이산화티탄 입자
균질하게 「환원형」 합성
물질・재료연구기구 국제 나노아키텍트닉스 연구 거점인 富中悟史 연구원과 辻本吉廣 연구원은 나노미터 수준의 이산화티탄 입자의 크기를 바꾸지 않고 전자전도성과 가시고아 흡수 등의 특성을 갖게 하는 합성방법을 개발했다.
지금까지는 반응에 따라 입자가 커져 버렸다. 나노와이어와 같은 다른 미소 티탄산화물 재료의 고기능화와 백금이나 금 등의 귀금속을 사용하지 않는 전극 재료에 대한 응용 등을 전망할 수 있다.
티탄과 산소가 결합한 티탄산화물은 전자를 받기 쉬운 「환원형」이 되면, 원래의 특성인 내식성을 유지하면서도 전자전도성과 가시광 흡수 등의 특성이 나타난다. 태양전지의 전극재료 등에 응용되고 있는데, 보통은 환원형보다 산소의 비율이 높은 「이산화티탄」이 가장 안정적인 형태이므로 환원형으로 하려면 특수한 원료 800-1100℃이 고온처리가 필요했다. 이때 원가가 비싸지거나 입자의 사이즈가 커지거나 하는 문제가 있다. 이산화티탄의 나노입자를 환원하는 힘이 강한 화합물과 섞어서 350℃P서 반응시켰다. 원료와 반응제를 섞어서 봉입하여 저온 가열하는 것뿐이므로 공정이 간단하어 원가도 낮출 수 있다. 일간공업

그래핀의 새로운 광열전기 효과
통상적인 열전기 현상은 다른 종류의 두 금속 와이어가 접합을 형성하고, 이 영역에서 열이 가해졌을 때 양쪽 반대편 끝에서 전압을 측정할 수 있다. 만약, 두 종류의 물질이 동일한 금속이라면 전압은 발생하지 않는다. 최근 미국 MIT의 연구진은 기존의 학설을 부정하는 그래핀의 열전 효과를 보고했다.
프랑스 CNRS 소속 Denis Basko는 그래핀의 광열전기 효과를 설명하고, 새로운 개념의 광전자소자로의 가능성에 대해 기술했다. 본 내용은 2011년 11월 4일자 Science지에 “A Photo-thermoelectric Effect in Graphene”란 제목으로 게재됐다.
금속 내부에서 전자가 이동을 하게 되면 전화와 에너지를 운반하게 된다. 전자는 전류에 대해, 후자는 열 이동에 관여하게 된다. 전류는 이동하는 전체 전자의 수에 의존하고, 열 전류는 어떻게 전자가 분포하는지에 따라 결정된다. 두 개념 모두 전자의 이동에 관련된 것으로, 밀접한 상관 관계를 가지고 있다.
두 금속이 닿아 있는 접합부에 열이 인가되면, 각 금속에 전압이 발생한다. 두 금속이 다른 물질이라면 접합을 가로지르는 알짜 전압은 0이 아니고, 동일하다면 0이 된다. 이러한 열 차이에 의해 발생하는 전압비를 열전력(thermopower) 또는 제베크 계수(Seebeck coefficient)라 한다.
다른 조건에 놓인 단일층 그래핀의 두 영역은 각각의 제베크 계수를 갖는 것이 입증됐다. 그래핀의 전자 밀도는 외부 게이트 전극에 인가된 전압에 의해, 즉 전계효과에 의해 쉽게 제어할 수 있기 때문에 충분히 가능한 일이다. 전도도의 변화는 곧 제베크 계수의 변화를 의미한다.
상온에서 그래핀에서 관측된 제베크 계수의 변화는 단위 K 당 수십 ueV로 금, 은, 구리와 같은 통상적인 두 금속 사이에서 발생하는 것보다 10배 이상 높고, 현재의 열전대(thermocouple) 기술에서 활용하는 합금에 상응하는 수준이다. 게다가, 이러한 값은 외부 전압에 의해 제어가 가능하다.
효율적인 광전자 소자의 설계를 위해서는 소자 내 광전압 발생 메커니즘에 대한 충분한 이해가 필요하다. 외부 제어 요소와 함께 그래핀의 광열전 효과에 대한 명확한 고찰을 통해, 그래핀 기반 광전자 소자의 새로운 가능성을 제시할 수 있을 것이다. GTB

[그림 1] 광열전 효과를 입증한 그래핀 기반 소자의 모식도. 절연체 기판 위에 올려진 그래핀은 양쪽에 두 전극과 닿아 있고, 전체적으로 아래쪽에는 하부 전극, 그리고 절반의 영역에 대해서 상부 전극을 포함하는 구조이다. 왼쪽 영역은 하부 전극에 의해, 오른쪽 영역은 상부/하부 전극에 의해 전자 밀도를 제어할 수 있다. 빛이 조사됨에 따라 소스와 드레인 전극 사이에서 전압차를 측정할 수 있다.

[그림 2] 두 영역의 그래핀에 대한 에너지 분산 모식도

Si 기판위에 그래핀 다기능 디바이스의 개발
국립대학법인 도호쿠대학 전기통신연구소 연구그룹과 독립행정법인 과학기술진흥기구 전략적창조연구추진사업의 “차세대 일렉트로닉스 디바이스의 창출에 관한 혁신재료 프로세스 연구” 연구영역에서의 연구과제인 “그래핀 온 실리콘 재료, 디바이스 기술의 개발”의 일환으로 독립행정법인 일본원자력연구개발기구 양자빔 응용연구부문과 재단법인 고휘도광학연구센터 이용연구촉진부문의 연구그룹은 공동으로 실리콘 기판 위에 성장시킨 차세대 전자재료 그래핀의 Si 기판 면방위에 의한 다기능화(금속성, 반도체성의 구분)에 성공하여 차세대 전자재료 그래핀을 이용한 전계효과 트랜지스터의 집적화도 가능하다는 것을 나타내었다. 현재 반도체 집적기술을 이용한 그래핀의 다기능화, 집적가능성을 나타낸 것은 그래핀의 다기능 집적회로 분야의 발전에 의미 있는 획기적인 성과이다.
이번에 연구그룹은 GOS기술에 이용된 실리콘 기판의 면방위를 선택함으로써, 그래핀의 표면, 계면구조 및 밴드구조가 제어 가능하다는 것을 밝혀내었다. 이 연구는 대형 방사광시설 Spring-8에서 일본원자력연구개발기구 전용 빔라인 BL23SU 설치의 실시간 광전자분광장치 및 이화학연구소 빔라인 BL17SU 설치의 분광형 광전자, 저속전자현미경을 이용하여 수행하였다. 지금까지 고가의 SiC 결정기판의 면방위를 선택함으로써 그래핀의 밴드 구조제어가 가능하다는 것이 알려져 있었지만, 값이 사고 대면적의 실리콘 기판 위에서 동일한 제어가 가능하다라는 것을 밝혀낸 것은 이번 연구가 최초이다. 이 성과는 그래핀의 디바이스 특성(캐리어 이동도, 밴드 갭)을 실리콘 기판 위에서 자유롭게 제어하는 것을 가능케 한 것으로 디바이스의 응용 용도(전자, 광)에 적합한 최적의 그래핀 제조를 가능케 하는 것이다.
연구그룹에서는 비교적 큰 면적의 GOS(7 ×40mm2 이상)을 제조하고, 그것을 이용한 복수의 전계효과 트랜지스터를 제작하였다. 그 결과, 이러한 소자 특성의 편차가 적을 것을 확인하였다. 트랜지스터의 크기는 수 μm 정도로 유지하고 있으며, 집적도는 낮으나, 이 결과는 GOS를 이용한 집적회로의 제작이 장래적으로 가능하다는 것을 나타낸 것이다.
실리콘 미세가공기술을 이용하면 1매의 실리콘 기판 위에 다양한 면방위의 실리콘면을 간단하게 만들어 내는 것도 가능하기 때문에, 장래적으로는 실리콘 기판 위에 3차원적으로 제작한 다기능을 가진 그래핀 집적회로(3D-GOS)의 실현도 충분히 기대된다. 이러한 다기능화 디바이스 제조기술은 장래 실리콘 디바이스 및 다른 그래핀 성막기술에서는 이룰 수 없는 것이다.
최근, 디바이스 시뮬레이션에 의하면, 채널 길이가 20nm까지 축소화된 그래핀 집적회로가 실리콘 집적회로보다도 고속의 논리동작을 할 가능성이 나타났다. 따라서, 본 GOS 기술의 진전에 의해 실리콘 집적회로보다도 고속동작하는 GOS 집적회로가 원리적으로는 제작 가능하다고 추론된다. 몇 가지 기술문제를 앞으로 극복할 필요가 있지만, GOS 집적회로는 실리콘 집적회로의 대체물 이상의 것이 될 것으로 기대된다. GTB

[그림 1] 탄소의 이차원층상 결정: 그래핀의 구조

[그림 2] 실리콘 기판 면방위의 차이에 의한 GOS의 다기능화

[그림 3] 실리콘 기판의 3차원 미세가공에 의한 GOS의 나노스케일의 다기능화

1.2㎾h 리튬이온 축전(蓄電) 모듈의 상품화
소니(주)는 고출력, 긴 수명 및 우수한 열안정성이라는 특징을 가진 오리핀형인산철리튬을 정극재료에 이용한 리튬이온 2차전지의 축전 모듈을 개발했다.
오리핀형인산철리튬은 그 결정구조가 강고하여 고온에서도 열안정성이 높은 정극 재료이다. 독자의 분체설계기술을 살려 이 정극재료의 전기저항을 저감하고, 또 현재까지 길러 온
제조 프로세스 기술을 합하여 고출력이면서 긴 수명을 유지할 수 있도록 하여 균형 잡힌 전지 설계를 실현할 수 있었다.
신규 설계한 축전 모듈은 용량이 1.2㎾h로 데이터 서버용 백업 전원이나 휴대전화의 무선기지국용 백업 전원 등의 정치형(定置型) 전원용도로 대응이 기대된다.
⑴ 긴 수명
다른 정극재료(코발트, 망간, 혹은 니켈)을 이용한 리튬이온 2차 전지와 비교하여 플로트 충전(부동(浮動)충전) 시 혹은 연속 충방전 사이클 시의 세퍼레이터의 산화와 전해액의 분해반응 등이 잘 일어나지 않으므로 전지의 내부저항상승 및 용량 열화가 적다.
충방전 6000사이클 후의 용량 유지율은 80% 이상, 실온에서 1년 보존한 후의 용량은 95% 이상을 확보하고 있다.
⑵ 높은 확장성
모듈을 용도에 맞춰 복수 다직(多直) 다병렬(多竝列) 접속하여 전압이나 용량의 커스터마이즈를 쉽게 조정할 수 있다. 지금까지 곤란하다고 알려져 왔던 500V를 넘는 시스템에서 전지전압ㆍ전류의 제어를 가능하게 함으로써 확장성이 넓어졌다. 또 충전 심도에 관계없이 플랫한 출력 특성을 가진다는 점도 에너지 효율 향상에 공헌한다.
앞으로 이 회사가 보유한 전지기술과 회로ㆍ전원기술을 융합시켜서 크린 에너지의 보급에 공헌해 나갈 계획이다. CJ

Fast Firing을 통한 MLCC의 누설전류감소
Penn State University의 Clive Randall이 이끄는 연구팀은 최근 Journal of the American Ceramic Society를 통해 “Effect of Firing Rates on Electrode Morphology and Electrical Properties of Multilayer Ceramic Capacitors”라는 제목의 논문을 발표했다. (doi: 10.1111/j. 155122916.2011.04880.x) Multi Layer Ceramic Capacitor(MLCC)가 등장한 후 수 십년간 이루어진 다양한 유전세라믹스의 개발과 공정기술 향상에 의해 MLCC의 단위체적당 정전용량은 혁신적으로 증가해왔다. 하지만 다양한 소형가전제품들의 출현과 이에 따른 전자부품의 소형화 요구에 맞춰 MLCC소자의 사이즈도 지속적으로 감소하였다.
이에 따라 현재 사용되고 있는 대부분의 MLCC소자의 성능은 MLCC를 구성하는 유전세라믹스 물질이나 구조가 아닌 전극-유전체간 계면특성, 미세결함 등의 요소에 의해 발생되는 누설전류에 의해 결정된다고 해도 과언이 아니다. MLCC소자에서의 누설전류는 MLCC소자의 정전용량을 낮춰 MLCC소자의 특성을 저하시키는 역할을 한다. MLCC소자에서 누설전류를 일으키는 가장 큰 요소는 유전세라믹스 물질인 Barium Titanate (BaTiO3)와 전극물질로 사용되는 Ni의 반응에 의해 생성되는 Ba-Ti-Ni합금으로 이 물질은 전극과 BaTiO3계면에 결함을 생성하여 MLCC소자의 누설전류를 증가시키는 역할을 한다. Ba-Ti-Ni합금 생성을 막는 한 가지 방법은 ‘fast firing’라는 급속열처리 기술을 사용하는 것이다. 연구팀의 이전연구결과에 따르면 Firing을 수행하는 열처리로의 승온속도에 따라 전극과 BaTiO3계면상태가 크게 변하는 것으로 보인다. Randall의 연구팀은 Firing공정의 승온속도에 따른 MLCC소자의 누설전류 및 특성을 확인하기 위해 서로 다른 승온속도(150℃/hour, 3000℃/hour)에서 Firing된 MLCC소자의 특성을 비교하였다. (두 샘플의 Firing온도와 시간은 1280℃, 2시간으로 동일) Journal of the American Ceramic Society에 개제된 연구팀의 논문에 따르면 연구팀이 기대했던 바와 같이 Fast Firing된 MLCC샘플은 느린승온속도의 샘플에 비해 결함이 적은 전극-BaTiO3 계면을 보여줄 뿐 아니라 높은 정전용량을 가진다고 한다. 또한 Fast Firing된 샘플은 일반적인 Firing으로 제작된 샘플에 비해 높은 임피던스값을 보여주는데 이는 Fast Firing이 누설전류를 감소시켜준다는 것을 직접적으로 보여주는 결과다. ACB

[그림] 3차원으로 나타낸 MLCC의 미세구조 (a)낮은 승온속도로 Firing된 MLCC (b) Fast Firing에 의해 제작된 MLCC

나노 구조를 유지한 환원형 티탄산화물을 얻는 새 수법을 개발
(독)물질ㆍ재료연구기구 국제 나노아키텍토닉스 연구거점인 富中悟史 연구원과 辻本靑廣 연구원은 티탄산화물(TiO2)의 나노구조를 유지한 채, 내부의 결정구조가 다른 환원형 산화물(Ti2O2)로 변화시키는데 최초로 성공했다. 이 성과에 이용한 수법은 극히 간편하며 값싼 프로세스로 실행할 수 있기 때문에 다른 나노 구조를 갖는 산화물에 대한 응용도 포함하여 폭넓은 나노 재료의 고기능화를 꾀할 수 있을 것으로 기대할 수 있다.
최근 자원 고갈과 에너지 수요 증대를 어떻게 제어할 것인가, 지속성 사회의 실현을 위해 극복해야 할 큰 과제로 관심이 모아지고 있다. 특히 자원이 부족한 일본에서는 구하기 쉬운 원소에서 고기능, 고내성을 갖는 재료의 개발이 강하게 요구되고 있다. 이산화티탄(TiO2)는 그 우수한 빛(전기)화학반응성, 화학적 안정성 등으로 오래 전부터 연구되어 온 물질인데, 더 넓은 용도 확대를 위해 TiO2에는 나타나지 않는 가시광 흡수 특성 및 높은 전기전도성을 보이는 환원형 티탄산화물이 주목되고 있다. 그러나 일반적으로 환원형 티탄산화물의 합성에는 고온처리를 필요로 한다는 점에서 지금까지 고기능화에 필수인 나노 구조화의 수법은 확립되지 않았다.
이 연구팀은 루틸형 TiO2(정방정(正方晶)계)의 나노입자를 출발물질로 하여 저온에서도 강력한 환원력을 보이는 수소화칼슘(CaH2)분말과 함께 혼합하여 진공 봉입 하 종래의 환원온도보다 훨씬 낮은 350도까지 반응시킴으로써 위와 같은 문제의 해결을 도모했다. 그 결과, 출발물질의 형상과 사이즈를 유지한 채, 내부의 결정구조만 Ti2O3(육방정계)로 변화시키는데 성공했다. 한편, 아나타제형 TiO2(정방정계)의 경우, 입자의 모양은 전혀 유지되지 않았고 입자의 비대화가 확인되었다. 반응구조를 밝히기 위해 SPring-8에 설치된 NIMS빔라인(BL15XU)에서의 방사광 X선 회절 실험 결과, 루틸형 TiO2의 경우 중간상으로 마그네리상(Ti4O7)이 생성된다는 것을 밝혀냈다. 루틸과 코랜덤의 두 구조의 특징을 함께 가진 마그네리상이 입자의 형상・사이즈를 유지한 구조변화를 가능하게 하는 것으로 추측된다. 현재 반응기구의 상세한 내용 및 얻어진 환원형 티탄산화물의 특성을 평가하고 있다. CJ

NYU - DNA를 이용한 물질복사 기술개발
New York University의 Paul M Chaikin 과 Nadrian C. Seeman이 이끄는 연구팀은 DNA를 이용하여 복잡한 물질들을 복재해 낼 수 있는 기술을 개발했다고 발표했다. NYU의 뉴스릴리즈에 따르면 NYU의 연구팀은 여러 개의 DNA가 조합된 형태의 인공 DNA를 만들어 냈다고 한다. NYU의 연구팀이 만든 인공 DNA는 생물체의 DNA와 같이 고유의 구조 즉, 문자를 나타내는 구조로 이루어져 있으며 DNA-RNA복사와 같은 형식으로 특정물질을 복제해 낼 수 있다고 한다. 하지만 NYU가 만들어낸 인공DNA는 생물체에서 사용되는 DNA에 비해 한층 진화된 형태를 지닌 것으로 보인다. BTX(Bent Triple Helix Molecules)라는 이름의 이 인공DNA는 3개의 DNA 이중나선이 결합된 형태로 생명체의 DNA와는 다른 특징을 갖는다.
생명체의 DNA는 하나의 DNA가 4개의 문자를 나타낼 수 있는 반면 BTX는 이론적으로 수백조개의 문자열의 표현이 가능하다. DNA를 이용한 물질의 복제를 위해 NYU의 연구원들은 복제의 원본이 되는 물질인 인공 DNA 즉 BTX Seed를 만들었다. Nature에 개제된 NYU연구팀의 논문에서는 7개의 DNA가 조합된 BTX Seed를 사용하고 있다. 인공 DNA인 BTX Seed는 다양한 물질들이 혼합된 케미컬 솔루션내부에서 특정 물질과 결합하여 BTX Seed-Chemical 조합을 만들어 내는데 연구팀은 이 BTX Seed-Chemical조합을 “자식조합”이라고 이름 붙였다. BTX Seed와 Chemical의 결합에 의해 생성된 이 “자식조합은” Chemical Solution의 온도를 40℃이상으로 가열하면 결합이 끊기면서 서로 떨어지는데 이때 떨어져 나간 Chemical은 BTX-Seed에 부착되어 있던 모양을 유지한다. 따라서 Chemical Solution의 온도를 올리고 내림을 반복하면 BTX-Seed와 Chemical 간의 결합과 분리가 반복되며 BTX-Seed가 나타내는 문자에 상응하는 물질을 연속적으로 복제해 낼 수 있다. NYU의 연구팀에 따르면 BTX-Seed를 이용한 물질 복제의 가장 큰 장점은 매우 간단한 프로세스로 복잡한 물질을 연속적으로 합성해 낼 수 있다는 점이라고 한다. 실제로 BTX-Seed복제는 생명체의 DNA복제는 다양한 효소들이 사용되는 매우 복잡한 과정인 반면 BTX-Seed복제는 BTX-Seed와 Chemical Solution만을 필요로 하는 매우 간단한 과정으로 이루어진다. DNA를 이용한 물질복제는 세라믹스분야에도 활용될 수 있을 것으로 보인다. 이미 자연계는 동물의 뼈, 치아, 조개껍데기 등과 같은 세라믹스 물질들을 DNA복제로 만들고 있다. Nature에 개제된 NYU 연구팀 논문의 제목은 “Self Replication of Information-Bearing Nanoscale Patterns”이다. ACB

[그림1] NYU에서 만들어진 인공 DNA (BTX) 모식도 - NYU의 연구팀은 여러 개의 DNA가 조합된 형태의 인공 DNA를 만들어 냈다. NYU의 연구팀이 만든 인공 DNA는 생물체의 DNA와 같이 고유의 구조 즉, 문자를 나타내는 구조로 이루어져 있으며 DNA-RNA복사와 같은 형식으로 특정물질을 복제해 낼 수 있다.

[그림 2] 인공 DNA(그림1)의 단면 모식도

빛, 또는 전기로 기입하고 읽을 수 있는 신 메모리 : 도전성 액정 메모리
스멕틱 액정 상태에서는 액정분자는 그림1과 같은 질서를 형성한다. 여기에서 액정분자의 중앙에 전하수송 가능한 긴 공역(共役) π-전자계의 구조를 도입하고 그 분자를 가열하여 스멕틱 액정 상태의 질서가 형성된다. 그러면 분자 중앙의 긴 공역(共役) π-전자계의 구조 부분이 분자 사이에서 서로 겹쳐져 전자의 호핑이 작은 에너지로 이상적으로 일어나게 된다. 山梨大學의 原本 교수 등은 가열로 액정 반도체가 되고, 0~5볼트의 작은 전압의 변화로 도전성이 100만 배 증가하는 소자의 실현에 세계 최초로 성공했다. 이번에 이 액정 반도체의 성질을 이용하여 「빛, 전기 어느 것으로도 쓸 수 있고, 읽을 수 있는 신 메모리 : 도전성 액정 메모리」를 세계 최초로 실현했다.
그림2와 같이 펄스 레이저에 의한 스폿 가열을 이용하여 투명전극 측에서 도전성 액정의 박막을 가열하여 스멕틱 액정 온도를 실현한다면 그 스폿은 스멕틱 액정의 분자 배열을 가지며, 그것이 실온에서 고정화되면 도전성 스폿이 된다. 레이저 스폿 가열을 한 스폿을 1로 하고, 하지 않은 스폿을 0으로 하면 0, 1의 데이터 기입이 가능하다.
또 전기적 가열을 이용할 경우에는 X-Y의 매트릭스 전극에서 교점을 가열하고, 가열한 도전성 액정을 스멕틱 액정 온도로 한다면 그 점은 스멕틱 액정의 분자 배열을 가지고, 그것이 실온에서 고정되어 도전성의 점이 된다. 광 가열과 마찬가지로 가열을 한 스폿을 1로 하고, 하지 않은 스폿을 0으로 하면, 0, 1의 데이터 기입이 가능하다.
기입된 점1과 점0의 도전성이 크기는 대략 100만 배 정도 차이가 나므로 전기적으로 읽을 수 있다. 또 기입된 점1은 액정분자의 액정 사애의 분자 배열이 고정화되어 있는 점이므로 액정 상태가 가진 광학적 이방성을 가진다.
따라서 이 점이 가진 광학적 이방성을 빛의 투과, 또는 반사로 광학적으로 읽을 수 있다. 예를 들면, 도전성 액정의 박막을 원반 위의 디스크에 형성시키고 그것을 고속 회전시키면서 펄스의 레이저 빛을 조사하여 기입한다. 이 디스크의 편광현미경 사진에서는 기입된 몇 미크론의 점이 모두 액정 상태가 되고 그 분자 배열이 실온에서 고정화되어 편광판이 직교(直交)의 상태에서 각 점이 빛을 통과시킨다는 것을 확인했다. 소거는 액정 온도에서 전압 10~30볼트 정도를 가해 액정 분자를 전극에 수직으로 세울 수 있다.
이상과 같이 이 신 메모리는 빛, 전기 양쪽 모두로 기입할 수 있으며 읽을 수 있는 세계 최초의 메모리이다. CJ
[그림 1] 스멕틱 액정 상태의 전하 수송
[그림 2] 레이저에 의한 도전성 스폿의 기입

Berkeley Lab-Imperial College 새로운 인공뼈를 개발하기위한 공동연구 진행
유리와 세라믹스를 연구하는 많은 과학자들과 공학자들은 면역반응을 일이키지 않으며, 가공하기 쉬우면서도 강하고, 비싸지 않은 인공뼈 물질을 찾기 위해 노력하고 있다. 가장 이상적인 인공 뼈는 재생에 의해 생성되는 새로운 뼈가 완전히 재생되기 전까지 외부의 힘을 잘 지탱해 주어야 할 뿐 아니라 뼈의 재생을 위해 필요한 양분이 잘 이동할 수 있는 구조여야 하며 새로운 뼈가 생성된 이후에는 몸에 흡수될 수 있어야 한다. 인공뼈가 갖춰야할 또 하나의 요건은 힘을 받는 방향으로 매우 높은 강도를 지녀야 한다는 것이다.
Lawrence Berkely National Lab(LBNL)은 최근 앞서 언급한 요소들을 대체적으로 잘 만족시키는 유리기반의 인공뼈 물질에 대한 연구결과를 발표했다. Imjperial College London과 공동으로 진행한 이번 연구에서 LBNL은 6P53B라는 이름의 유리를 기반으로 하는 뼈 대체물질의 다양한 특성분석을 통해 6P53B가 인공뼈로 사용되기에 적합한 물질인지에 대한 조사를 진행했다. LBNL 연구팀의 연구는 현재 널리 사용되고 있는 바이오유리인 45S5와 비교했을 때 6P53B가 어떤 장 단점을 지니는지를 조사하는데 중점을 두어 진행되었다. 6P53B와 45S5의 가장 큰 차이점은 두 물질에 포함된 성분으로 6P53B의 경우 SiO2이외에 K2O와 MgO를 포함하는 반면 45S5는 Na2O와 CaO를 포함한다는 것이다. 또한 6P53B는 Na2O에 비해 높은 SiO2함량을 갖는다. LBNL은 3차원 프린팅의 일종인 Robocasting이라는 기술을 이용하여 6P53B로 구성된 다양한 형태의 구조물을 제작하는 테스트를 2006년부터 진행해왔다. Robocasting은 유리분말과 바인더의 혼합물로 구성된 물질을 잉크를 기판위에 인쇄하여 2차원 구조물을 만들고 그 위에 또 다른 층을 겹겹이 인쇄하는 방식으로 3차원 구조물을 형성하는 기술로 Robocasting을 이용하면 컴퓨터로 설계된 다양한 형태의 3차원 구조체를 매우 정확하게 재현할 수 있다. LBNL의 연구원은 ALS의 웹사이트를 통해 Robocating에 대해 “Robocating를 이용하면 컴퓨터에서의 설계만으로 원하는 모양 원하는 물질의 인공 뼈를 얼마든지 제작할 수 있습니다. 따라서 뼈의 재생속도는 물론 재흡수 속도까지 고려한 인공 뼈의 제작이 가능합니다.”라고 설명했다. LBNL과 Imperial College의 연구팀은 6P53B와 Robocating 기법을 이용하여 136메가 파스칼 이상의 압력을 견디면서도 뼈 재생에 적합한 기공도와 흡수율을 가지는 인공 뼈를 만드는데 성공했다고 발표했다. LBNL의 연구팀은 LBNL의 웹페이지에 개제된 글을 통해 그들이 제작한 인공뼈가 폴리머로 제작된 인공뼈에 100배, 45S5로 제작된 인공뼈에 4배에서 5배에 해당하는 강도를 갖는다고 이야기 하고있다. LBNL의 연구팀은 University of California의 연구팀과 함께 그들이 제작한 6P53B의 동물실험을 진행하고 있다. ACB
[그림] Robocasting으로 제작된 6P53B 인공뼈

유기박막 재료의 결정 해석
적은 전자선 양으로 관찰
알데크(茨城縣 츠쿠바시, 사장 佐々木友幸)은 유기박막 재료의 결정구조를 해석하는 장치 「PICO-RHEED(피코 알히드)」를 개발했다. 증착으로 막을 만들면서 아연 프타로시아닌 등의 유기재료의 결정구조를 해석할 수 있다. 태양광 발전 패널의 에너지 변환효율 향상 등의 유기박막 연구개발에 적합하다. 연말부터 출하한다. 가격은 609만 엔. 국내외 연구기관용으로 연간 25대 이상의 수주를 목표로 한다.
개발한 장치는 진공 속에서 막을 증착시키면서 전자선을 측정 샘플에 대어 반사한 회절상을 읽어 원자 레벨의 결정구조를 해석한다. 측정 대상인 유기박막 재료는 허물어지기 쉽기 때문에 손상되지 않도록 적은 전자선의 양으로도 관찰할 수 있도록 했다. 최적의 전자선 양을 조사하는 장치, 측정대상에서 반사된 적은 전자선을 증폭하여 읽기 위한 장치를 조합시켰다.
이 회사는 갈륨・비소화합물 등의 무기재료용으로 막을 만들면서 결정구조를 해석하는 장치를 5년 전에 개발했다. 지금까지 국내외의 대학, 연구기관에 200대 이상을 납입하였으며, 佐々木 사장은 「이 분야에서의 세계 점유율은 톱」이라고 말한다. 이번에 개발한 장℃치는 이것을 유기재료용으로 개량했다. 일간공업