금속에 미소한 구멍 자유자재로
物材機構 4-50나노의 다공체
물질·재료연구기구는 지금까지 제작이 어려웠던 직경 4-50나노미터 사이즈의 미소한 구멍이 무수하게 뚫린 금속 다공체를 만드는 기술을 개발했다.
2차 전지나 연료전지 등에 사용하는 전극의 성능향상을 비롯해 폭넓은 응용을 기대할 수 있다고 한다. 미리 만든 적당한 크기의 폴리머를 주형(鑄型)으로 사용하고 주위에 도금 기술을 이용하여 금속을 석출시킨 뒤에 폴리머를 제거한다. 폴리머의 종류를 바꿈으로써 구멍의 크기를 제어할 수 있어 여러 가지 금속 다공체를 만들 수 있다. 이 기술을 사용하여 직경 15나노미터의 구멍이 뚫린 금속의 다공체를 시작했다. 1그램 당 표면적은 70평방미터로 미립자 상태의 백금의 2배나 되었다. 지금까지도 직경 50나노미터 이상의 구멍이 뚫린 다공체와 동 4나노미터 이하의 것은 제작할 수 있었으나 그 중간 크기의 미소한 구멍은 만들지 못했다.
이 영역의 구멍을 만들 수 있게 되면 큰 분자를 구멍 속에 넣을 수 있게 되고 표면적도 넓은 금속 다공체를 만들 수 있다. 전극 등에 사용하면 효율적으로 반응이 진행될 수 있게 된다. 일간공업

LED Droop 현상을 극복하기 위한 과학자들의 연구
LED(발광다이오드)는 백열전구에 비해 훨씬 가볍고, 오래갈 뿐 아니라 최근에 개발된 LED의 경우 백열전구와 같이 따뜻한 백색광을 나타낼 수 있어 백열전구와 형광등을 대체할 친환경 조명으로 주목받고 있다. 이러한 여러 가지 장점들 중에서도 LED를 빛나게 하는 가장 큰 장점은 LED의 높은 광변환 효율이다. LED는 기존의 백열전구의 1/8에 해당하는 전력만으로도 동등한 밝기의 빛을 낼 수 있다. 그럼에도 불구하고 조명용 광원으로서 LED의 보급이 부진한 이유는 Droop이라고 이름 붙여진 효율저하 현상 때문이다. Droop현상은 LED에 흐르는 전류가 커짐에 따라 LED의 발광효율이 급격하게 감소하는 현상으로 조명용 LED의 경우 밝기증가를 위한 전류증가는 필연적이기 때문에 Droop현상을 극복하지 못하는 한 LED를 이용한 고효율의 조명은 어려울 것으로 보인다. 불행하게도 현재까지 Droop 현상을 제거하기 위한 방법은 물론 Droop현상이 일어나는 원인 또한 정확히 알려진 바가 없다. Wales 출신의 물리학자이자 과학저술자인 Richard Stevenson은 지난 8월 IEEE Spectrum을 통해 현재까지 보고된 Droop현상에 대한 다양한 이론과 과학자들이 진행하고 있는 Droop현상의 완화를 위한 연구가 정리된 Review논문을 발표하였다. Stevenson의 논문에는 Droop 현상의 원인을 규명하고자 하는 다양한 연구팀의 이론이 잘 정리되어 있다. 그 첫 번째는 BLUE LED를 최초로 개발, 노벨상을 수상한 Shuji Nakamura의 연구팀의 이론이다. Shuji Nakamura 연구팀은 LED에서 전자가 양의 전하를 띠고 있는 가상의 입자인 정공과 결합할 때 빛을 방출하는 과정을 관찰하는 방식으로 Droop 현상의 원인을 규명하고자 한다. Shuji Nakamura 연구팀이 주장하는 바에 따르면 LED에서 빛을 방출할 때 일어나는 전자-정공 재결합과정은 LED내부에 존재하는 결함에서 일어난다. 따라서 LED가 방출할 수 있는 빛의 양은 LED를 통해 흐르는 전류의 양보다는 LED 내부에 존재하는 한정된 숫자의 결함의 개수에 따라 결정되며 이러한 점 때문에 일정 값 이상의 전류가 흐를 때 LED의 밝기가 더 이상 커지지 않는 Droop현상이 일어난다는 것이 Shuji Nakamura 연구팀의 이론이다. Shuji Nakamura의 연구팀과는 다르게 해석하고 있는 과학자들도 있는데 그들의 주장에 따르면 LED내부에 일정 값 이상의 전류가 흐를 때 전자와 정공의 일부는 재결합이 일어날 수 있는 위치가 아닌 다른 장소로 새어나가게 되고 이러한 전자-정공의 누설이 Droop현상을 일으킨다는 것이다. Droop현상을 설명하는 또 하나의 가정은 전자-정공의 재결합 과정 자체의 효율이 낮기 때문에 Droop현상이 일어난다는 것이다. 이 경우 LED를 통해 흐른 전류의 상당부분이 광자(Photon)를 만들어 내지 못하고 음향자(Phonon)의 형태로 방출되게 되어 Droop 현상이 일어날 수 있다. 여러 과학자들이 Droop현상에 관한 이론적인 접근을 하고 있는 반면 한편에서는 공학적인 접근방식으로 Droop현상을 감소시키기 위한 노력이 진행되고 있다. Philips Lumileds Lighting사는 Droop현상을 극복한 LED를 개발 했다고 발표했다. 그들의 설명에 따르면 새롭게 개발된 LED는 특별히 고안된 구조로 제작되어 매우 높은 전자-정공 재결합률을 가지며 Droop현상을 상당부분 개선하였다고 한다. ACB

효과 10배인 새 투명단열재를 개발
온실효과 가스 반감, 11년도 실용화를 목표
(재)파인세라믹스센터(JFCC)는 종래의 일반적인 단열재료(주택 등의 단열벽 내)에 비교해서 약 10배의 단열효과가 있다. 복수의 다공질 세라믹스 재료를 개발하는데 성공했다. 특히 초임계 건조법으로 제작했다. 내부에 직경이 20~30나노미터의 구멍이 무수하게 뚫린 실리카계의 다공질재료(기공률 90% 이상)는 투명성과 단열성을 양립한 획기적인 재료이다. 구멍의 사이즈가 빛의 파장 이하이기 때문에 반투명유리와 같은 산란을 일으키는 일 없이 가시광에 대해 투명성을 유지하고 있다. 또 대량의 극소 구멍이 격자진동, 공기의 대류에 의한 전열을 억제함으로써 외부와의 열의 출입을 차단한다. 이 새 단열 재료를 유리창을 두 겹 겹친 사이에 끼워 넣어서 어느 정도 진공배기함으로써 획기적인 단열성능을 갖는 창문 재료를 개발할 수 있다는 것을 알았다. 이 초단열 창문 재료를 주택 등에 사용하면 외부기온의 영향을 잘 받지 않게 되어 냉난방 효율이 향상되므로 일반 유리창을 사용한 주택 등과 비교하여 광열비를 대폭 절약할 수 있을 것으로 기대된다. 이에 따라 에너지 소비량, 온실효과 가스배출량이 대폭 삭감되어 에너지 절약, 지구온난화 대책에 크게 공헌할 수 있으리라 생각된다. 앞으로 실용화를 위해 사방 30센티의 실리카 다공질 세라믹스 재료를 개발할 예정이다. CJ

미국에너지국 - 터빈시스템 프로젝트 수행 대학 선정결과 발표
미국 에너지국 산하의 화석연료 에너지국은 터빈시스템연구 프로젝트를 수행하게 될 3개 대학을 선정하고 그 결과를 발표했다. 터빈시스템연구 프로젝트 수행대학으로 선정된 대학의 연구원들은 석탄으로부터 추출해낸 연료와 수소연료를 에너지원으로 사용하는 터빈시스템의 고효율화와 환경친화적 운용을 위한 기술개발을 목적으로 터빈시스템과 관련된 물리와 화학에 대해 연구하게 될 것이다. 높은 에너지 효율을 가지는 동시에 환경 친화적인 터빈시스템의 개발을 위해선 매우 높은 온도에서 사용할 수 있는 재료의 개발, 연료의 연소와 관련된 다양한 현상들에 대한 정확한 이해, 그리고 고온에서 작동하는 터빈을 구성하는 부품들을 보호하기위한 혁신적인 냉각기술의 개발이 필수적이다. 이러한 기술들은 비단 석탄추출연료 및 수소연료를 사용하는 터빈시스템의 개발에만 요구되는 것이 아닌 모든 터빈시스템의 고 효율화에 매우 중요한 역할을 하는 요소이다. 미국 에너지국의 UTSR 프로그램의 목적 크게 두 가지로 나눠지는데 그 첫째는 비영리 목적으로 수행된 연구결과를 가스터빈산업분야에 제공하는 것이며 두 번째는 UTSR을 수행하게 될 대학의 학생들의 프로젝트 참여를 통해 관련분야 인력을 양성하는 것이다. UTSR 프로그램은 국립에너지 기술 연구소의 관리 하에 진행될 것이다. UTSR 프로그램의 일환으로 진행되는 프로젝트들은 석탄추출연료 및 수소연료를 사용하는 터빈시스템의 연소, 열전달, 재료에 관한 연구에 초점을 맞춰 진행될 것이다. UTSR 프로그램의 일환으로 진행될 3가지 프로젝트는 다음과 같으며 그 첫 번째는 터빈시스템에 적용될 세라믹 재료에 관한 것이다. 
● University of Texas El Paso
Texas University에서 수행할 프로젝트는 터빈시스템의 높은 온도로 부터 터빈엔진의 구성요소들을 보호하는 내열코팅(Thermal Barrier Coating)에 관한 연구로 프로젝트를 통해 개발될 내열코팅기술이 성공적으로 적용될 경우 터빈시스템의 작동온도를 더욱 높일 수 있으며 이를 통한 터빈시스템의 고효율화가 가능할 것으로 예상된다. Texas University의 연구원들은 고효율의 수소터빈시스템에 적용될 내열코팅제로 나노 구조의 하프늄 산화물 기반의 코팅제 개발을 제안했다. Texas University에서 수행할 프로젝트의 목적은 우수한 내열특성, 내구성, 신뢰성을 가지는 내열코팅제를 개발하는 것으로 Texas University의 연구원들이 제안한 하프늄 산화물 계열의 물질은 우수한 내열성, 내구성, 신뢰성, 내부식성, 그리고 코팅물질과 코팅될 부품과의 높은 밀착력을 지닌 것으로 알려져 있다.
● Pensylvania State University
Pensylvania State University에서 수행하게 될 프로젝트는 가스터빈의 연소 시 발생하는 이산화탄소 및 수분이 고농도 수소함유 연료를 사용하는 터빈시스템의 연소와 점화에 미치는 영향에 대한 조사를 목적으로 하며 이를 위해 Pensylvania State University의 연구원들은 터빈에서 연소되는 연료의 화학적, 운동역학적 거동에 대한 모델링결과와 실제 실험결과를 비교하는 연구방식을 제안하였다. Pensylvania State University에서 제안한 연구는 가스터빈 시스템에서의 연소지연문제 및 고압의 터빈내부 구조물들의 산화거동에 대한 실험적 데이터베이스 구축에 큰 역할을 할 것으로 보이며 본 프로젝트의 최종목적은 구축된 데이터베이스를 바탕으로 고농도 수소함유 연료를 사용하는 가스터빈시스템의 연료혼합비율과 운용방식 등에 대한 가이드라인을 제시하는데 있다.
● Texas A&M University
Texas A&M University는 가스터빈엔진 디자이너를 양성하는 프로젝트를 진행할 예정이다. Texas A&M University는 본 프로젝트를 통해 가스터빈의 정상적인 동작을 방해하는 2차 가스 흐름과 이러한 가스의 흐름이 가스터빈에 미치는 영향, 그리고 2차 가스가 배출되는 배기부를 냉각하기위해 사용되는 Film이 2차 가스에 의한 가스터빈의 손상을 줄이거나 억제시키는데 미치는 영향에 대한 정성적인 정보를 가지고 있는 가스터빈엔진 디자이너를 양성하는 계획을 가지고 있다. Texas A&M University의 연구원들은 다양한 가스터빈의 외벽 구조 설계에 대한 연구를 통해 가스터빈 외벽의 구조와 형태에 따른 2차 가스 발생 양상과 이에 따른 가스터빈의 성능 변화에 대해 분석하여 2차 가스의 발생과 그에 따른 피해를 최소화 할 수 있는 구조를 디자인 할 것이다. ACB

구조용 고강도 세라믹스의 압출성형 가공
특수강이 특히 자동차 산업에 있어서 널리 사용되고 있는 것은 「다종 다양한 특성을 갖는 저가의 합금」이라는 것이 큰 이유이다. 그러나 최근 희소금속의 입수가 어려워지고 있다는 점, 또한 CO2의 삭감을 위해 더 높은 연비성이 요구됨에 따라 자동차 업계로서는 희소금속을 이용하지 않고 그리고 연비향상에 기여할 수 있는 경량의 값싼 그리고 다양한 특성을 발현할 수 있는 신소재가 요구되고 있다. (주)이스먼제이는 이러한 요망에 부응할 수 있도록 새 세라믹스 분말「연소합성 실리콘 합금 : 메라믹스」시리즈를 개발했다. 이 소재는 Si, Al, O, N의 4원소로 구성되어 제어형 연소합성법으로 합성된 세라믹스이다. 이 합성방법은 질소분위기에서의 자기지속형 발열현상을 이용하기 위해 기본적으로 투입 에너지를 필요로 하지 않고, 값싼 제조가 가능함과 함께 CO2의 발생이 없다. 또한 구성 4원소의 비율을 바꿈으로써 다양한 특성을 가진 분말합성이 가능하다. 비중은 3.2g/cm3로 철의 1/2.5의 가벼운 무게이면서 영율은 특수강에 가까운 값을 갖는다는 점에서 특수강에 대한 치환이 용이하다.
일반적으로 세라믹스의 압출성형이 유기 바인더와 세라믹스 분말을 혼합한 컴파운드가 이용되고 있는데 유기바인더를 제거하는 탈지공정이 필요하다. 그러나 메라믹스는 분말, 물, 무기바인더(몬모릴리로나이트)를 질량비 75:23:2로 혼합함으로써 물 컴파운드 소위 배토를 만들고, 그것을 고속으로 진공 압출함으로써 탈지공정이 불필요한 성형 프로세스를 구축할 수 있다. 건조 후의 강도는 높아 보통의 기계가공에 의해 여러 가지 형상의 제품제작이 가능하다. 또 소결 후의 기계 가공도 종래의 구조용 파인세라믹스와 비교하여 용이하다는 점이 실증되었다. CJ

비선형 광학재료 KTP의 상전이 구조를 원자 레벨에서 해명
東京工業大學·總合理工學硏究科의 八道正知准 교수 등은 비선형 광학재료 티탄산 인산 칼륨(KTiPOP4, KTP)의 상전이 메커니즘을 원자 레벨에서 해명하고, SHG(2차 고조파 발생)강도와 구조의 상관을 밝혀냈다. TKP는 우수한 비선형 광학재료로서 폭넓게 이용되고 있다 KTP의 비선형 광학특성은 1207K에서 일어나는 강유전-상유전 상전이와 밀접한 관계가 있음에도 불구하고, 973K보다 높은 온도에서 결정구조는 알려져 있지 않았다. 이번에 고온 중성자 및 방사광 회절 실험을 실온~고온 1358K까지 실시하여 KTP의 결정구조를 결정했다. 이 연구로 세계 최초로 고온 KTP의 결정구조(공간군 Pnan)을 결정했다. 고온 Pnan상은 대칭 중심에 있는데 비해 저온 Pna21상에서는 K원자의 점유율의 차와 K원자의 변위의 절대값이 온도상승에 따라 작아져 전이온도 이상에서는 0이 된다. 이것은 KTP의 상유전 - 강유전 상전이가 K원자의 점유 상태의 변화와 K원자의 변위에 의해 야기되는 질서 - 무질서형과 변위형이 혼합한 상전이라는 것을 나타내고 있다. 또 결정된 격자 정수,원자위치와 점유율로 계산한 자발 분극은 온도의 상승과 함께 감소하여 전이 점 이상에서 제로가 되는데, 이 거동은 SHG강도의 온도 의존성과 유사하다. CJ

자기조립물질을 이용한 Inverse Photoconductor 개발
North Western University의 Crzybowski 연구팀은 자기조립 및 자기조직화 나노재료에 대한 연구를 진행하고 있다. Crzybowski 연구팀이 가장 집중적으로 연구하는 분야는 여러 가지 물질들 간의 다양한 반응을 이용해 자기조립물질을 합성해 내는 ‘동적 자기조립’분야 이다. Crzybowski팀이 개발한 기술 중 가장 주목받는 것은 Inverse Photoconductor이다. Crzybowski 연구팀의 Inverse Photoconductor에 대한 연구결과는 Nature를 통해  발표되었다. Photoconductor는 빛에 의해 전기전도도가 변하는 물질로 일반적인 Photoconductor의 경우 빛의 입사되면 전기전도도가 증가하는 성질을 가진다. 이에 반해 Crzybowski 연구팀이 개발한 Inverse Photocunductor의 경우 빛이 입사될 경우 전도도가 낮아지는 특성을 보여준다. Nature지를 통해 소개된 바에 따르면 Plasmonic 물질인 Inverse Photocunductor의 가장 큰 특징은 나노입자와 나노입자를 지지하는 역할을 하는 자기조립물질층으로 구성된 Photoconductor의 빛에 의한 전도도 변화가 자기조립물질 층의 상태에 따라 감소하는 방향으로도 또 증가하는 방향으로도 변할 수 있다는 점이다. 자기조립물질 층이 전하를 띠지 않는 중성일 경우 Photoconductor는 기존의 Photoconductor와 같이 빛의 입사에 따라 전기전도도가 증가하는 반면 자기조립물질 층이 음전하 또는 양전하의 전하를 띠고 있을 경우에는 빛에 의해 전기전도도가 감소하는 Inverse Photoconductor의 특성을 보인다. 연구팀에 따르면 Inverse Photoconductor는 구성물인 나노입자 및 자기조립물질의 혼합을 통해 광전도도를 매우 자유롭게 변화 시킬 수 있으며 이러한 특성은 Inverse Photoconductor의 매우 다양한 용도로의 응용을 가능케 해줄 것으로 보인다. 연구팀을 이끌고 있는 Crzybowski는 보통의 연구팀과는 다르게 다양한 분야를 전공한 전문가들로 구성된 연구팀을 만들어 가고 있다. Crzybowski의 연구팀은 물리학, 분석화학, 통계물리학, 열역학, 세포생물학, 화학생물학 등의 다양한 분야를 전공한 각양각색의 사람들로 구성되어있다. Crzybowski연구팀의 또 한 가지 흥미로운 점은 자기조립물질 및 자기배열물질관련 기술의 거시적인 분야로 적용한다는 점이다. 그들은 웹사이트를 통해 연구팀이 수행한 자기배열기술의 거시적 활용에 관한 연구에 대해 다음과 같이 설명하고 있다. “우리는 자기배열과 자기조립의 사회학적 이해에 매우 큰 관심을 가지고 있습니다. 우리 연구팀이 수행한 자기배열과 자기조립 기술의 거시적 분야로의 적용에 대한 한 가지 예로는 화학반응의 네트워크에 관한 연구를 들 수 있습니다. 우리는 이 연구를 통해 무작위로 배열된 원자 또는 분자들이 어떻게 잘 맞춰진 퍼즐처럼 배열되어 새로운 화합물을 만들어지는지를 밝혀냈습니다. 이러한 결과들을 이용하면 어떤 화학반응에 의해 새로운 물질이 생성되는 과정에서 일어난 일과 앞으로 벌어질 일들에 관해 예측할 수 있는 통계적 이론을 정립하였으며 이를 이용 다양한 화학반응을 통해 생성될 가장 가능성이 높은 물질과 그 물질의 특성 등을 알아낼 수 있습니다.” ACB

압전디바이스 성능향상의 Key, ‘Flexoelectricity’
University of Houston의 과학자들은 압전체를 이용한 발전소자의 성능을 휴대폰, MP3 Player등의 휴대용 가전기기 및 신체에 삽입되어 작동되는 전자기기 전력원으로 사용할 수 있을 정도로 향상시키기 위한 기술 개발을 위한 연구팀을 구성하였다. “압전체를 이용한 발전 소자를 전력원으로 사용하는 나노디바이스는 매우 가볍고, 환경 친화적일 뿐 아니라 방전에 대한 걱정을 하지 않아도 될 것입니다.” 본 연구팀의 리더이며 압전디바이스와 관련된 2개의 프로젝트에 참여하고 있는 Cullen College of Engineering의 Pradeep Sharma교수는 이야기 했다. “비행기나 인공위성의 날개에 설치된 센서를 생각해 봅시다. 센서를 작동시키기 위해 사용되는 베터리가 방전될 때 마다 새로운 베터리로 교체할 수 있을까요? 접근하기 어려운 전기장치들은 자가발전을 해야합니다. 압전체를 전력원으로 이용한 디바이스는 스스로 전력을 공급할 수 있습니다. 방전으로 부터 자유로워 질 수 있죠.” 압전체를 이용한 디바이스는 이미 수년전부터 사용되어 왔으나 그 활용범위가 매우 제한적인 실정이다. Sharma의 연구팀은 기존의 압전체가 가지는 압전특성을 향상시켜 압전체를 이용한 디바이스의 활용범위를 넓히고자 하고 있으며 이를 위해선 ‘Flexoelectricity’라고 알려진 현상에 대한 이해가 필요하다. “Flexoelectricity 현상을 나노스케일의 물질에 적용하면 압전체가 아닌 물질이 압전특성을 가지게 할 수 있습니다. 중요한 점은 Flexoelectricity 현상이 기존의 압전물질에도 적용된다는 것입니다. Flexoelectricity 현상을 이용해 기존의 압전체가 가지는 압전특성을 크게 증가시킬 수 있습니다.” Shrma는 이야기 했다. “바륨티탄산염(Barium Titanate)의 압전특성은 2나노미터 크기의 봉형태로 만들어 압력을 가할 경우 그렇지 않은 경우에 비해 300%이상 향상된 압전특성을 보여줍니다. Flexoelectricity 현상은 강유전 디바이스의 활용범위를 넓혀 줄 것입니다.” Sharm 교수에 따르면 Flexoelectricity 현상은 물질의 크기에 따른 특성이며 물질의 크기가 작아지면 작아질수록 Flexoelectricity 현상에 의한 압전특성 향상의 정도는 커지며 수 나노미터 크기의 입자나 홀을 가진 물질들을 적층하여 만든 나노크기의 박막판 같은 물질은 훨씬 더 큰 Flexoelectricity 효과를 나타낸다고 한다. Sharma와 University of Houston의 세라믹 신뢰성연구소의 책임자인 Ken White는 Flexoelectricity와 탄성과의 관계에 대한 연구를 진행하고 있다. 그들은 단결정 물질에서의 Flexoelectricity와 탄성과의 관계에 대한 연구결과를 보고한바 있다. 2008년 Sharma와 White는 Nanoindentation을 이용한 Flexoelectricity효과와 탄성과의 관계를 측정할 수 있는 실험방법을 고안한 공로로 NSF 상을 수상했다. Sharmar와 White가 고안한 Nanoindentation을 이용한 실험은 AFM(Atomic Force Microscope)의 팁으로 물질에 홈을 내어 경도를 측정하는 방법을 응용했다. “우리는 AFM의 팁으로 시편에 압력을 가할 때 생기는 홈의 크기가 AFM 팁에 가해지는 압력에 비례하지 않을 것이라 예상했습니다. 일반적으로는 시편에 가해지는 압력의 크기가 커짐에 따라 시편에 생성되는 홈의 크기는 커집니다. 시편에 가해진 압력을 생성된 홈의 크기로 나누면 항상 일정한 값을 가지죠, 이것은 물질의 강성을 시험하기 위해 사용되는 매우 기본적인 방식입니다.” Sharmar는 이야기했다. “우리는 시편에 생성된 홈의 크기가 커짐에 따라 강성이 변하는 지를 측정하였고 그결과는 우리의 예상과 일치했습니다. 시편에 가해진 압력에 따라 시편의 강성이 변한겁니다. 이러한 결과는 Flexoelectricity 현상으로 밖에 설명할 수 없는 결과입니다.” 압전체를 이용한 디바이스에 관한 연구는 다양한 연구기관에서 활발히 진행되고 있다. 하지만 현재까지 개발된 압전디바이스의 경우 착용가능한 전자기기의 전원으로 사용되기에는 생산되는 전력의 양이 턱없이 부족하기 때문에 나노캐패시터와 같은 고효율의 에너지저장 기술이 개발되지 않는 한 실용화가 어려운 현실이다. ACB

가시광에서 초친수화 반응
産業技術總合硏究所 나노테크놀로지 연구부문 宮內雅治 주임연구원 등은 저가, 대량 합성이 가능한 프로세스에서 수상(樹狀)의 산화텅스텐을 합성하는데 최초로 성공하여 가시광에서 초친수화하는 박막을 개발했다. 앞으로 실내에서의 오염방지와 김서림 방지 기술에 대한 응용이 기대된다.
지금까지 대표적인 광촉매로 알려진 산화티탄 광촉매는 자외선이 적은 실내용도에 전개하기가 곤란했다. 따라서 가시광 활성이 있는 재료가 기대되어 왔는데, 이전부터 알려진 질소 도프형 산화티탄의 가시광 활성은 불충분했다. 한편, 최근에 들어 백금이나 팔라듐 등의 조촉매(助觸媒)를 담지한 산화텅스텐(WO3)가 고도의 가시광 활성을 가진 광촉매로 주목되고 있는데 초친수화 반응의 예는 아직 보고되지 않았다. 
宮內 주임연구원 등은 간편한 수열법으로 나노 구조를 제어한 수상 WO3를 베이스로 초친수화하는 박막을 개발하는데 성공했다. 조촉매가 되는 금속 팔라듐 입자를 광전착으로 수상 WO3로 석출시킬 때, 빛의 조사 파장에 따라 팔라듐 입자의 담지 위치를 제어할 수 있었다. 팔라듐 조촉매는 소수적(疏水的), 동시에 플라즈몬 흡수에 의해 WO3에 이르도록 빛을 차단해 버리기 때문에 팔라듐 조촉매의 담지 위치는 수상 WO3의 바닥부분이 바람직하고, 바닥부분에 조촉매를 담지한 박막의 경우 가시광의 조사로 초친수성에 이르렀다. 제조 방법은 간편하여 금속 텅스텐을 용매 속에서 가열처리하는 수열법으로 큰 면적의 성막도 가능하다. WO3는 광촉매뿐 아니라 일렉트로닉스, 포토크로믹 특성도 갖기 때문에 이 연구로 얻어진 박막은 이러한 디바이스의 효율 향상도 기대할 수 있다. CJ

精工技硏도 무연화(無鉛化) 기술
새 용매, EU규제에 선수
광 제품·금형에 주력하고 있는 精工技硏은 광통신 부품인 「아이소레이터」에 포함된 납을 전량 제거하는 기술을 개발했다. 아이소레이터 재료의 결정을 만들기 위해서는 용매인 산화납이 필요했으나 무연화할 수 있는 새로운 용매를 발견했다. 유럽연합(EU)의 환경규제에 주목하여 이 부품의 무연화는 2007년, 信越化學工業이 성공을 거뒀다. 精工技硏도 작년 가을부터 뒤따라 실용화를 시작했다.
광통신 부품 「아이소레이터」
아이소레이터는 광통신용 반도체 레이저 등에 넣는 전자부품. 그 소재인 「가넷 결정」은 용매인 산화연(酸化鉛)을 냉각하고 만드는데, 결정 속에 0.5-1%의 납을 포함한다. 精工技硏은 산화엽을 대신할 재료를 찾다가 무연결정을 만드는 용매를 발견했다. 새 용매의 구체적인 조성은 밝히지 않고 있지만 양산 시에 요구되는 두께 1밀리미터의 단결정을 만든 결과, 납 성분이 포함되지 않았다는 것을 확인했다고 한다. 새 용매로 특허를 신청할 예정이다.
무연화는 EU의 환경규제가 엄격해지기 때문. EU는 2006년부터 전자기기 등에서 납의 사용을 원칙적으로 금하는 ROHs(로즈)지령을 도입. 소재 속에 포함되는 납의 양을 1천ppm 이하로 하는 로즈지령의 규정에 아이소레이터는 현 시점에서는 저촉되지 않는다. 그러나 작년에 규제 대상이 되리라는 견해가 강해서 精工技硏도 실용화에서 선수를 쳤던 것이다.
이 지령을 둘러싸고는 2006년 1월, 信越化學工業이 무연화 기술을 공표했고, 다른 회사에서도 연구개발이 추진되고 있다. 精工技硏은 반도체 레이저를 공급하고 있는 메이커에 판매하는 외에, NTT의 차세대 네트워크(NGN)에 따른 광 회선수요도 증가할 것으로 보고 있다. 이미 제품의 전부를 무연 타입으로 교체 판매확대 태세를 갖추었다. 이 회사의 아이소레이터 세계 점유율은 10-15% 정도로 대규모의 한 자리를 차지하고 있다. 이 제품을 포함한 광 제품 사업의 매상고는 약 50억 엔.
▼아이소레이터  광통신용 반도체 레이저 등에 넣는 전자부품. 한쪽 방향으로만 광신호를 보내 반사하여 돌아오는 빛을 차단한다. 화이버 내부의 빛의 흐름을 교통정리하는 역할을 한다. 통신기지국에서 사무실이나 가정으로 연결하는 광화이버 레이저는 매초 2.5기가피토나 10기가피토의 광 점멸을 반복하고 있다. 레이저 빛의 점멸부에 반사광에 들어가면 디지털 기기의 오작동을 야기하게 된다. 여기에 아이소레이터가 필요하게 된다. 일경산업

뉴질랜드, 나노물질 위험성표시제 추진
나노기술이 가진 잠재적인 위험에 대한 세계적인 관심이 높아지고 있는 상황에서 뉴질랜드정부는 과학자들과 인문학자 들과의 협동을 통해 나노물질 위험성 표시제를 추진하고 있다. 뉴질랜드 정부는 나노물질 위험성 표시제 시행을 통해 나노물질이 사용된 제품에 사용된 나노물질을 표기하는 한편 나노물질이 사용된 제품에 대한 데이터베이스를 구축할 것이라고 한다. 나노물질은 최신기술이 적용된 제품에만 사용되고 있다는 일반적인 생각과는 달리 매우 미세하게 분쇄된 사료 등의 나노사이즈 물질은 꽤 오래전부터 사용되어 왔다. 현재에는 화장품, 자외선 차단제, 의류, 식료품, 세탁기, 냉장고를 비롯한 800가지 이상의 소비자 제품에 나노물질이 사용되고 있다. 미국의 과학기술부가 발행한 ‘나노기술의 기회와 위험’이란 보고서에는 나노물질과 관련해 정부가 실행에 옮겨야 할 70가지 정책 대한 리스트가 포함되어있다. 이 보고서의 편집자이자 University of Canterbury의 물리학자인 Simon Brown은 “나노기술이 전자제품 과 컴퓨터의 성능향상을 위해 큰 역할을 하고 있다는 점은 분명하지만 그 뒤에는 이미 알려진 것들 이외에도 함께 잠재적인 위험요소가 분명히 존재합니다.” 라고 이야기 했다. Brown은 뉴질랜드 정부의 노력에 대해 주목할 만은 하지만 아직까지 갈 길이 멀다는 견해를 내비쳤다. “뉴질랜드 정부가 계획하고 있는 나노물질 위험성 표시제 시행은 나노물질이 포함된 제품들의 급격한 증가에 따라 나타날 수 있는 잠재적 위험에 대비한 매우 현명한 결정이라고 생각합니다. 하지만 뉴질랜드 정부가 나노물질 위험성 표시제의 시행을 시급한 사안으로 생각하는 것 같지는 않습니다. 나노 입자가 건강에 악영향을 미칠 수 있다는 것은 이미 누구나 알고 있는 사실이 되었습니다. 우리는 특정 나노입자들이 암을 유발할 수 있다는 사실을 알고 있습니다.” Brown은 이야기 했다. “우리는 안정성이 검증되지 않은 제품을 어떻게 규제해야 할까요? 또 어떻게 하면 최소한의 위험으로 나노기술의 이점을 활용할 수 있을까요?” Brown은 물었다. 나노기술의 잠재된 위험요소가 알려진 사례가 호주에서 일어난 바 있다. 나노물질이 포함된 UV 차단제를 사용한 인부의 땀에 의해 인부가 일하던 지붕이 부식된 사례로, 조사결과 인부가 사용한 UV차단제에는 나노입자가 포함되어 있었으며 인부의 땀에 섞여 나온 UV차단제의 나노입자가 지붕위의 금속과 예상치 못한 반응을 해 일어난 것으로 밝혀졌다. “호주에서 발생한 UV차단제 사건은 우리가 나노기술의 위험성을 쉽게 예측할 수 없음을 보여주는 매우 좋은 예입니다. 나노기술의 잠재적인 위험은 보건, 환경의 문제 뿐 아니라 호주의 예에서 보듯 산업분야에도 심각한 문제를 가져올 수 있습니다. 나노물질 위험성 표시제를 통해 소비자는 나노물질이 포함된 제품에 대한 선택권을 가질 수 있습니다. 하지만 그 자체가 나노물질의 위험을 예방하는 해법이 될 수는 없습니다. 우리가 할 수 있는 또 하고 있는 가장 나쁜 행동은 가만히 앉아 지켜만 보고 있는 것입니다.” ACB

화학축열재의 고성능화
東京工業大學의 劉 醇一 조교 등 연구팀(공동연구자 : 加藤之貴准 교수, 전 대학원생인 平尾直也, 高橋 壘)은 수산화마그네슘 표면을 화학적으로 수식한 새로운 화학축열재를 개발했다.
갖가지 산업 배열(排熱)을 유효하게 이용하는 수단으로서, 잠열 축열, 화학 축열 등의 기술이 검토되고 있으며, 엘리슬리톨 등의 유기화합물을 이용한 잠열 축열에 대해서는 이미 실용화 실험이 실시되고 있다. 지금까지 이 연구팀에서는 잠열 축열보다도 축열 밀도가 높은 화학 축열에 주목하여 산화마그네슘/수열기계 케미컬 히트펌프에 대해 검토를 진행해 왔는데, 축열 조절 온도가 350℃로 높고, 그것보다 낮은 온도의 배열 이용에는 적용할 수 없다는 문제가 있다는 점에서 보다 낮은 온도에서 축열 조작이 가능한 축열재의 개발이 요망되었다.
이번에 새로이 개발한 재료는 수산화 마그네슘 표면에 금속염을 소량 첨가한 재료로, 종래 검토되어 왔던 수산화칼슘 단체와 수산화마그네슘 담체에서는 곤란했던 250~300℃에서의 축열 조작(수산화마그네슘의 탈수반응)이 가능하게 되었다. 여기에서는 첨가한 금속염이 축열조작에 대응하는 수산화마그네슘의 탈수반응의 촉진, 열 출력 조작에 대응하는 수산마그네슘의 수화반응의 촉진을 하고 있는 것이라고 생각된다. 이 재료를 이용하여 축열조작(탈수반응@300℃)과 열 축열조작(수화반응@110℃KPa, 수증기압 57.8KPa)을 6회 반복한 결과, 반응 전화율의 감소는 확인되지 않았다는 점에서 반복 조작에 대한 내구성을 가진다는 것을 생각할 수 있다. 또 이때의 재료 단위체적 당의 발열량(축열밀도)는 약 0.8GJ/㎥로, 이미 검토가 진행되고 있는 잠열 축열에 비해 약 2배의 축열 밀도를 갖는다는 점에서, 반응 용기의 소형화와 저가화를 기대할 수 있다. 앞으로는 재료의 대량합성법의 확립, 반복 사용에 대한 내구성의 향상으로 실용화를 꾀해 나간다. CJ

절연 LED 싼값에
갈륨 사용하지 않아 재료ㆍ제조 저가화
左賀大學은 저가로 고효율적인 신형 절연발광다이오드(LED)를 개발했다. 테를화 아연을 재료로 사용하고 있으며 발광효율은 시판 절연LED와 같은 정도, 원재료 가격은 4분의 1이하로 낮출 수 있다고 한다. 제조방법도 간단하여 장치 등의 초기 투자를 반 정도로 삭감할 수 있다. 2, 3년 후를 기준으로 발광효율을 5배에서 10배로 높여서 상품화할 계획이다.
左賀大學의 田中徹 조교 등이 개발한 것은 파장 550나노미터의 절연광을 발하는 LED. 아연화합물의 일종인 테를화 아연의 기판 표면에 알루미늄의 막을 붙여서 전기로에서 구우면 알루미늄이 기판 속에 스며들어서 발광층이 생긴다. 투입한 전력에 대해 빛의 출력이 어느 정도인가를 나타내는 파워 고율(高率)은 0.1-0.2%로, 시판 인화 갈륨제 절연 LED와 같다.
시판 LED는 초고진공 속의 장치 안에서 원료를 가열하고 분자선을 기판에 조사하여 결정 성장시키는 분자선 에피탁시(MBE)법으로 만들었기 때문에 장치만 3억 엔 정도 든다. 田中조교 등의 방법은 열확산법이라고 하는 것으로 제조장치의 원가가 MBE법의 반 이하면 된다고 한다. 원재료 원가도 인화갈륨의 덩어리가 25그램에 5만 엔이 드는데 반해, 테를화 아연은 동 1만 엔으로 싸다. 절연LED는 전광표시장치와 플라스틱 광화이버 통신용 광원 등에 널리 사용되고 있다. 마케팅 지원의 사이버버즈(東京, 澁谷, 사장 宮崎聰)은 활발한 정보발신을 하고 있는 여서 블로거(블로그에 글을 쓰는 이)를 이벤트 등으로 모으는 서비스를 시작했다. 블로그를 통한 「입소문」로 여성용 신제품 등의 PR을 하고자 하는 기업용으로, 이벤트의 진행방법 등도 어드바이스한다.
이 회사는 블로그의 열람 수나 코멘트핑크 수가 많은 등 독자의 기준으로 선별한 영향력이 강한 블로거 약 1900명을 회원으로 조직화하고 있다. 이번에는 회원 중에서 주부층과 20-30대의 여성 블로거 집단을 각각 추출. 기업이 주최하는 이벤트에 대해 주요 고객층이 되는 블로거를 참가시키는 구조.
기업은 영향력이 많은 여성 블로거와 신상품 등에 대해 의견 교환함으로써 블로그 사이에서 소문을 확대시킬 수 있게 된다. 여성 블로거에 한정하여 자사 제품을 어필하고자 하는 기업이 많은 점에 대응한다. 요금은 1건 200만-400만 엔. 일경산업

나노기술이 적용된 식품포장재에 대한 전망
IRAP에서 발간한 보고 자료는 나노기술이 식료품의 패키징 분야에 큰 변화를 가져 올 것으로 예측하고 있다. 매우 얇은 두께의 나노입자가 코팅된 포장용기는 용기의 무게, 투명도, 가공방법의 특별한 변화 없이 포장용기의 특성을 획기적으로 향상시킬 수 있다. 나노입자가 첨가된 PET병이나 Film의 경우 기존의 것보다 가볍고, 강할 뿐 아니라 외부 가스의 유입을 효과적으로 막아줄 수 있다는 사실은 널리 알려져 있으며 이미 다양한 제품에 적용되고 있다. 현재 나노기술이 적용된 포장재 개발은 미생물의 번식을 억제하고 제품의 산화 지연하며 내용물의 신선도 확인을 용이하게 하여 식품의 안전성을 높이기 위한 방향으로 진행되고 있다. IRAP의 보고서는 나노기술이 적용된 포장재의 주요 활용분야로 다음의 3가지를 선정했다.
● 공기 및 수분을 완벽하게 차단하는 개선된 성능의 플라스틱 용기
● 내용물의 상태를 표시해 주는 능동형 포장용기
● 제품관련 정보를 담고 있는 포장재
위의 3가지 기술이 완벽히 적용된 포장재를 상상해 보자. 우리는 포장용기를 통해 제품의 생산일자, 포장지 내부의 박테리아 농도 등을 확인할 수 있으며 따라서 운송이나 보관 중에 변형이나 부패가 일어난 제품과의 접촉을 원천적으로 피할 수 있다.
Global Technology, Industry and Market의 분석에 따르면 나노기술이 적용된 식료품 패키징 분야의 시장규모는 2008년 41.3억불에 달하였으며 매해 10%이상의 성장을 거듭하여 2014년에는 73억불에 이를 것이라고 한다. 제품의 상태를 표시하는 능동형 포장재는 나노기술이 적용된 패키징 시장에서 가장 큰 시장을 차지하고 있으며 2014년까지 43.5억 불 규모로 성장할 것으로 예상된다. 제품이 포장된 시간과 제품의 현재온도를 RF Chip을 통해 원격으로 알려주는 시간-온도 표시기능을 가진 패키징 재료는 향후 가장 큰 시장을 형성하는 분야가 될 것으로 보인다. 제과류 및 육류 제품들은 유통 및 보관의 온도와 시간이 매우 중요하기 때문에 오래전부터 새로운 패키징 기술을 요구해 왔다. 아시아, 그중 일본은 나노기술이 적용된 패키징 재료에 대한 수요가 가장 많은 지역이다. 현재 전체시장의 45%에 해당하는 나노 패키징 재료가 일본에서 사용되고 있으며 시장규모는 2008년 기준 18.6억불에 달한다. 일본의 나노 패키징 시장규모는 매해 12.64%씩 성장, 2014년까지 34.3억달러에 이를 것으로 예상된다. 기능성 패키징 재료는 이미 미국, 일본, 호주등에서 매우 성공적으로 적용되고 있으며 그 예로는 육류의 포장의 산소제거제, 다양한 식료품의 포장의 수분흡수제, 과일 및 채소의 포장 시 사용되는 에틸렌 흡수기능을 가진 포장용기 등이 있다. 나노 클레이는 이미 많은 분야에서 사용되고 있는 첨가제로 PET, Polyethylene, Thermoplastic polyolefin등의 특성 개선을 위해 사용되고 있다. ACB

신형 리튬 - 공기전지
최근 화석연료의 소비에 따른 이산화탄소 배출량의 증가와 원유가격의 극심한 변화 등을 배경으로 자동차 에너지원을 가솔린과 경유에서 전기에너지로 전환해 나가는 방법이 주목되고 있다. 전기자동차의 실용화는 이미 일부 추진되고 있는데, 장거리 주행을 위해서 축전지로서의 리튬이온전지의 고성능화와 저가화가 기대되고 있다. 에너지 밀도가 가장 높은 전지로서 세계적으로 개발이 앞 다투어 진행되고 있는 리튬이온전지의 경우도, 그 에너지 밀도는 약 100Wh/㎏이며, 현상의 리튬이온전지에서는 전지용량에 제약이 있어 장거리 운전이 곤란하다. 전기자동차의 일반 보급을 위해서는 현재의 수준에서 약 7-8배 에너지 밀도의 향상이 필요한데, 리튬이온의 삽입·이탈의 컨셉에 의존하고 있는 현재의 리튬이온전지의 정극 용량을 생각하면 목표를 실현하기는 어렵다.
1996년에 제안된 리튬-공기전지는 정극재로 공기 중의 산소를 이용하고 있다. 활물질인 산소는 전지 셀에 포함되지 않고 공기 중에 무진장으로 존재하므로 이론적으로 정극의 용량이 무한해져 대용량 전지기술로 주목을 받아 왔다. 현재의 리튬-공기전지는 방전반응 결과, 정극 측에 생성한 산화리튬이 유기전해액에 녹지 않기 때문에 그 용량이 제한적이었다.
필자 등의 연구팀에서는 종래 알려지지 않았던 획기적인 전지 구성 「리튬금속/유기전해액/리튬이온 고체 전해질/수계 전해액/공기극+충전전용 플러스극」구조의 신형 리튬 - 공기전지를 개발했다. 개발된 연구용 신형 리튬 - 공기전지를 이용하여 이미 공기극(=플러스극)용량으로, 연속 50000㎃h/g(공기극의 무게 베이스 = 탄층+촉매+바인더)의 충전을 실증했다. 또 이 신형 리튬 - 공기전지의 경우는 마이너스극 측의 리튬금속을 연료로 보급하고, 동시에 공기극 측에 생성한 LiOH를 제거해 두면, 충전 필요 없이 장시간에 계속적으로 연속 방전이 가능하여 이것은 연료를 보급하여 발전한다는 의미에서 일종의 리튬연료전지라고 할 수 있다. 따라서 이번에 개발한 신형 리튬 - 공기전지는 2차 전지와 연료전지 두 가지 방향으로 전개할 수 있다. CJ

수소이온 전도(電導) 1만 배로
豊橋技科大, 무기물질로
豊橋技術科學大學(愛知縣 豊橋市)의 松田厚範 교수는 촉매 등에 사용하는 무기물질의 전기적인 특성을 대폭 향상하는 기술을 개발했다. 무기물질을 강한 힘으로 뒤섞자 수소이온의 전도성이 1만 배 높아졌다. 연료전지의 전해질에 응용하면 현재 주류인 유기고분자에서는 어려운 섭씨 100도 이상에서의 성능 유지도 가능해진다. 고온에서 활성화하는 백금 사용량의 삭감으로 이어져 연료전지의 제조원가 저감에 기여할 것으로 기대된다.
사용하는 무기물질은 석유화학제품 제조공정의 촉매에 사용되어 연료전지에 대한 응용연구도 활발한 황산수소세슘과 인·텅스텐산. 휘저어서 원자결합에 결함이 생기고, 플러스의 수소이온이 고속으로 그 결함을 타고 이동한다는 것을 알았다. 결함이 없을 경우에 비해 이온의 1회 이동거리가 10% 정도 짧아져 이온의 이동속도와 전기가 빨리 작동됨을 의미하는 전도도가 1만 배 높아진다. 반응촉진을 위한 가습도 필요 없어지므로 전지 내부를 가습하는 기구가 필요치 않아 장치의 소형·간소화에 도움이 된다. 文部科學省 과학연구비 보조금에 의한 성과.
연료전지의 전해질용으로 현재 주류인 고체 유기고분자는 섭씨 100도 이상에서는 변형하여 파손될 가능성이 높다. 연료인 수소와 공기를, 수증기와 혼합하는 기구도 필요해졌다. ACB

매우 높은 활성화도를 지닌 나노사이즈 백금촉매
Nature Chemistry는 일본의 한 연구팀에서 개발된 매우 높은 활성화도를 지닌 나노크기의 백금촉매 클러스터에 대해 소개했다. 매우 작은 크기의 백금촉매 입자들은 한정된 매장량을 지닌 백금의 사용을 줄이는데 큰 역할을 할 것으로 보인다. 가장 작은 백금클러스터의 경우 12개의 원자로만 구성되어 있다고 한다. 연구팀은 백금 클러스터의 크기가 줄어듦에 따라 산소의 환원의 촉매가 되는 백금클러스터의 활성화도가 증가함을 발견하였다. 12개의 백금원자로 구성된 클러스터는 모든 원자가 외부에 노출되어 매우 큰 표면적을 갖게 된다. 이 경우 현재 상업적으로 사용되고 있는 백금촉매에 비해 13배의 활성화도를 갖는다. 연구원들에 따르면 미세 사이즈의 백금클러스터가 높은 활성화도를 갖는 이유는 단지 단위부피당 표면적이 증가했기 때문이 아니라 입자의 크기가 나노사이즈로 작아짐에 따라 나타나는 양자 효과의 영향을 받기 때문이라고 한다. 연구팀의 리더인 Keio University의 Kimihisa Yamamoto는 자신의 연구팀이 개발한 나노사이즈 백금클러스터가 보여주는 매우 높은 활성화도는 백금촉매에 대한 기존의 이론에 반하는 것이라고 이야기 했다. “백금촉매 분야 그중에서도 연료전지용 촉매에 관련된 학계에서는 백금촉매의 사이즈가 3나노미터 일 때 가장 좋은 성능을 가진다는 것이 정설 이었습니다. 하지만 우리가 만든 백금클러스터는 3나노사이즈에 몇 배나 되는 크기를 가졌음에도 불구하고 매우 높은 활성화도를 가지고 있습니다.” Yamamoto에 따르면 그들의 연구결과가 상용화 될 경우 연료전지에 사용되는 백금의 양을 획기적으로 줄일 수 있을 것이라고 한다. “백금클러스터에 다른 금속을 첨가함으로서 촉매의 활성화를 더욱 높일 수 있을 것입니다. 이전에도 언급했듯 입자의 사이즈가 줄어들면 백금의 환원 포텐셜이 낮아지는 현상이 발생합니다. 하지만 이미 다른 과학자들이 다른금속을 첨가할 경우 그러한 현상이 나타나지 않음을 확인했습니다.” Yamamoto는 이야기 했다. Washington University의 Younan Xia는 최근 백금과 팔라듐으로 구성된 나노입자를 연료전지에 적용하는데 성공했다. Yamamoto의 연구팀은 백금촉매의 사이즈를 조절하는 연구에 몰두하는 반면 Xia의 연구팀은 백금촉매의 형태에 관한 연구에 집중하고 있다. “입자의 크기와 모양은 백금촉매의 활성화도를 결정짓는 가장 큰 요소입니다. 촉매입자의 크기를 조절하는 연구는 우리도 매우 하고 싶어 하는 분야이지요, 하지만 우리가 채택한 방식으로는 촉매입자의 크기를 조절하기가 쉽지 않습니다. 흥미롭게도 Yamamoto팀이 사용하는 방식은 촉매입자의 모양을 조절하기가 어렵습니다. 촉매입자의 사이즈와 모양 두 가지 모두를 컨트롤 하는 데는 많은 기술적 어려움이 있습니다.” Xia는 이야기 했다. ACB

LED용 근자외 여기 적색 형광체 발광강도의 향상
(주)KRI나노디바이스 연구부의 林 裕之 연구원은 신규의 LED용 근자외 여기 적색 형광체를 개발하고, 中野裕美 실험강사(龍谷大學)과 함께 발광 특성과 결정 구조의 개발을 해석했다.
근자외 여기의 형광체는 LED와 조합시킨 새 광원으로 각종 디바이스에 대한 수요에 크게 기대되는 재료이다. 시판되고 있는 광원, 예를 들어 형광등은 수은휘선의 자외 여기에 의한 발광으로 용적, 발광효율, 라이프타임, 수은 회수 등에 과제가 있다. 한편, 백색 LED는 이러한 과제들을 모두 해결할 수 있는데 적색 영역의 연색성이 떨어진다. 이번에 개발한 적색 형광체는 시판품보다 근자외광을 많이 흡수하여 밝게 발광하여 적색 영역의 색연성(色演性)이 좋다. 근자외 여기의 형광체는 LED와 조합시킨 새 광원으로서 각종 디바이스에 대한 수요에 크게 기대되는 재료이다.
형광체의 모체로 삼은 것은 강유전체 재료인 니오브 산 리튬이다. 니오브 산 리튬의 결정구조는 3방정계에 속한다. (일반적으로 단위격자는 6방정으로 표기되는 일이 많다.) 이 니오브 산 리튬에 산화티탄을 고용(固溶)하면 어느 조성 영역에서 M상으로 알려진 초구조(超構造)를 갖는 고용체가 형성된다. 이 초(超)구조는 니오브 산 리튬을 기본구조로 하며, ab면에 평행으로 도입된 적층 결함이 c축 방향으로 주기성을 갖고 배열한 구조이다.
초구조의 도입에 따른 세라믹스 재료의 기능향상은 이전부터 주목되어 왔다. 이것은 초구조에서 유래하는 굴절 에너지에 의해 굴절이 없는 경우와 비교하여 전기특성과 자기특성이 향상하는 효과가 기대되기 때문이다. 그러나 초구조를 형성하려면 화학적 증착법 등의 기상성막 프로세스를 이용하므로 재료형태가 박막으로 한정되어 있었다. 이번에 모체로 한, 니오브 산 리튬에 산화티탄이 고용한 초구조를 가진 고용체는 분말 야금(冶金)적 수법과 졸-겔법 등으로 제작이 가능하다. 산화유로퓸을 이 초구조를 가진 고용체에 첨가하자 니오브 산 리튬에 첨가했을 경우에 비해 발광 강도는 약 2.5배 향상하였다. 이 발광강도의 증대는 유로퓸과 티탄의 공조가 중요했다. 유로퓸이 첨가됨으로써 초구조의 주기는 흐트러지는 경향을 나타내었지만, 최적의 소성조건으로 대폭적인 발광강도의 증대가 확인되었다. 그 결과, 근자외 여기에 의한 적색 발광은 시판제품에 비해 약 1.2~8배 향상했다. 이번과 같은 나노스케일에서의 구조·조직제어에 의한 접근은 특성향상의 유효한 수단의 하나로 파급효과를 기대할 수 있다. ACB

고온초전도 새 재료, 대전류에 대응
이트륨계와 동급  미국 강자장연이 확인
미 국립 강자장연구소(플로리다주)의 山本明保 연구원 등은 새로운 고온초전도 재료에 대해 종래의 대표적인 고온초전도재료(이트륨계)와 동급의 대전류를 흐르게 할 수 있다는 것을 확인했다. 재료 1평방센티미터 당 약 1천만 암페어로, 14테슬러라는 높은 자장 중에서도 이 값을 유지한다. 대전류를 흘려보낼 수 있기 때문에 산업 응용의 가능성도 넓어진다. 또 이트륨계보다 값싸게 선재를 만들 가능성도 있다고 한다. 일본학술진흥회의 조성을 받아서 실시한 미국 일본 중국 3국의 공동연구의 성과.
이 재료는 東京工業大學이 개발한 「철닉타이드계 고온 초전도 재료」. 실험시료는 초전도가 되는 임계 온도가 절대온도 55도(섭씨 영하 218도)로 중국과학원의 연구소가 제작했다.
약 10마이크로미터의 결정립이 모인 다결정 재료의 시료를 사용했다. 자력을 가하는 「자화법」으로 1평방센티미터로 흐르는 전류밀도를 측정했다. 개개의 결정립 안을 흐르는 전류밀도는 절대온도 4.2(섭씨 영하 29도)에서 약 1천만 암페어였다.
시료 전체에서의 전류 밀도는 약 4천 암페어까지 내려간다. 결정립끼리의 경계(입계)에 불순물이 많아 전류의 흐름을 저해하고 있기 때문인데, 불순물을 제거하면 알맹이 안과 같은 정도까지 전류밀도를 높일 수 있을 것으로 보고 있다.
이트륨계 고온초전도 재료는 1987년에 발견되었을 당시, 입계에 불순물이 없어도 전류밀도는 100암페어 정도였다. 결정립끼리의 각도의 차이가 전류밀도를 떨어뜨리는 원인으로 실용적인 선재로 가공하려면 각도의 차이를 거의 없앨 필요가 있다. 신재료는 차이의 영향이 적고 불순물을 제거하면 전류밀도가 높아져 이트륨계보다 싼값에 선재를 만들 수 있을 가능성도 있다고 한다.
과제는 임계온도가 약 90도인 이트륨계보다 낮다는 것인데, 20도 이하에서 사용하는 초전도 기기의 시장에서는 대항할 수 있을 것으로 보고 있다. 일경산업

반도체 발광 다이오드의 광유도(光取り出し) 효율 20배
(獨)産業技術總合硏究所는 반도체 재료 속에서 발생한 빛을 높은 효율로 공기 중으로 유도해내는 방법을 발견했다.
반도체 발광 다이오드는 백열전구나 형광등을 대신할 에너지 절약형 조명광원으로 크게 주목되고 있다. 발광다이오드의 발광효율을 향상시키기 위해서는 전류 주입에 의해 반도체 안에서 발생한 자연방출광을 가능한 한 높은 효율로 공기 중으로 끌어내야 한다. 그러나 반도체와 공기의 계면에서는 반도체 재료의 높은 굴절률에 기인한 빛의 전(全)반사 현상이 존재하기 때문에 반도체 재료 속의 자연 방출광을 높은 효율로 공기 중에 유도해내기가 지극히 어렵다. 예를 들면, 일반적인 평평한 기판 위에 형성한 반도체 재료의 경우는 전체 발광량의 몇 %밖에 공기 중에 유도해낼 수가 없다. 지금까지 여러 가지 발광다이오드의 광유도 기술이 개발되었으나 효율이나 제조 원가 면에서 여전히 많은 과제가 남아 있다는 것이 유감스럽지만 지금의 현상이다.
이번에 미소한 V자형 홈을 가진 반도체(GaAs) 기판 위에 발광재료를 형성한 결과, 발광층에서 발생한 자연방출광을 50% 이상의 효율로 공기 중에 유도해낼 수 있다는 것을 알게 되었다. 이것은 종래의 평평한 기판을 이용한 반도체 발광재료에 비해 20배나 높은 효율이다. 또 발광효율 증대의 원인은 미소한 V자형 홈을 가진 기판의 「에바네센트광의 간섭」이라는 종래에 전혀 없었던 현상에 의한 것이라는 것도 판명했다. 일경산업