미세유체소자에 적용된 유리전극 -
나노! 유리를 전극으로 만들다
University of Michigan(UM)의 연구원들은 미세유체소자(Micro Fluidic Device)를 개발하던 중 유리를 전극으로 사용할 수 있는 방법을 개발해냈다고 한다. UM의 의공학부 교수인 Alan Hunt와 그의 연구팀은 혈액 및 조직을 이용한 암 검사 등에 사용되는 랩온어칩(Labs-On-a-Chip)으로 대표되는 미세유체소자를 개발하던 중 부도체이자 유전체인 유리를 통해 전류가 흐르는 놀라운 현상을 발견했다. 이 놀라운 현상을 발견할 당시 Alan Hunt의 연구팀은 극초단파 레이저를 이용한 식각을 통해 유리기판위에 특정한 패턴을 지닌 채널을 형성 시킨 후 이온유체가 채널을 통해 흘러 결과적으로 집적회로와 같은 동작을 하는 미세유체소자를 개발하고 있었다. (유리기판은 높은 온도는 물론 각종 유기 용제 등에 영향을 받지 않을 뿐 아니라 낮은 흡수율을 지니는 점 때문에 미세유체소자의 제작을 위한 기판재료로 매우 적합한 소재라고 한다.) 연구팀은 미세유체소자의 회로로 사용되는 각각의 채널을 독립적으로 구동시키기 위해 매우 얇은 유리 막으로 구성된 절연막을 형성시킨 후 이온유체를 흘리는 실험을 진행하였는데 예상치 않게 유리로 구성된 절연막을 통해 전류가 흐르는 현상을 발견하게 되었다고 한다. 더욱 놀라운 것은 매우 높은 절연특성을 지닌 것으로 알려진 유리막을 통해 전류가 흘렀음에도 불구하고 유리막에는 아무런 손상도 없었다는 점이다. 연구팀에 따르면 유리 절연막에 나타나는 전도성은 매우 얇은 유리막에 가해지는 매우 높은 전기장에 의해 발생되는 것으로 이때 발생하는 높은 열을 효과적으로 방출해 줄 수 있는 적절한 방열 방식을 적용할 경우 유리막의 전도특성을 제어할 수 있을 것이라고 한다. “이 현상을 발견하고 우리는 매우 놀랄 수밖에 없었습니다. 매우 우수한 절연체라고 생각되던 유리를 통해 전류가 흐르는 현상을 발견했으니 말이죠.” Hunt는 설명했다. “이것은 정말 놀랍고 새로운 현상입니다. 유리막의 두께가 조금이라도 두꺼웠다면 절대 일어날 수 없었던 현상입니다. 전류가 흘렀을 지라도 이때 발생된 매우 높은 열 때문에 유리막은 완전히 손상되고 말았을 것입니다. 유리막이 손상되지 않게 하면서 전류를 흘리는데 있어 가장 중요한 요소는 절연막의 두께를 얼마나 얇게 할 수 있느냐 즉, 절연막의 양단에 발생하는 전압차를 얼마나 급격하게 만들 수 있느냐 입니다.” 그의 설명은 이어졌다. “유리와 같은 절연체의 두께를 나노사이즈 정도로 매우 얇게 만들면 배터리를 통해 얻을 수 있는 비교적 낮은 전압만으로도 절연파괴를 일으킬 수 있을 뿐 아니라 절연파괴 시 발생되는 열의 방출 또한 매우 효과적으로 일어나기 때문에 절연막의 손상을 피하면서 전류를 흘려보낼 수 있습니다.” Hunt와 그의 연구팀에 따르면 그들이 개발한 ‘유리전극(Liquid Glass Electrode)’은 집적회로 분야의 새로운 가능성을 열어줄 기술이라고 한다. “우리가 발견한 절연체의 가역적 절연파괴현상이 실용화 될 경우 집적회로분야는 물론 전자산업 전반에 모든 것을 뒤바꿀 수 있을 만큼의 큰 파장을 몰고 올 수 있을 것입니다.” Hunt는 그들이 개발한 유리전극은 ‘랩온어칩’에 가장 이상적이라고 강조하며 다음과 같이 설명했다. “미세유체소자의 설계에 있어 가장 문제가 되어오던 점은 소자에 전력을 가하는 방식이었습니다. 하지만 유리전극을 이용할 경우 이온의 이동통로가 되는 채널에 직접적으로 전극을 연결하지 않고도 미세유체소자에 전력을 공급할 수 있습니다.” UM의 연구팀에 따르면 그들은 이미 유리전극이 적용된 ‘나노 주입기(Nano Injector)’를 제작했다고 한다. UM의 연구팀이 제작한 ‘나노-주입기’는 초당 1펨토 리터 이하의 유체를 안정적으로 흘려 줄 수 있는 일종의 마이크로 펌프로 ‘나노-주입기’에 의한 유체의 이동 및 제어에는 유리전극을 통해 전달된 전력이 사용된다. Hunt 연구팀에 따르면 ‘유리전극’은 ‘나노-주입기’이외에도 ‘나노-엑추에이터’ 및 ‘나노-센서’등의 다양한 미세유체소자에 적용될 수 있다고 한다. Hunt의 연구팀의 이번 연구결과는 ‘Nature Nano-Technology’에 개제되었다. ACB
혁신형 축전지의 개발을 위하여
축전지가 환경과 에너지 자원 문제를 해결하기 위한 유력한 디바이스로 주목받고 있는 가운데, 新에너지·産業技術總合開發機構(NEDO)의 혁신형 축전지 개발을 위한 프로젝트가 시작되었다.
NEDO프로그램 매니저이며 京都大學 産學官 連帶센터 특임교수인 小久見善八을 프로젝트 리더로 하여 「혁신형 축전지 첨단과학기초연구사업」(약칭 : RISING=Research & Develo
-pment Initiative for Scientific Innovation of New Generation Batteries)가 작년 10월 1일부터 본격적으로 활동을 시작했다.
이 프로젝트는 京都大學내에 혁신축전지개발센터(약칭 : I-BARD=Innovate Battery Research and Development Center)을 두고, 일본의 대표적 자동차 메이커 전지 메이커 및 대학, 연구기관의 총력을 결집한 전(全)일본의 연구체제를 취하고 있다. 참가 기업은 京都大學고 산업기술총합연구소 關西센터에 연구원을 파견하여, PJ에 참가하는 기타 대학, 연구기관과 밀접하게 연대하여 연구개발을 진행하고 있다. 큰 조직이므로 NEDO가 京都大學에 사무소를 두고 거점 운영을 직접 서포트하는 체제를 갖추고 있다. 이 PJ는 7년 계획이므로 Begin with the Basic을 기본으로 리튬이온전지의 에너지 밀도·레이트 특성, 안전성, 내구성의 비약적 향상을 목표로 전지반응을 자세히 조사하고 그 본질을 밝히며, 또 전지성능을 지배하는 재료의 특성을 면밀하게 조사하여 그 혁신을 위한 지침을 제출할 것을 목표로 하고 있다. 그것을 위해서 고휘도 방사광과 중성자선 등의 대형 설비와 라만 산란(散亂)·TEM 등의 라보 장치를 활용하여 전지반응 하에서의 “현장”관찰을 기본으로 하는 측정방법을 개발하는 일에서부터 시작하고 있다.
한편, 리튬이온전지의 한계를 넘는 고성능 2차전지의 개발을 위하여 500Wh/㎏을 전망할 수 있어 300Wh/㎏을 실증하는 포스트리튬이온전지의 개발도 실행하고 있다. 리튬이온전지의 혁신으로 얻을 수 있는 지식과 방법을 물론이고, 최근 현저한 발전을 이룬 나노테크, MEMS, 연료전지 등의 기술을 활용하여 신개념 전지계에 아울러 지금까지는 어렵다고 알려졌거나 별로 연구된 적이 없었던 2차전지계도 포함하여 폭넓은 연구에 들어가 있다. CJ
중국, 고체산화물 연료전지 효율 국제적인 수준으로 승급개발
중국 흑룡강성(Hei
rongjiang) 과학기술청에서 관련 전문가들을 조직하여 하얼빈(Haer
bin)공업대학의 쑨커닝 연구팀이 완성한 [중온에서 고체 산화물 연료전지의 집적화 연구]프로젝트에 대해 업적평가를 진행하였다.
전문가팀들은 연구팀에서 독자적으로 개발한 좮테이프 캐스팅 공소결 기술(tape-casting co-sintering)좯은 중국의 고체산화물 연료전지 분야에서 대규모 면적을 갖는 전지기판 제조 핵심기술 부분을 확보하였으며 모노머 전지의 전력효율, 출력밀도 및 에너지 절약 등 분야에서의 기술이 세계 선진국 수준에 도달하였으며 종합적인 기술은 중국 내에서 최고라고 인정하였다.
국가적으로 청정 에너지를 위한 노력을 기울이고 있는 가운데 이 프로젝트는 중국의 신에너지 신소재 산업의 발전을 이끌고 있다.
고체 산화물 연료전지는 전기화학적 반응을 통하여 연료의 화학에너지를 직접 전기에너지로 전환시키는 전기화학장치이다. 이것을 4세대 연료전지라고 부른다. 이전 3세대 연료전지 즉 알칼리성 연료전지, 인산염 연료전지, 양성자 교환막 연료전지 및 전통적인 히트펌프(heat pump)와 비교하였을 때 4세대 연료전지는 에너지 전환 효율이 높고 연료 적용성이 넓고 원가가 낮으며 또한 연료가 고체이며 모듈화 조립이 가능하고 에너지 절약과 저탄소 배출, 그리고 제로오염 등의 장점을 가지고 있다. 전지의 통합 발전 효율은 50%이상에 달하며 폐열 발전할 경우 효율이 80%이상까지 도달할 수 있다.
민간과 군사 분야에서 광범위한 응용전망이 있으며 전기시설이 파괴될 경우 응급전지형태로 지속적으로 전기를 제공할 수 있으며 또한 잠수함의 동력, 선박의 서비스 전원 및 장갑차의 보조 전원 등 군사용 전원으로도 응용이 가능하다.
쑨커닝 연구팀의 테이프 캐스팅 공소결 기술을 이용하여 현재 중국내에서 제일 큰 사이즈인 100mm×100mm 규모의 모노머 전지를 조립하였으며 동시에 섭씨 1000도에서만 발전공정이 가능하였던 것을 지금은 그 온도를 섭씨 750 도로 낮추어 전극이 소결하여 약해지고 전극과 전해액 계면이 반응하고 전지부품 열팽창성의 부조화 및 금속연결 재료의 부식하는 등 문제를 해결할 수 있었다. 이번 프로젝트의 성과는 중국 희토류재료 정밀가공, 내고온 부식으로 녹 안나는 강철재료, 고급 세라믹재료 등 일련적인 신에너지 재료 산업의 발전에 도움이 된다. 세부 기술적인 내용은 공개하지 않지만 국가적인 이슈화를 하고 있다.
그림은 몇 년 전 중국 군공선박 시스템 714의 연구가 보여준 초전도 유체추진 개념 잠수함의 모델로서 이 잠수함의 전기 분야에 적용이 가능하다고 보여주고 있다. 동시에 이번의 성과가 적용될 수 있는 중국 해군이 사용하는 최신형 메타급 재래식 잠수함과 공격형 핵잠수함의 전기공정에도 응용가능하다. (그림 참고). GTB

전압만 가하면 재료가 초전도로
표제인, 꿈의 기술이 실현되고 있다. 전지화학 셀에 전압을 인가하면 고체표면에 전기2중층이 형성되어 상당히 고밀도의 전자가 축적된다. 이 축전기구는 정전적으로, 화학반응은 기본적으로 관여하지 않으므로 충방전 반응이 빠르고 고체재료가 열화되지 않는 우수한 축전 디바이스가 만들어진다. 이 원리를 트랜지스터에 응용한 것이 전기 2중층 트랜지스터로 이것을 이용하여 SrTiO3라는 산화물 절연체를 초전도화 했다는 보고가 2008년, 川崎교수, 岩佐교수, 野島 준교수 등, 東北大WPI와 金硏의 연구팀에 의해 이루어졌다. 이 현상은 전계에 의한 캐리어 축적으로 초전도를 유발하므로 전계유기초전도(電界誘起超傳導)라고 불리며 지난 세기 중반부터 고체물리학의 하나의 목표가 되어왔다.
SrTiO3는 수많은 초전도체 중에서도 가장 적은 캐리어 수로 초전도가 되는 물질이므로 이 기술을 다른 많은 초전도체에 그대로 적용될 수 있는 것은 아니다. 따라서 東北大 金硏의 연구팀은 전계축적이 가능한 캐리어 밀도를 늘리기 위해 종래의 고분자 전해질이 아니라 이온액체에 주목했다. 그 결과, 이온액체를 사용하면 전해질의 4~8배의 캐리어 수를 축적할 수 있다는 것을 알게 되었고, 많은 물질에 대해 전계유기초전도 현상을 실현할 가능성이 열렸다.
전기 2중층 트랜지스터에 요구되는 또 하나의 요건으로서 캐리어가 전도하는 결정표면이 원자 스케일에서 평평하다는 것을 들 수 있다. 이것을 간단히 실현할 수 있는 재료로서 층상물질에 주목했다. 판델월스 갭을 갖는 층상물질은 그라펜으로 유명해진 것처럼 스카치테이프로 벗기는 것만으로 원자 평탄면을 갖는 프레이크를 간단히 준비할 수 있다. 실제로 주목한 것은 1996년에 廣島大學 山中교수 등이 발견한 ZrNCl이다. 이 절연체 물질의 전기 2중층 트랜지스터를 제작하여 전계를 인가하면 3.5V이상에서 Tc~15K의 초전도가 발현한다는 것이 밝혀졌다. 이것은 SrTiO3에 이은 두 번째 사례의 전계유기초전도이다.
이렇게 전계유기초전도가 여러 가지 물질에 대해 가능해지기 시작하자, 이 기술을 새로운 초전도체나 새로운 물성, 기능성을 탐색 . 발견하는 방법이 될 가능성이 제기되고 있다. 상상을 좀 더 크게 하면 전계를 가했을 때에만 실현되는 상태에는 종래의 안정물질에서의 그것과 다른 물성과 기능성이 숨겨져 있을 가능성이 있다. 전기 2중층 트랜지스터에 의해 새로운 비평형 상태의 물질·재료과학이 열리리라 기대된다. CJ

고밀도 수평 탄소나노튜브 다발의 제조 방법
홍콩 과학기술 대학(Hong Kong University of Science and Technology, HKUST)의 연구진은 실리콘 위에 고밀도 수평 탄소나노튜브를 성장하는 기술을 개발했다. 그림에서 보는 것처럼, 탄소나노튜브는 수평 방향으로 잘 정렬되었다. 이번 연구진은 촉매 두께를 조절함으로서 마이크로미터 당 12에서 103개의 탄소나노튜브를 성장시킬 수 있었다. 이런 성장 기술은 차세대 집적 회로 및 전계효과 트랜지스터 등의 나노전자장치에 탄소나노튜브를 적용시키는데 큰 역할을 할 것이다.
나노전자장치 및 회로에 탄소나노튜브를 적용할 경우에, 탄소나노튜브는 특정 위치에서 성장되고 특정 방향으로 정렬될 필요가 있다. 최근에 마이크로미터 당 ~10의 범위로 석영 또는 사파이어 위에 잘 정렬된 탄소나노튜브를 성장시키는 연구가 큰 진전을 이루고 있고, 현재 많은 연구진들은 다른 기판 위에서의 탄소나노튜브 성장을 조사하고 있다.
이번 연구진은 탄소나노튜브 성장 방향을 유도하기 위해서 플라즈마 유도 전기장(plasma-induced electric-field)을 사용했다. PECVD 성장 동안의 플라즈마 충전은 기질 표면과 플라즈마 사이의 계면에 플라즈마 유도 전기장을 발생시켰다. 유도 전기장은 일반적으로 기판 표면에 수직이다. 연구진은 수평 전기장을 생성하기 위해서 절연체 측벽에 마이크로-구조를 디자인했다.
연구진은 Si 기판 위에 배선으로 사용될 수 있는 수평으로 정렬된 탄소나노튜브 다발을 제조했다. 촉매 두께를 조절함으로서 서로 다른 지름을 가진 다중벽 탄소나노튜브와 몇 개의 벽을 가진 탄소나노튜브 다발을 제조할 수 있었다. 연구진은 길이와 지름의 함수를 이용해서 탄소나노튜브의 저항을 측정했다. 탄소나노튜브 지름에 대한 탄소나노튜브와 금속 사이의 접촉 저항 의존성은 저항 플롯(resistance plot)을 통해서 확인할 수 있었다. 연구진은 탄소나노튜브의 지름과 평균 자유 행정(mean free path) 사이의 관계성을 조사했고 실험적으로 이것을 확인했다. 연구진은 탄소 관련 물질 및 탄소 기반 장치의 제조와 생성된 프로토타입의 테스트 및 특성 평가에 대한 연구를 진행하고 있다. GTB

산화물 반도체의 FET 제작
전극에 유기물 이용
東北大學의 川崎雅司 교수 등은 전극에 유기물을 사용한 산화물 반도체의 전계효과 트랜지스터(FET)를 제작했다. 산화물과 유기물이라는 다른 물질의 계면(접점)이 FET의 동작에 기여한다는 것을 최초로 내보였다. 양산 가능한 유기물과 투명한 산화물을 이용한 값싼 FET로 디스플레이나 전자종이, 태양전지 등에 응용을 목표로 한다. 科學技術振興機構(JST) 프로젝트의 일환으로 개발했다.
유기 일렉트로 루미네센스(EL)디스플레이 등에 사용하는, 도전성 고분자를 게이트 전극에 채용한 산화아연제 FET를 제작했다. 전압을 가함으로써 산화아연의 계면의 전기전도 특성을 제어하는데 성공, FET의 스위칭 동작을 확인했다. 산화아연 이외의 산화물 반도체의 적용도 가능하다고 한다.
FET의 성능지표가 되는 이동도는 도전성 고분자를 사용하지 않는 경우와 동등한 고속성을 유지했다. 이로써 유기물의 불규칙한 구조가 FET의 성능을 저하시키지 않는다는 것도 밝혀졌다. 롬이 시료의 일부를 제공했다.
산화아연은 대표적인 산화물 반도체. 값이 싸고 투명하다는 특징을 가져, 희소금속을 사용하는 현재의 디스플레이 재료의 대체로서 보급이 전망된다. 산화물 반도체인 FET는 지금까지 단결정 실리콘에 필적하는 높은 이동도가 보고되고 있어 투명하며 고성능한 전자회로의 실용화가 기대된다. 일간공업

다기공성 세라믹, 새로운 열 절연체 물질 
스위스 취리히에 위치한 국립연방공과대학의 비금속 무기재료 연구팀이 용광로에서 높은 효율성을 가지는 열전연체로 사용될 수 있는 세라믹을 만드는 데 성공하였다. 이러한 세라믹은 또한 의료분야에서 활성성분을 제어 방출하는데 사용되거나 인공뼈로도 사용될 수 있다.
많은 사람들은 세라믹이라면 자기를 먼저 떠올리게 된다. 그러나 강철 등을 생산하기 위한 고온 내구성이 요구되는 로의 설계 등 산업적인 측면에서 세라믹은 오래 전부터 매우 중요한 비중을 차지해왔다. Urs Gonzenbach 박사는 지난 8년간 세라믹의 내부구조에 대한 연구를 집중적으로 진행해왔다. 이번 연구 결과는 다소 우연한 기회에 얻어지게 되었다. Gonzenbach 박사는 매우 치밀하고 기공이 없는 세라믹을 만들기 위한 연구를 계속 진행해오다가 어느 날 아침 밤새도록 진행된 볼밀링 과정에서 발생한 부유물을 발견하게 되었다. 이렇게 형성된 기공들은 치밀한 세라믹을 만드는 데에 있어서 바람직하지 않은 결과물이다. 그러나 Gonzenbach박사 연구팀은 이러한 결과물의 새로운 가능성을 인식하고 이러한 현상이 발생하는 세부적인 과정에 대해서 연구를 하기 시작했다.
다기공성의 세라믹 구조는 일반 세라믹보다 50%정도 가볍고 열전달도는 30%정도 낮은 반면에 강도는 2배가 넘는다. 이러한 특성은 미세한 공기를 포함하고 있는 세라믹 마이크로 구조 때문이다. Gonzenbach박사는 공기나 다른 가스를 통해서 세라믹현탁액을 만들었으며 기포를 몇 일 동안 안정적으로 유지할 수 있는 방법을 발견하였다.
연구팀은 현탁액에다 알루미늄이나 실리콘 산화물 같은 미세한 입자들을 혼합하였다. 이러한 입자들은 공기 버블에 흡착되어 기포들을 더욱 안정하게 유지될 수 있도록 돕는 역할을 하였다. 그 결과로 기포들은 오랫동안 추가적인 공정에서도 안정된 상태를 유지될 수 있게 되었다.
친수성의 마이크로 입자가 물이나 공기의 경계면에서 흡착되도록 하기 위해서 연구팀은 기포를 만들기 전에 현탁액에 첨가물을 혼합하였다. 이러한 첨가물들은 입자들이 부분적으로는 소수성을 띠게 만들어 스스로 표면에 부착되게 하는 역할을 했다. 안정화된 기포 입자들은 93%가 공기로 구성된다. 1600℃의 건조공정에서 소결과정을 거치게 된다. 이러한 과정에서 기포속에 있는 나머지 일부분의 물이 빠져 나오게 되면서 마이크로 입자들 사이에는 간격이 발생한다. 이렇게 형성된 구조는 1700℃까지 올라가는 과정에서 더욱 안정적인 구조의 가벼운 다기공성의 세라믹이 된다.
“우리는 이제 사용되는 첨가물을 통해서 마이크로 입자의 크기와 모양을 선택적으로 조절할 수 있게 되었다”고 Gonzenbach 박사는 말했다.
Gonzenbach 박사는 또한 다기공성의 세라믹을 의료분야에 적용할 가능성을 내다보았다. 다기공성의 세라믹은 심각한 부상 등으로 인해 인체에서 뼈를 제거하여 새로운 뼈가 자라도록 하기 위한 비계로서의 역할을 할 수 있다. 연구팀은 현재 이와 관련하여 로잔대학병원(EPF Lausanne and biologists at Lausanne University Hospital) 연구팀과 공동으로 연구를 진행하고 있다. ACB
Graphene나노소자 및 회로 인쇄기술 개발
Georgia Tech, Naval Research Lab, Chung Ang University, University of Illinois, CnRS Institut Neel 공동연구팀
차세대 우주반사망원경인 James Webb Space Telescope
(JWST)의 핵심부품인 반사경위치제어시스템에 압전세라믹물질을 이용한 액추에이터가 적용될 것이라고 한다. JWST에 적용될 압전세라믹스 액추에이터의 개발자인 ACerS의 Mark Ealey와 Maureen Mulvihill에 따르면 그들이 개발한 액추에이터는 JWST가 임무를 수행할 극저온의 우주환경에서 반사경의 위치 및 자세를 제어하기에 충분한 구동력을 만들어 낼 수 있다고 한다. 하나의 반사경을 사용하는 Hubble 우주망원경과는 다르게 차세대 반사망원경인 JWST는 6각형의 거울 18개로 이루어진 클러스터구조의 반사경을 사용하며 이 반사경은 JWST가 궤도에 진입한 이후 펼쳐지게 된다. Mark Ealey와 Maureen Mulvihill이 개발한 압전세라믹스 액추에이터는 우주환경이외에도 극저온 분위기가 요구되는 다양한 분야에서 활용될 수 있을 것으로 보인다. ACB

새 구조의 TMR 소자
産總硏  대용량 MRAM 실현 가능
産業技術總合硏究所는 차세대 기속소자인 자기저항 랜덤 억세서 메모리(MRAM)의 대용량화로 연결될 새로운 구조의 터널 자기저항(TMR)소자를 개발했다. 정보기억 시의 안정성과 정보를 기입할 때의 전력량의 저감을 양립한다. 자화의 방향을 고정하는 새 재료의 수직자화막과 조합시킬 수 있게 되면 약 10기가피트의 대용량 MRAM를 실현할 수 있다고 한다.
개발한 것은 전류로 생기는 「스핀 토르크 자화반전」으로 정보를 기입하는 스핀 RAM이라고 불리는 새로운 방식의 MRAM기술. 자화방향이 같은 방향인 두 장의 강자성층 사이에 비자성층을 끼운 프리층(정보를 기억하는 층) 구조를 갖는 TMR소자를 고안했다.
두 자성층의 자화를 평행하게 하면 기입 전류의 증대를 억제하면서 기억 시의 안정성을 유지한다는 것을 발견했다. 소자 사이즈의 소형화로 이어진다. 이번에 코발트·철·볼론을 사용한 일반적인 면내(面內) 자화막으로 프리층을 구성했다. 이로써 최대 약 1기가피트의 기억용량을 확보할 수 있을 전망. 앞으로는 기입 전류를 줄일 수 있는 낮은 전력의 수직자화막을 TMR소자에 적용, 대용량 MRAM의 실현을 목표로 한다. 불휘발성 MRAM는 고속이며 개서(改書) 내성이 우수하다. 자계를 발생시켜서 자화반전을 일으키는 예전 방식의 MRAM에서는 200메가피트 정도의 용량이 한계라고 생각되고 있다. 일간공업

크기와 모양이 다른 나노결정합성 
지난 수 십 년간, 잘 조절된 크기와 모양을 가지는 나노 재료들은 매우 두드러진 물리 화학적특성을 나타내기 때문에 매우 자세히 연구되어 왔다. 특별히 전이 금속 산화물 나노 결정들과 그들의 집합체는 독특한 특성들과 나노 구조물로 응용될 수 있는 가능성 때문에 다양한 기초 연구 및 리튬 이온 배터리, 가스 센서, 촉매, 에너지 저장 등의 응용분야로 폭넓게 연구되고 있다. 그러므로, 단분산 금속 산화물 나노 결정들과 보다 향상된 기능을 가지는 잘 정렬된 초격자 집합체의 나노 빌딩블록으로서 사용하기 위해 오랜 동안의 연구가 이루어졌다. 지금까지 나노 재료들의 모양과 크기를 조절하기 위하여 다양한 금속 전구체의 열분해, 고온 주입법, 솔-젤법, 역미셀법 등을 포함하는 다양한 합성법이 개발되어 왔다.
Mn3O4는 재충전 리튬 이온 배터리, 촉매, 분자 흡수, 자기 등의 다양한 분야에 응용될 수 있기 때문에 전이 금속 산화물 중에서도 특별히 중요한 재료이다. 지금까지, 고품질의 단분산 Mn3O4 나노 결정을 합성하기 위해 여러 방법이 개발되었다. 그러나, 많은 경우에 유독한 유기금속 전구체가 위험성이 있는 용매 안에서 고온에서 분해되는 방법에 기반을 두고 있다. 더욱이, 몇몇 방법은 Mn3O4 나노 재료를 1차원 혹은 그 이상의 차원(즉, 막대나 면)을 가지도록 고안되었다.
최근 중국의 과학자들은 1차원 MnO2 나노 구조물을 합성하기 위해 저온 수열합성법을 이용하였다. 높은 수율과 균일한 크기를 가지는 Mn3O4 나노 결정들을 손쉬운 원-스텝 합성법을 보고하였다. 본 방법을 통하여 닷, 막대, 선의 서로 다른 모양을 얻을 수 있었다. 더욱이 본 합성법을 통하여는 나노 결정들이 위험하지 않은 실험 조건 아래서 얻어졌고, Mn(NO3)2와 같은 일반적인 무기물 염을 전구체로 사용하였다.
또한, 합성된 소수성 구형 또는 막대형의 나노 결정들은 초음파 방법을 통해 3차원의 Mn3O4 콜로이드 구의 집합체를 형성함으로써 빌딩 블록으로 사용되었다. 또한, 전기 화학분야로 적용하기 위해 간단한 고상 반응을 통해 콜로이드 구들이 LiMn2O4 나노 재료로 변환되었다. 이렇게 얻어진 나노 결정들을 확연히 다른 전기화학적 성능을 나타내었다.
합성 직후의 Mn3O4 나노 결정들은 다양한 크기를 나타내었다. 올레일아민을 사용했을 때 구형의 모양이 얻어졌으며 평균 25.9 ±1.4nm를 나타내었고, Mn의 농도를 늘리고, 반응 시간을 줄였을 때, 나노 막대의 모양이 얻어졌으며, 반경은 약 20 nm, 길이는 약 80nm를 나타내었다. LiMn2O4의 경우 상용 LiCoO2에 비하여 저가격, 환경 친화성, 풍부한 자원 등으로 인해 리튬 이온 배터리의 양극재료로 이용될 수 있는 우수한 후보 물질이다. 700℃에서 합성된 LiMn2O4는 팔면체의 모양을 나타내었으며, 400℃에서 합성된 구형의 LiMn2O4보다 높은 충전용량을 나타내었고, 더욱이 상용 샘플보다도 높은 용량을 나타내었다.
이것은 나노 입자의 결정성과 크기가 전기화학적 특성에 영향을 줌을 의미하며, 본 연구결과는 기능성 거대 구조물 및 디바이스에 들어가는 다른 금속 산화물 나노 결정의 이해와 정확한 모양 조절에 도움이 될 것으로 여겨진다. GTB