 수 있다고 연구원들은 말했다. “전쟁터에서 상처를 입으면 대부분 30분 안에 사망하게 됩니다. 그러므로 부상자의 생존률을 늘리기 위해서는 빠른 진단과 치료가 중요합니다”라고 Joseph Wang이 말했다. Joseph Wang은 이 프로젝트 개발을 위해 Ofiice of Naval Research에서 1,600,000 달러의 보조금을 4년간 지원받는 두 명의 주요 연구원 중 한명이다.
새로운 영역으로의 도전
Califormia -San Diego 대학 제이콥스 공과대학의 나노공학의 Wang교수는 진단칩 (hospital chip) 프로젝트가 그의 이전 프로젝트인 환자의 발한정도에 따른 포도당 수치 측정과의 차이점을 설명했다.
“오늘날 당뇨병 환자들을 위한 인슐레이션과 포도당 관리 시스템은 복잡한 논리 연산 기능을 가진 지능센서가 없다”고 Wang 교수는 말했다. 새로운 센서는 바이오마커를 체크하고 신체적 상해 타입을 결정하여 환자를 치료할 수 있다고 한다. Wang 교수가 개발하고자하는 센서 시스템은 병사의 혈액 수치와 땀을 지속적으로 체크하여 쇼크, 트라우마, 뇌 그리고 그 밖에 다른 손상을 입었을 때  포도당, 락타아제, 산소, 스트레스 호르몬 그리고 신경 전달 물질인 노르에피네프린의 양과 흐름의 변동을 신호로 보낸다.
지능 효소를 지닌 센서
Wang 교수의 동료연구원인 Clarkson 대학의 Evgeny Katz는 센서에 악화되기 쉬운 상처를 진단하고 바이오 상태를 체크해주는 스마트 기능을 부여해 주는 연산 시스템 개발을 담당하고 있다.  Katz는 연산 시스템을 작동시키는 효소 개발에 새로운 길을 열었지만 지금까지 그의 시스템은 오직 해결책으로만 쓰여 왔다. 이번 프로젝트에서 그와 Wang교수는 실제로 인간이 착용할 센서에 연산 작용시키는 효소를 넣는 방법 개발을 연구하고 있다. Wang교수는 효소 결합시키는 전극의 개발로 이것을 성공시킬 수 있다고 믿고 있다.
이 전극들은 전도체와 변환기로 작용하며 효소반응을 분석하여 2진법 코드로 바꾸어 상해 타입을 확인하고 거기에 적절한 진단을 내릴 것이고, 이 진단에 따른 미리 정해놓은 치료법을 기초로 하여 약물 투여시킬 것이다. “만약 부상당한 병사가 쇼크 상태가 되면, 전극에 있는 효소들은 바이오마커인 유산염, 포도당, 노르에피네프린의 수치 증가를 감지합니다. 이때 더 높은 수치의 과산화수소와 NADH 라든지 더 낮은 수치의 노르에피네프린 퀴논과 NAD+등 효소에 의해 생성된 물질의 농도는 변할 것입니다. 그리고 이것은  쇼크 상태를 나타는 ‘1,0,1,0’ 출력신호를 위한 연산 구조를 만들고,  미리 입력시켜 놓은 치료를 시작하게 됩니다” 라고 Wang교수는 설명했다.
앞으로의 계획
Wang교수 (sciencewatch.com에 의하면 화학분야에서 가장 많이 인용된 과학자라고 함) 는 Bulletin을 통해 그는 4년 후엔 복잡한 포토타이프 센서를 개발할 것이라고 전했다. 동시에 그와 Katz는 약물 투여 시스템에 대한 정보는 변경해 주는 센서를 가능하게 해줄 광전자 시스템과 약물 방출 시킬 수 있는 ‘신호에 반응하는 세포막’을 개발할 것이다.
“지금 당장은 단지 이 프로젝트의 초기단계일 뿐 입니다. 초기 2년 동안은 센서 시스템 개발에 힘 쓸 것입니다. 현재 주요 문제는 전극에 효소 로직(logic) 을 통합시키는 것입니다”라고 Wang 교수가 말했다. 이것은 힘든 과제이지만 만약 성공한다면, 센서는 전쟁터뿐만 아니라 그 이상으로 이용될 수 있을 것이다. 예를 들어 Wang교수는 이 센서가 심장마비나 뇌졸중 그리고 생명을 위협하는 다른 병들의 치료법과 예방법에 쉽게 적용될 수 있을 것이라 말했다. CJ

3차원 DNA 나노튜브
최근 아리조나 주립대(Arizona State University) 하오 얀 및 얀 리우(Hao Yan and Yan Liu) 연구진은 측정할 수 없을 정도로 작은 구조체를 제조하였다. 이를 제조하기 위한 매체는 이중 나선 DNA 분자(double-helical DNA molecule)로서 구조체를 제조할 수 있는 무한의 가능성을 내포한 구축 물질로 기대되고 있다.
1월 2일자 Science에 아리조나대 화학 및 생화학과 연구진은 최초로 3차원 DNA 나노튜브, 고리, 나선형 구조를 보고하였다. 이러한 DNA 나노튜브 및 기타 합성 나노구조체는 머지않아 차세대 나노전자소자 및 생의료 목적의 혁신을 도출할 것으로 기대되고 있다.
얀과 리우 연구진은 최근 빠르게 발전하고 있는 DNA 나노테크놀러지 분야를 연구하고 있다. 자연의 섭리를 복제한 것으로서, 연구진은 DNA 분자의 놀라운 자기 조립(self-assembly) 성질을 실제로 활용할 수 있었다. 리본 형태의 분자 줄기가 함께 모이면 이들은 벨크로처럼 서로 결속되는데, 이는 네 개의 염기쌍들을 짝짓게 하는 간단한 규칙을 따르는 것이다. 이와 같이 간단한 조합을 통해 자연은 상상할 수 없을 정도로 다양한 형태를 생성하게 된다. DNA는 구조 단백질의 세포 합성을 통해 이를 완성하며, 이때 특정 염기 서열로 코팅된 정보를 이용하게 된다. 이러한 단백질은 살아있는 유기체의 근본적인 구성체로서 세포벽, 도관, 조직, 기관을 형성하게 된다. 그러나 DNA 자체 또한 안정한 구조체이기 때문에 인공적으로 사용될 수도 있다.
연구진은 자연의 정교한 솜씨에 영감을 얻었다. 해양의 규조류처럼 단일세포 생물은 자기 조립 단백질 구조를 형성하고 있다. 뛰어난 정교함과 유기체의 실용성은 유기물과 무기물의 조화로운 자기 조립 결과이다. 이전의 구조 DNA 나노테크놀러지 분야의 과학자들은 미리 제조된 DNA 요소를 이용하여 자기 조립을 유도함으로써 유용한 나노구조 플랫폼 혹은 타일을 형성하였다. 이러한 타일은 염기 짝지음의 특정성을 갖는 퍼즐처럼 보다 큰 어레이를 형성하게 된다.
한편 이번에 보고된 연구 결과는 나노테크놀러지와 재료 과학 분야의 근본적 도전과제 중 하나로서, 분자 구조를 3차원으로 형성하는 것이다. 이를 위해 연구진은 단일 줄기 DNA에 도입된 금 나노입자를 이용하였다. 이들은 나노입자 부위에서 구부러져 유연한 분자 타일 어레이를 끌어당기고, 고리를 형성하도록 휘어져, 30~180 nm 직경의 나선형 혹은 고리 구조를 형성하게 된다.
DNA 가닥을 구속하는 금 나노입자는 자체적으로 ‘입체 장애(steric hindrance)’를 형성하게 되는데, 이들의 세기는 사용된 입자의 크기에 의존하게 된다. 이러한 입체 장애를 이용하여 얀과 리우 연구진은 DNA 나노튜브가 닫힌 고리를 휘어지도록 만들 수 있다는 것을 최초로 입증하였다.
5 nm의 금 나노입자가 사용되었을 경우, 낮은 입체 장애는 DNA 타일을 휘어지게 만들어 이웃한 상보적인 조각과 결합되도록 하며, 이는 다양한 직경의 나선형을 형성하게 된다. 하지만, 10nm의 금 나노입자의 경우 보다 큰 입체 장애가 발휘되어, 보다 강력한 구속력이 작동하게 됨으로써, 닫힌 형태의 튜브를 생성하게 된다. 따라서, 입자는 자기 조립 프로세스에 참여할 뿐 아니라 나노튜브의 형성을 유도하기 위한 능동적인 참여자로도 작용하는 것을 시사한다.
DNA 나노튜브는 머지않아 탄소 나노튜브와 결합하여, 유연하고 조작 가능한 구조체를 분자 수준으로 제조하는데 활용될 것이다. 3차원으로 구조 조절을 확대된 이번 연구 성과는 광학, 광전압 전지, 터치 스크린, 플렉시블 디스플레이, 바이오의료 등에 활용될 수 있을 것으로 기대되고 있다. 자기 조립을 통해 3차원으로 구조를 제조하는 것은 놀라운 일이며, 이러한 일은 또한 병렬적으로 진행될 수 있기 때문에 수백만 혹은 수십 조개의 구조가 동시에 제조하는 것이 가능하다. GTB

새로운 초전도 물질의 발견
일본 토호쿠 대학 원자 분자 재료 과학 고등 연구 기구의 연구 그룹은 전기가 흐르지 않는 절연체에 플라스틱을 조합해 전압을 거는 것으로 초전도 상태를 만들어 내는 것에 성공했다.
절연체를 전계 효과에 의해 초전도 상태로 만든 것은 세계 최초이다. 이 성과는 카와사키 교수가 연구 대표인 JST의 전략적 창조 연구 추진 사업 팀형 연구 CREST의 연구 영역 ‘나노 계면기술의 기반 구축’의 연구과제 ‘산화물·유기 분자의 계면화학과 디바이스 학리의 구축’에 의해서 얻을 수 있었다.
카와사키 교수에 따르면 초전도 물질 발견의 역사를 보고 3종류의 방법이 있다고 한다.
그 첫번째는 전기가 흐르는 금속끼리 혼합해 초전도 물질을 만드는 방법으로 1910년대 초전도 연구의 여명기에서부터 1970년대까지 주류였던 방법이다. 그러나, 폭넓게 실용화할 수 있는 온도에는 아직 도달하지 못했다.
두번째는 동등한 산화물에 혼합해 초전도 물질로 하는 방법으로 1980년대에는 여러가지 조합으로 실험을 해 고온 초전도 붐을 야기했다. 이 방법에서는 다양한 시도가 지금도 계속되고 있다.
세번째 방법은 전기의 흐름이 없는 물질에 전압을 걸면 전기가 흐르게 된다는 전계 효과를 이용하는 것으로 이것이 카와사키 교수들이 이용한 수법이다. 이번 성과에 대해 카와사키 교수는 “완전한 절연체가 초전도 상태가 되는 것은 초전도 물질 재료의 후보가 무한해 지는 것을 뜻한다. 이것은 매우 큰 진보이다”라고 말한다.
세번째 방법에 따르는 시도 자체는 이미 50년 전부터 진행되고 있었지만, 지금까지 성공했다는 사례는 없었다. 2000년부터 2001년에 걸쳐 이 방법이 성공했다는 논문이 미국의 벨 연구소의 연구원으로부터 나와 큰 화제가 되었지만, 후에 날조라는 것이 밝혀진 바 있다.
카와사키 교수들은 어떻게 성공으로 이끌 수 있었던 것일까? 초전도 상태로 하기 위해서는 초전도 물질에 많은 전자를 모을 필요가 있다. 그 때문에 높은 전압을 걸어야 하는데, 절연체는 정해진 이상이 전압을 걸면 방전해 버린다. 이것을 절연 파괴라고 한다. 절연체에 보다 강한 절연체를 붙이는 기존의 방법에서는 초전도가 되기 전에 절연 파괴가 일어나 버린다. 그 때문에 지금까지 성공 사례가 없었던 것이다.
거기서 발상을 전환했다. 그것이 유기물 절연체의 사용이다. 이 유기물 절연체로서 이용한 것이 폴리머 전해질(폴리에틸렌 옥사이드에 무기 전해질을 분산시킨 것), 즉 플라스틱이다.
이 방법으로는 건전지 정도의 낮은 전압으로 대량의 전자를 모을 수 있어 절연 파괴가 일어나지 않는다. 카와사키 교수들이 진행한 방법은 절연체로서 티탄산 스트론튬을 이용해 전극을 붙인다. 거기에 플라스틱 층을 붙여 회로를 제작해 여기에 전압을 걸어 냉각했는데 -272.85도에서 초전도 상태가 되었다.
카와사키 교수는 “이번에는 매우 낮은 온도이지만, 우선 제3의 방법으로 성공할 수 있었다. 향후 얼마나 온도를 오릴 수 있을까 기대를 걸고 있다”고 했다.
사실 이번 성공의 포인트 중 하나인 유기물 절연체의 아이디어는 공동 연구자인 토호쿠 대학 금속재료 연구소의 이와사 히로시 교수의 것이다.
카와사키 교수와 같은 시기에 토호쿠 대학의 금속재료 연구소에 초빙된 이와사 교수는 유기 일렉트로닉스의 전문가다. 산화물 일렉트로닉스의 전문가인 카와사키 교수와는 나이도 비슷해 분야는 다르지만 라이벌이라 할 수 있는 존재이다. 이번 연구에서는 카와사키 교수는 절연체를 담당, 이와사 교수가 폴리머 전해질을 담당했다.이번 성과는 이 두 명이 같은 연구과제를 진행하면서 태어난 것이다.
“이노베이션(innovation)이라고 하는 것은 타분야의 사람이 같은 연구테마에 대해 힘을 합하는 것으로 태어나는 것이라고 생각합니다” 라고 카와사키 교수는 말했다. 또한 그는 적극적으로 분야 융합을 통해 연구를 하고 싶다고 생각해 왔다. 그래서, CREST로 ‘다른 성질을 가지는 재료의 계면…’이라는 연구과제를 진행할 때 자신의 연구 영역인 산화물에 조합하는 상대로서 유기물의 이와사 교수에 함께 하지 않을 것인지 권유했던 것이다. GTB

컴퓨터를 이용한 새로운 초전도 물질 탐구
물질이 초전도체가 되면 전이 온도이하에서는 저항이 없는 완전한 전도체가 되어 전자가 자유롭게 물체를 통하여 전달될 수 있다. 이 현상은 1911년 네델란드의 Kamerlingh Onnes에 의해서 처음으로 발견되었다. 현재 초전도체는 자기 공명 단층 촬영이나 스위스 CERN의 LHC 입자 가속기의 초전도 자석, 그리고 자기 부상 열차등에 사용되고 있다.
지금까지 많은 초전도 물질이 발견되고 개발되었으나 초전도 현상이 나타나는 온도가 매우 낮다는 문제점이 있다. 따라서 초전도 현상을 유지시켜 주기 위해서 액체 헬륨이나 액체 질소를 사용한다. 액체 질소는 액체 헬륨이 비해서 가격이 저렴하고 끊는 점이 높고 생산하기가 수월하기 때문에 이 온도에서 작동하는 초전도 물질은 기술적 응용이 가능하다. 액체 질소의 끓는점은 77K (영하 196도)로써 초전도를 연구하는 물리학자들은 이 온도를 고온으로 간주하고 있다.
현재까지 가장 높은 전이온도를 가진 초전도 물질은 산화 구리 계열의 화합물인 큐프레이트(cuprate) 로써 전이 온도가 166K (-107℃)이다. 그러나 큐프레이트는 흑연과 비슷한 강도를 가지고 있어서 기계적으로 작업하기가 어렵다는 문제점이 있다. 예를 들면, 지금까지 큐프레이트로 긴 와이어를 제작하는 데 성공하지 못하였다. 큐프레이트는 제작하기도 힘들 뿐만 아니라 종종 독성을 가지기도 한다. 또한 산화 구리 계열의 초전도 물질은 초전도 메커니즘이 완전히 규명되지 못하고 있기 때문에 ‘비전통적인 초전도체 (unconventional superconductors)’로 불리기도 한다.
이에 비해서 전통적인 초전도체는 이와 같은 기계적인 작업의 문제점은 없으나 초전도 전이온도가 0K에서 39K로써 질소의 끊는 점보다 훨씬 낮다는 문제점이 있다. 따라서 과학자들은 전통적인 초전도체이면서 전이 온도가 77K 이상인 초전도 물질을 찾고 있다. 스위스의 취리히 ETH 결정 연구소의 Artem Oganov와 Yanming Ma는 게르마늄 하이드라드(GeH4) 가 비교적 높은 온도에서 초전도가 될 것이라는 계산 결과를 얻었으며 현재까지 알려진 고온 초전도체보다도 공정이 더 쉬울 것이라고 예측하였다. 이들의 연구 결과는 Physical Review Letters에 발표되었다. 이들 연구진의 컴퓨터 계산 결과 게르마늄 하이드라이드는 전이 온도가 64K인 전통적인 초전도체로써 액체 질소의 끊는 점보다 단지 13K가 작다. 이 13K 차이는 주석이나 실리콘 도핑으로 메꾸는 것이 가능할 것이다. 그러나 게르마늄 하이드라이 물질이 초전도체가 되기 위해서는 자동차 타이어의 압력보다 약 백만배 이상인 2메가바의 고압이 필요하다. 이와 같은 압력은 실험실에서는 가능하며, 이미 독일의 한 연구소가 이 압력하에서 게르마늄 하이드라이드 물질을 실험할 계획이다. 연구진은 수행될 실험 결과가 그들의 이론 계산과 잘 일치할 것으로 믿고 있다. 이들 스위스 연구진의 알고리듬을 이용한 SiH4와 같은 다른 물질 계산도 실험 결과와 잘 일치하였다. 연구진은 다음 단계로 Ge와 H와 같은 원소로 이루어진 모든 가능한 안정된 구조를 찾고자 하고 있다. GTB

나노구조를 위한 새로운 나노용접 기술
영국 셰필드 대학(Sheffield University) 연구진은 매우 적은 양의 땜납을 녹여서 복합 나노구조나 회로 속에 나노와이어나 다른 나노물체들을 접합시키는 방법을 개발했다. 이 방법은 실험용 나노전자장치 구조를 만들거나 회로의 상호연결이나 다른 결함들을 수리하는데 사용될 수 있을 것이라고 연구진은 기대한다.
이 프로세스는 나노용접(nanowelding)의 새로운 형식이다. 이 방법은 땜납과 부품들을 함께 녹여서 접합시키는 대면적 용접기술과 닮았다. 이번 기술은 나노기술에서 이제까지 문제시 되었던 강하고 전체 구조의 전기적 성질과 화학적 성질을 조정하기 위해서 쉽게 비틀려질 수 있는 결합을 만드는 방법의 부족을 해결할 수 있을 것이다.
이 논문에서 연구진은 나노용접 방법에 대해서 상세하게 설명했다. 예를 들어 두 개의 금 나노와이어를 함께 융합하기 위해서 연구진은 전체 길이가 아니라 금 나노와이의 끝을 서로 인접시켰다. 이 과정을 관찰하기 위해서 주사전자현미경(scanning electron microscope)을 사용했고 기계적이고 전기적으로 나노구조 주위에서 움직이도록 하는 나노기술 연구에 사용되는 매우 작은 특별한 도구인 나노조정자(nanomanipulator)로 와이어를 움직였다.
연구진은 두 개의 나노와이어의 인접한 끝을 가로질러 금 나노와이어 즉 희생 와이어(sacrificial wire)를 놓았고 두 개의 나노와이어를 연결하는 작은 다리를 남기면서 희생와이어 양쪽 두 점을 전기적으로 절단했다. 나노와이어 다리는 두 개의 나노와이어를 접합시키기 위해서 나노조정자의 짧은 전압 펄스로 충분한 열을 발생시켜 국소부분을 용접시켰다.
나노와이어와 각각의 기능 부품들을 용접하는 능력은 미래 나노기술을 위해서 매우 중요하다고 연구진은 말했다. 새로운 나노용접 기술은 다양한 모양과 다른 화학적 성질을 가진 나노물체를 접합시키는데 사용될 수 있어서 차세대 3차원 나노크기 선 제조에 사용될 수 있을 것이다. 또한 연구진은 또 다른 땜납인 주석-금 합금을 사용해서 나노와이어를 용접했다. 주석-금 합금은 뛰어난 전도성, 낮은 녹는점 그리고 큰 부식 저항 때문에 매우 작은 영역의 용접에 폭넓게 사용되고 있다.
연구진은 인간이라는 중국어와 ‘N’, ‘A’, ‘N’, ‘O’의 매우 작은 글자를 금 나노와이어를 가지고 만들었다. 각 구조는 실리콘 웨이퍼 위에 만들어졌다.
나노용접 방법은 전류나 줄열 가열(Joule heating) 같이 두 개의 나노와이어를 땜납 없이 연결하는 것보다 훨씬 더 좋은 결과를 만들어 내었다. 현재 직접 줄열 가열(direct Joule heating)은 심각한 국부 과열 때문에 나노와이어 모양에서 심각한 변화를 유발시키는 경향이 있어서 비교적 큰 백금 나노와이어를 용접하는데 단지 성공했다. 용접점(weld point)에서 희생 나노와이어를 녹이는데 직접 나노와이어를 녹이는 대신에 줄열 가열을 사용함으로서 조절할 수 있고 안전하며 전도성이 있는 용접을 만들어 내었다. 나노땜납의 사용은 접합의 화학적 성질과 성능을 나노크기에서 다룰 수 있기 때문에 흥미롭다. GTB

제올라이트 합성에서의 뛰어난 진보
중국과학원(Chinese Academy of Science, CAS) 달리안 물리화학 연구소(Dalian Institute of Chemical Physics)의 티안 지지안(Tian Zhijian) 교수와 연구진은 분자체(molecular sieve)로 알려진 미세기공 고체의 일종인 알루미노규산염(aluminosilicate)으로 구성된 제올라이트(zeolite) 중합에서 뛰어난 진보를 이루어내었다. 제올라이트는 가정용과 상업용 물 세정, 연화 그리고 다른 적용에서 이온-교환 베드(ion-exchange bed)로 넓게 사용되었다. 제올라이트는 분자들을 트랩하거나 분리시키는데 사용된다(단지 어떤 크기와 모양을 가진 분자들은 통과시킨다). 그래서 제올라이트는 H2O, CO2, SO2 가스를 정확하고 특별하게 분리하는데 적용할 수 있다. 또한 불활성 가스, N2, O2, 프레온 그리고 포름알데히드(formaldehyde)를 분리하는데도 적용된다. 그러나 현재까지 이런 가스의 처리를 향상시키는 진정한 잠재력은 아직 알려지지 않았다.
이번 연구진은 제올라이트 합성을 위해서 이온열 중합(ionothermal procdure) 방법을 사용하였다. 이 방법은 기존의 열수 중합(hydrothermal procedure)과 반대되는 개념으로 영국 세인트 앤드류 대학(University of St. Andrews) 루셀 모리스(Russel Morris)와 연구진이 2004년에 처음 개발하였다(Nature 430, 1012-1016 doi: 10.1038/nature02860). 이온열 중합은 제올라이트를 만들기 위해서 용매와 템플릿으로 이온 액체나 공융 혼합물(eutectic mixture)을 사용한다. 제올라이트 정자(zeolite crystallite)를 성장하는 표면은 유기 템플릿 양이온과 거의 언제나 상호작용하지만 분자 용매와는 거의 언제나 상호작용을 하지 않는다. 이온열 중합은 이온 액체를 가열할 때 압력이 전혀 발생하지 않기 때문에 대기압에서 할 수 있다. 기존의 열수 중합 과정에서는 압력이 발생해서 특별한 안전 대책이 필요한 것과는 대조적이다. 연구진은 이온열 중합으로 알루미노규산염 제올라이트 구조 속에 마그네슘을 성공적으로 삽입해서 새로운 종류의 결정 제올라이트인 MAPO-11을 만들었다. 더 나아가 새로 중합된 분자체 위에 백금을 삽입함으로서 탄화수소의 수첨이성화(hydroisomerization)에서 뛰어난 반응성을 보이는 촉매를 만들었다. 이 촉매는 매우 유망하게 산업에 적용될 수 있을 것이다. 이 연구는 National Natural Science으로부터 지원을 받았다. GTB

혈액 감지와 건강 모니터링에 사용되는 탄소 나노튜브가
코팅된 스마트 실
전기를 전도할 수 있게 탄소나노튜브가 코팅된 ‘스마트 실’은 혈액을 감지하고 건강을 모니터링할 수 있게 부드러운 직물로 직조될 수 있다고 미시간 대학 연구원들이 발표하였다.
“현재 스마트 직물은 주로 금속이나 광학섬유들로 만들어지는데 이들은 깨지기 쉽고 편안한 감을 주지 못하며 특히 금속은 부식되기도 한다. 이러한 전자 직물은 세척하는 데에도 문제점이 있다. 우리는 보다 쉽고 좋은 방법을 발견하였는데 두 개의 섬유, 즉 천연섬유와 나노기술이 만들어낸 나노섬유를 조합하는 것이다”라고 미시간 대학 화학공학, 재료과학 기술 및 바이오의 공학과의 교수인 니콜라스 코토브(Nicholas Kotov)는 말한다. 코토브 교수와 화공과의 박사과정 학생인 심봉섭은 Nano Letters에 현재 발표된 논문의 공동저자들이다.
이러한 ‘전자 직물’을 만들기 위해서 연구원들은 1.5 밀리미터의 두께인 면 실을 탄소 나노튜브가 들어있는 물 속에 넣은 후에 다시 에탄올에 특별히 진득한 고분자가 들어있는 용액 내에 넣었다. 단지 2~3번 양쪽의 용액에 넣었다가 건조시킨 후에 직물은 LED 장비의 조명을 할 수 있을 정도의 충분한 전력을 배터리에서 전도할 수 있게 되었다.
“이는 매우 쉬운 방법이다. 단지 몇 번의 과정을 반복하면 일반적인 면이 전도성인 탄소나노튜브에 의해 전기를 통할 수 있게 된다”라고 코토브는 말한다. 직물에서 감지할 수 있는 유일한 변화는 탄소 때문에 색이 검게 변했다는 것이다. 이 직물은 휘게 할 수도 있고 부드럽다.
전도성을 실용화하기 위해 연구원들은 탄소 나노튜브 용액에 항체 안티-알부민을 첨가하였다. 안티-알부민은 혈액 속의 단백질인 알부민과 반응한다. 연구원들이 그들의 안티-알부민이 스며든 스마트 직물을 알부민에 노출시켰을 때 전도성이 급격하게 증가하는 것을 발견하였다. 이 새로운 재료는 다른 전자 직물보다 간단하고 내구성이 우수할 뿐만 아니라 보다 감도가 좋고 선택성이 우수하다고 코토브는 말한다.
혈액을 감지할 수 있는 의복은 위험도가 높은 전문인들에게 매우 유용하다고 연구원들은 말한다. 예를 들면, 인사불성의 소방관, 매복 군인 및 사고를 당한 경찰관은 중앙 관저에 조난 신호를 보낼 수 없다. 그러나 스마트 의복은 이들을 할 수 있다. 코토브는 이동전화와 같은 통신장비는 의복으로부터 중앙 사령부에 정보를 잘 전달할 수 있다고 말한다.
“탄소 나노튜브가 면직물에 코팅된, 전기적으로 감도가 좋은 의복의 개념은 충분히 유연하며 고성능 의복뿐만 아니라 다양한 건강 모니터링에도 작용될 수 있다”고 코토브는 말한다. “이러한 재료로 만들어진 의복들이 에너지를 수확하고 저장하여 작은 전자장비에 동력을 줄 수 있게 디자인 될 수 있다는 것은 충분히 상상 가능한 일이다. 그러나 이러한 개발들을 하는 데에는 오랫동안의 시간이 걸렸으며 다양한 어려움을 극복해야 했다”고 연구원들은 말한다. GTB

면발광 레이저(VCSEL)로 세계 최고의 전기 광변환 효율 달성
저소비 전력으로 그린 IT, CO2 삭감에 공헌 
후루카와(Furukawa) 전공은 면발광 레이저(VCSEL)로 세계 최고가 되는 전기 광변환 효율 62%를 달성하였다.
전기 광변환 효율의 향상은 소비 전력의 삭감에 직접적으로 연결되기 때문에 이번에 개발한 VCSEL을 이용함으로써 저소비 전력 레이저가 실현 가능하게 된다. 향후 데이터-전송 용량의 비약적 확대에 의해 처리 능력이나 소비 전력, 발열이 문제가 되고 있는 데이터-서버에 도입이 진행되는 광 인터커넥션(inter-connection) 모듈이나 산업용도의 가공용 고출력 레이저 등에 응용함으로써 그린 IT, CO2 삭감의 공헌을 기대할 수 있다.
개발 배경으로는 VCSEL에서는 여러 가지 특징(주 1)이 실증되고 있지만 환경 조화 제품을 실현하는데 있어서 중요한 저소비 전력 동작으로 특성 개선의 여지가 남아 있었다. 후루카와 전공은 레이저 설계나 소자 제작 방법을 규명함으로써 세계 최고가 되는 전기 변환 효율(62%)을 달성하였다.
개발에 있어서는 후루카와 전공에서 생산되는 광섬유 앰프용 980nm 레이저로 실적이 있는 고품질인 InGaAs(인디움·갈륨·비소)를 활성층으로서 이용하였다고 한다. 결정 성장에는 원자층 레벨로 두께 제어 가능한 분자선 에피택시(지식리포터 주)(MBE) 기술을 이용하였다. 이 재료에서는 고효율인 발광 특성을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 초고속 동작의 실현이 가능하다는 장점도 있다.
그리고 VCSEL에서는 통상의 레이저와 달리 전류 경로와 레이저 공진기 방향이 일치하기 때문에 전기적 손실과 광학 손실과는 트레이드오프(trade-off)의 관계가 된다. 이러한 트레이드오프를 최소한으로 억제하기 위해서는 재료의 기본 특성까지 포함된 정량적인 파악이 불가결하다. 전기적 손실의 저감은 후루카와 전공이 장기간 광섬유 앰프용 펌프 레이저로 배양된 반도체 레이저 프로세스 기술로 철저한 검토를 실시하여 전기적 손실 삭감에 필요한 전기 저항을 내림으로써 실현되었다. 또한 광학 손실에 관해서는, 전기 손실과 트레이드오프의 관계이지만 레이저 공진기 내의 막 두께를 MBE 기술을 구사하여 정밀 제어함으로써 전기 손실을 최소한 억제하면서 광학 손실을 억제시키는 것에 성공하였다. 현재 광전송 장치로 이용되는 일반적인 전기 광변환기(트랜스시버)의 PCE는 30~40%이다. 지금까지 최고의 PCE는 독일 Ulm 대학이 1997년에 보고한 57%이었지만 전류 증가에 따라 효율이 크게 감소하였다. 이러한 VCSEL은 병렬형의 광 인터커넥션 모듈이나 레이저 가공용 고출력 레이저로서 고효율인 레이저 광원으로서 기대되고 있다. GTB

적외선을 이용한 유연한 고분자 트랜지스터 인쇄
컴퓨터와 텔레비젼 수상기에 유연성을 가지는 고분자 물질을 이용하면 향후 두루마리형의 모니터와 새로운 전자 제품을 개발하는 데에 많은 도움을 줄 것이다. 현재 이러한 개발을 위하여 많은 과학자들이 새로운 기술을 개발하고 있다.
한국의 서울대학교에서는 최근에 유연성이 있는 고분자 트랜지스터를 이용하여 인쇄 기법을 이용하여 아주 간단하게 적외선과 결합된 공정으로 트랜지스터를 제작하는 기술을 개발하였다. 본 연구는 응용 물리학 레터스(Applied Physics Letters) 최근호에 발표되었다.
이러한 방법으로 제조된 반도체는 차세대 플렉시블 전자 소자를 기본으로 하는 다양한 전자 제품에 적용이 될 것으로 기대된다.
본 연구를 주도한 이 홍 교수는 이 기술은 매우 저렴한 가격으로 고분자 반도체를 제조하는 기술이면서 동시에 매우 좋은 성능을 보인다고 설명하였다. 본 연구는 전도성 고분자인PEDOT를 100나노미터 두께로 코팅하여 소스-드레인, 게이트를 연결하였다. 모든 공정은 고분자를 기반으로 하여 유연성있는 기판에 적용이 가능하다. 또한 적외선이 조사되었을 때에 PEDOT 박막은 경화 현상을 보이는 것이 본 연구의 중요 특징이다.
특별히 압력을 가하지 않으면서 적외선 조사만으로 패턴을 형성할 수 있어서 공정을 매우 간단하고 저렴하게 만들 수 있는 장점이 있는 것이 특징이다. GTB