최고강도 파이프라인 부설
미국 회사로부터 용접 기술
新日本製鐵은 미국 엑손모빌과 라이선스 계약을 체결하고 최고 강도의 강관을 사용한 파이프라인의 부설용 용접기술의 공여를 받았다. 앞으로 채용의 확대가 기대되는 최고급 강도의 강관용. 新日鐵은 이 강관의 양산체제를 정비하고 용접기술을 더함으로써 에너지 개발 업자에게 판매를 가속화한다.
공여를 받은 용접기술은 미국 석유협회(API)규격에서 「X120」이라고 부르는 최저 항복(降伏) 강도830 메가파스칼의 강관을 연결하는 용접기술. 파이프라인 부설에서 일반적으로 사용되는 용접기로 시공할 수 있는데, 용접 조건의 최적화와 전용 용접재료가 필요하므로 유상으로 기술공여를 받았다.
新日鐵은 엑손과 공동으로 실증실험을 하는 등 규격에 대응한 강관을 개발한 상태. 2008년에는 君津製鐵所(千葉縣 君津市)에 양산체제를 갖추었다. 전용 용접재료는 자회사인 日鐵住金溶接工業(東京都 中央區)에서 생산한다.
파이프라인용 강관은 X65 이하의 강도 그레이드가 주류. 보다 고강도인 X80규격품의 채용이 확대되고 있다. X120규격품은 X80에 비해 강도가 1.5나 되어 강관의 경량화와 부설비용 저감으로 이어진다고 한다. 일간공업

이산화탄소로 만든 그래핀 산화물
이산화탄소를 재활용하기 위한 더 나은 방법을 위한 수색에 나선 연구자들이 그것을 그래핀 산화물(grapheme oxide)로 바꾸었다. 그래핀 산화물은 쉽게 그래핀으로 환원될 수 있지만, 또한 방수 물질, 전기 회로, 그리고 약물 전달과 같은 의학적 응용을 위해서 쓸모가 있다.
불행하게도, 이산화탄소는 매우 안정해서 다른 유용한 분자들로 바꾸는 것이 어렵다. 뉴욕시립대(City College of New York)의 Jae Lee는 다른 연구자들이 극심한 압력을 사용해서 강제로 이산화탄소 분자들이 함께 그래핀 산화물을 사용하도록 한 반면, 그의 연구진은 이것은 비교적 온화한 조건들에서 해낼 수 있었다고 말했다. Lee와 동료들은 두 단계 과정을 통해서 그래핀 산화물을 생산했다. 먼저, 그들은 이산화탄소를 암모니아 보란(ammonia borane (NH3BH3))으로 고정하고 그 다음에 그 결과로 생긴 고체를 가열해서 그래핀 산화물의 벌집 구조를 만들어냈다.
그 첫번째 반응에서, 그들은 NH3BH3를 스테인리스 강 칸에 넣고 그 다음에 그 칸이 목표 압력에 도달할 때까지 이산화탄소를 추가했다. 그리고 나서, 그들은 그 칸을 몇 시간에 걸쳐서 서서히 가열했다. 약 30기압의 압력에서, 이산화탄소의 추가로 인해서, OCH3, HCOO와 지방족 기들을 만들어내서, NH3BH3의 질량은 두 배가 되었다.
‘이것은 온화한 조건들에서, 촉매 또는 금속을 포함하는 화합물들을 수반하지 않고, 이산화탄소로부터 직접적으로 지방족 기들과 탄소를 형성한 것을 보고한 첫번째 연구이다.’라고 Lee의 연구진의 일원인, Junshe Zhang이 말했다. Lee는 이산화탄소를 분해하는 것은 보통 섭씨 400도 이상의 온도와 690기압 이상의 압력을 필요로 하며, 그래서 온화한 조건은 유용한 탄화수소들을 만들기 위해서 예상하는 것보다 더 낮은 에너지 비용을 의미한다고 덧붙였다.
그 첫번째 반응의 생성물을 그래핀 산화물로 바꾸기 위해서, 그 연구진은 그것을 비활성 기체로 둘러싸고 두 세 시간에 걸쳐서 600에서 750도 사이로 가열해서, 많은 질소와 수소가 암모니아와 다른 휘발성 종들로서 그 고체를 떠나도록 했다. Lee는 그 붕소 산화물의 명확한 평면 구조가 3-6 나노미터 두께의 그래핀 산화물 층을 위한 주형으로서 작용했다고 말했다.
‘상향식 접근에서 작은 분자 출발 물질을 사용하는 것은 나노합성물의 성질에 대한 더 큰 통제로 이끌어줄 수도 있기 때문에 매력적이다. 특히 그 연구진은 붕소를 제어가능하게 그래핀 산화물 안에 통합시켰는데, 이는 그것의 촉매적 성질을 조정하는 것을 도울 수 있다.’고 미국 텍사스대(University of Texas)의 Dan Dreyer가 말했다. Lee는 붕소 산화물이 양자 교환 막 연료 전지에서 산소 환원제로서 그래핀 산화물의 전기촉매적인 성능을 향상시킬 수 있다고 제안했다. 만약 그 새로운 방법이 그래핀 산화물에 다른 원소들을 넣는 것으로 바뀔 수 있다면, 그것은 탄소 나노물질의 성능을 최적화하기 위한 강력한 도구가 될 수 있을 것이라고 Dreyer가 말했다. GTB

단일광자를 방출하는 새로운 광원
단일 광입자의 방출할 수 있는 미세한 구조체는 여러 혁신적인 미래 소자 개발에 매우 중요한 부분을 차지한다. 독일 뷔르츠부르크대학(Universities of Wurzburg)의 한 연구팀이 단일 광입자 방출 기술에 혁신을 가져다 줄 수 있는 새로운 구조체를 만드는 데 성공했다.
많은 연구진이 단일 광 입자를 방출할 수 있는 광원에 관심을 가지는 이유는 무엇인가? 이에 대해 뷔르츠부르크대학 물리학부의 Jens Pflaum 교수는 “이러한 광원은 새로운 암호화(encryption technologies, 부호매김) 기술 개발에 필수적으로 요구되는 사항”이라고 말했다.
단일 광입자를 통해 전송되는 자료는 전송과정에 노출되는 해킹의 위험성으로부터 근본적인 해결책이 될 수 있다. 특별히 온라인 결재 시스템과 같은 경우에는 자료 조작 등이 즉시 검출 되어 이러한 중간 침입이 허용될 수 없다. 이러한 보안 기술은 기존의 레이저와 같은 광원으로는 얻을 수 없다. 기존의 광원은 많은 양의 광 입자들을 동시에 방출하기 때문에 데이터 피싱을 정확히 차단하고 그 침입을 감지하는 데에는 어느 정도 한계가 있다.
단일 광자를 방출하는 혁신적인 시스템의 장점 중의 하나는 제조공정이 간단하며 전기적으로 조작이 쉬운 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diodes)를 위한 표준적인 소재를 사용한다는 데 있다. 이러한 소재는 특별히 실온에서 동작한다는 큰 이점을 가지고 있다. 이는 기존의 갈륨비소(gallium arsenide)와 같은 반도체 물질이 어는 점 이하의 온도에서 작동하는 것과는 차이를 가지고 있다.
단일 광자를 방출할 수 있는 구조체는 휴대용 기기 디스플레이의 픽셀과 매우 흡사한 구조를 이루고 있다. 전기 전도체 막이 유리 기판 위에 형성되고 그 위에 유기 플라스틱 매트릭스가 형성된다. 각각의 컬러 분자가 그 위에 임베디드된다. 매트릭스는 배터리와 연결이 되며 전류는 컬러 분자에 인가되어 각각의 분자를 자극하여 단일 광자를 방출하게 한다. 이러한 과정은 광 대비 측정(photon correlation measurements)을 통해 확인된다.
이번 개발에는 세 가지 중요한 핵심 기술이 있다. 첫째, 정확한 컬러 분자의 선택이다. 분자는 하나의 중심 이리듐(iridium) 원자에 유기물이 결합된 화학적 구조를 이루고 있다. 둘째, 매트릭스 내에 컬러분자를 균일하게 분포시키는 것이다. 분자들이 너무 밀집되어 있으며 서로 구별되는 단일광이 나오는 것은 불가능해진다.
셋째, 매트릭스 전기적 접촉 경계면이 매우 잘 설계되어 있는 것이다. 이는 전자들이 전하들을 효과적으로 매트릭스 내부로 옮기는 데에 매우 중요한 역할을 한다. 연구팀은 이를 위해서 알루미늄/바륨(aluminum / barium)의 이중막을 사용하였다.
Pflaum 교수는 향후 더욱 다양한 물질에 이러한 기술을 적용하여 유연한 플라스틱 기판에도 적용할 수 있기를 기대한다고 밝혔다. 이번 연구는 독일연구재단(German Research Foundation, DFG)의 재정적 지원으로 수행되었다. 이 연구결과는 Nature Communications에 “Electrically driven photon antibunching from a single molecule at room temperature”라는 제목으로 게재됐다. GTB

하수 속의 인 흡착제
태평양 시멘트
다공질화, 고효율로 회수
인 광석의 가격 비등이 이어져 새로운 자원문제가 되고 있다. 인 광석은 비료의 3대 요수 중 하나인 인의 원료로 전량을 수입에 의존하는 일본으로서는 식량 자금자족과도 연결되는 문제. 따라서 국가와 기업은 하수로 흘러나가는 인을 회수하여 비료화하는 기술의 개발에 몰두하고 있다. 태평양시멘트도 그 중 하나로, 그룹 기업인 小野田化學工業(東京都 千代田區)과 공동으로 하수의 인을 회수하는 흡착제 「린토르(リントル)」를 개발했다.
린토르의 겉모양은 새하얀 가루. 하수에 부으면 물속의 인을 흡착하여 그대로 비료원료가 된다. 단시간에 고순도의 인을 고효율로 회수할 수 있어 약품이나 가열에 의한 처리가 불피요하다는 것이 기존의 인 회수법과 다르다.
주성분은 규산칼슘. 물에 넣으면 내부에서 용출한 칼슘이 물속의 인 이온과 반응하여 표면에 인사칼슘 층을 만드는 것이 흡착의 구조. 규산칼슘은 시멘트 원료로 小野田化學은 내화재의 재료로 사용하고 있다. 일상적으로 사용하는 규산칼슘은 결정계이지만 인 회수용은 비결정 구조를 치용. 小野田化學의 美濃和信孝 연구소장은 「칼슘을 잘 녹게 한다」고 그 목적을 이야기한다. 또한 「규산칼슘 생성이 반응온도를 제어하여 공극(空隙)을 많이 만들었다」는 것도 포인트. 다공질화로 입자의 표면적을 늘려 인 흡착 속도를 대폭 향상시켰다. 결정계 규산칼슘보다 10~20배 빠르게 인을 흡착할 수 있다.
수산화칼슘(소석회,消石灰)를 하수에 주입하여 인을 결정화하여 일산칼슘으로 회수하는 정석(晶析)탈(脫)인법에 비해서도 우위성을 갖는다. 이 방법에서는 소석회의 농도를 조정하지 않으면 회수에 적합지 않은 미세한 인산칼슘이 되어 버린다. 린토르는 미소한 인산칼슘이 발생하지 않아 원수(原水)의 인 이온을 95% 흡착, 회수할 수 있다.
인 이외를 흡착하지 않는 선택성도 특징이다. 흡착 후의 린토르에 포한된 질소 함유량은 0.04%로, 비료 관리법에 정해진 1%를 밑돌아 그대로 비료 원료로 사용할 수 있다. 소석회에서는 질소의 함유가 1%를 넘기 때문에 처리를 가하지 않으면 비료 원료로 사용할 수 없었다.
일본의 하수에 유입되는 인은 수입량의 14%에 상당하는 연 6톤. 현재. 인을 회수하여 비료원료화하고 있는 곳은 岐阜市와 福岡市 등 몇 곳에 그친다. 태평양시멘트와 小野田化學은 실제의 하수처리장에서 앞으로 1년 동안 실증한 뒤 지자체에 제안할 것이다. 「몇몇 지자체가 흥미를 보이고 있다」(美濃和 소장)며 반응을 느끼고 있다. 일간공업

고휘도로 전력 반감
액정모듈 소지, 백색을 배치
소니는 소비전력을 종래에 비해 반감시킨 3형(型) 액정 모듈의 출하를 지난 10월에 시작했다. 표면휘도는 1평방미터 당 470칸델라이며 소비전력이 225밀리와트로 종래 제품의 반 정도로 낮추었다. 우선 디지털 카메라용으로 상품화하고, 스마트폰에도 전개한다. 모바일 기기는 고성능화에 따른 소비전력의 증대가 과제. 액정표시에서 소비하는 전력을 삭감하여 과제 해소에 공헌한다. 샘플 가격은 5000엔.
일반 액정 패널의 적청녹(RGB)에 백색 도트를 배치했다. 종래의 RGB에서 백색을 만들 필요가 없어 백라이트의 사용 효율이 높기 때문에 소비전력을 낮출 수 있다.
표시화소수는 123만 도트. 지금까지 흰색 도트를 배치하면 표시화면 전체가 새하얗게 되는 문제가 있었다. 이번에 입력 화상을 해석하여 색의 표시를 최적화하는 알고리즘(처리수순)을 개발했다.
에너지 절약 성능을 살려서 소비전력은 종래 제품과 비슷하게(400밀리와트) 유지하고, 희도를 약 2배인 동 1000칸델라로 높일 수 있는 실외 사용 모드도 준비한다.
제조는 소니모바일 디스플레이 東浦事業所(愛知縣 東浦町)에서 한다. 앞으로는 소니의 저온 폴리실리콘 박막 트랜지스터(TFT) 액정 전부에 이 기술을 탑재할 계획이다. 일간공업

자성 반도체
자기・전기적 성질을 제어
原子力機構와 東大 신형 소자 실현에 한 걸음 다가가
日本原子力硏究開發機構와 東京大學 등은 반도체에 자성의 성질을 띠게 한 신형 자성 반도체를 개발했다. 종래의 자성 반도체와 달리 자기적인 성질과 전기적인 성질을 독립적으로 제어할 수 있다. 전자가 가진 자기(스핀)을 이용한 스핀트로닉스 소자의 실현이 앞당겨진다. 中國科學院과 미국 콜롬비아 대학의 공동연구.
종래의 일렉트로닉스는 주로 전자가 가진 전기적인 성질만을 이용하고 있다. 한편, 전자의 스핀을 이용한 스핀트로닉스 소자의 실현이 기대되고 있는데, 지금까지는 자기적 성질과 전기적 성질을 독립적으로 바꾸지 못하여 전자회로의 제작에 불가결한 pn접합 등의 소자를 만들 수 없었다.
이번에 리튬과 망간의 함유량을 조금씩 바꾼 시료를 제작하여 리튬이 과잉되었을 경우에 리튬, 아연, 망간, 비소의 화합물이 강자성이 되어 p형 반도체가 된다는 것을 발견했다. 이 재료는 균일한 자성을 띠어 스핀을 효율적으로 조작할 수 있다. 또 철 계통의 초전도체와 결정구조가 닮았으므로 이 재료를 사용한 초전도 터널 소자 등도 실현할 수 있으리라 보고 있다. 일간공업

6인치 웨이퍼 10장 처리
大陽日酸이 MOCVD 장치 개발
大陽日酸은 발광다이오드(LED)와 파워디바이스 제조용으로 한 번에 직경 6인치 웨이퍼 10장을 처리할 수 있는 유기금속기상성장(MOCVD)장치를 개발했다. 8인치 웨이퍼는 6장으로 대응한다. 두 웨이퍼의 처리능력은 경합품까지 포함하여 최대로, LED의 양산 요구에 응한다. 2012년 초의 발매를 계획하고 있다. 일단 사내에 설치한 실기(實機)의 시험운전으로 고객에게 공개를 시작했다.
현재의 LED 제조는 기존 메이커에서 2인치 웨이퍼, 신규 참여로 4인치 웨이퍼의 사용이 많다. 앞으로는 수요증가에 따라 LED에서 6인치 웨이퍼, 파워 디바이스에서 8인치 웨이퍼가 주류가 될 것으로 보고 신제품을 개발했다. 보다 처리능력이 높은 장치를 요구하는 고객도 있는데, 장치 내의 받침대나 천장용 재료를 이 이상 대형화하기가 어렵다. 따라서 이보다 더 큰 대형화는 멀티챔버시스템으로 대응할 생각.
MOCVD장치 메이커는 이 회사 이외에 미국 비코와 독일의 아이크스트론 등 3개 사. 각각 방식이 다른데 大陽日酸의 장치는 높은 유속 플로어이며 동시에 3층류(流)로 원료를 공급하므로 도중 단계에서 불필요한 부생성물의 발생이 적다. 일본에서의 점유율이 높으며 현재 아시아로 확대 판매를 추진 중이다. 일간공업

「리프」의 전력 주택에
日産이 시스템 개발
日産自動車는 전기자동차(EV) 「리프」차량 탑재 리튬이온 2차 전지의 전력을 주택에 공급하는 시스템을 개발했다. 축전 용량은 매시 24킬로와트로 일반가정의 이틀 분의 전력 사용을 처리할 수 있다. 리프의 전력을 가정에서 사용할 수 있는 전압, 주파수로 변환하는 전력제어장치(PCS)의 신규 도입이 필요한데, 현행의 리프를 대응시킬 수 있다. 주택 메이커 등과 연대하여 2011년도 내의 판매 개시를 목표하고 있다. 가격은 미정.
리프의 전지에서 PCS를 경유하여 주택의 분전반에 직접 전력을 공급한다. 출력은 6킬로와트로 냉장고에서 조명, 컴퓨터까지 일반 가정의 주요한 가전제품을 한꺼번에 가동시킬 수 있다. 「야간 전력의 효율적인 이용과 비상시의 백업 전원으로서 활용을 제안해 나갈 생각이다」(渡部英朗 집행이사 제로에믹션 사업본부 담당).
이번 시스템은 급속 충전의 통일 규격 「챠데모」 방식을 베이스로 하고 있어 日産은 PCS 메이커 등과도 개발・판매에서 연대할 의향. 日産은 시스템을 본사(橫浜市 西區) 앞에 건설된 積水하우스의 주거에 실험 도입했다. 일간공업

검은색 파라계 아라미드 판매
복합재에 대한 활용 전망
帝人은 네덜란드 자회사 테이진 아라미드(헬데를란트주 아넴시)가 검은색의 폴라파라페닐렌 텔레프탈아미드(파라계 아라미드) 섬유 「트와론블랙」의 판매를 시작했다. 이 섬유는 원래 노란색인데 염색에 성공했다. 휴대전화나 컴퓨터의 겉 통(筐体)의 보강재와 같은 콤포지트 재료 분야의 개척을 목표한다. 탄소섬유 등 다른 검은색 소재와의 친화성이 생기기 때문에 복합재료로서의 활용도 전망할 수 있다.
네덜란드의 에멘 공장에 있는 기존 라인을 사용하여 생산한다. 방사(紡絲) 후가 아니라 폴리머 단계에서 착색하는 원액 착색을 채용했다. 이로써 섬유의 심지까지 검게 염색된다고 한다. 고강도의 파라계 아라미드 섬유는 자동차의 브레이크 패드 등에 사용. 치밀한 분자구조를 가지며 내약품성이 우수하여 염료가 잘 스며들지 않기 때문에 검은색 섬유의 제조는 곤란했다. 파라계 아라미드 섬유는 앞으로 연 생산 7-9%의 성장이 전망되어 강하게 요구되고 있는 검은색 제품의 투입으로 판매를 확대한다.
파라계 아라미드 섬유 시장은 이 네덜란드 자회사와 미국 듀폰이 시장을 둘로 나누어 대결하고 있다. 일간공업
축전 디바이스로 합병
旭化成과 FDK 자동차・건설기계 수요 증가에 대응
旭化成과 FDK는 두 회사의 리튬이온 캐퍼시터 사업을 통합한 합병회사 「旭化成 FDK에너지디바이스」(靜岡縣 湖西市, 사장 筒井淸英)를 설립했다. 자본금은 1억 엔으로 FDK가 51%, 旭化成이 49% 출자했다. 종업원 수는 76명.
리튬이온 캐퍼시터는 대용량 전원의 급속충방전이 가능한 축전 부품. 전기 2중층 캐퍼시터에 비해 고용량이며 또한 리튬이온 2차전지보다 수명이 길다는 점에서 자동차나 건설기계용으로 수요 증가가 유망하여 2015년 이후 연 1000억 엔 이상의 시장이 될 전망. 일간공업

그래핀을 기반으로 하는 폴리머 액추에이터
항공기나 배의 방향 키나 날개에 얇은 박막으로 이루어진 그래핀을 대체하는 것을 상상하는 것은 어떻게 우리에게 다가올까? 매우 가벼운 액추에이터가 태양광을 다른 어떤 태양전지와 같은 장치 없이 바로 태양광을 에너지원으로 변환하는 시스템을 상상하는 것은 아직 우리에게 먼 미래의 일처럼 느껴질지도 모른다. 이러한 과학 소설에나 나올듯한 이야기가 미국-영국 공동 연구팀에 의해 곧 현실로 다가올지도 모르게 되었다
나노팔레트를 기반으로 하는 광기계 액추에이터는 이러한 우리의 상상을 현실로 만들 수 있게 할 수 있다. 이는 미국 루이빌대학(University of Louisville)의 Balaji Panchapakesan 박사와 영국 케임브리지대학(University of Cambridge)의 James Loomis 박사의 노력의 결과이기도 하다.
그래핀은 2004년 발견된 이후로 놀라운 물리적 특성으로 여러 분야에서 많은 주목을 받고 있다. 특별히 높은 기계적인 강도와 전기 전도성과 같은 우수한 특성을 가지고 있다. 지금까지 이러한 그래핀을 여러 분야에 활용하고자 하는 노력이 활발히 진행되고 있다. 그래핀과 PDMS와 같은 부드러운 소재를 결합한, 그래핀/폴리머 복합체는 근적외선에 반응을 하며 그 반응 정도는 사전에 가해진 응력에 의존하는 경향이 있다.
낮은 사전 응력 3~9%의 값에서는 액추에이터는 높은 사전 응력 값인 14~40% 에서 와는 달리 가역적인 반응을 보인다. 연구팀은 특별히 광-기계적 에너지 전환계수(conversion factor)가 7MPa /W에 까지 이른다는 것을 실험적으로 입증하였다. 이러한 수치는 기존의 PVDF(polyvinylidene fluoride) 소재보다 상당히 높은 값을 보여주는 것이다.
약 0.3MPa 응력의 값을 보이는 골격근과 비교해볼 때도 그래핀/폴리머 복합체는 이러한 골격근을 대체할 수 있는 바이오 섬유를 비롯한 인공 근육을 대체할 수 있을 것으로 기대된다.
그래핀/폴리머 액추에이터는 특별히 근적외선에 반응을 보임으로 무선 조정이 가능하다는 이점을 가지고 있다. 특별히 장기간에 걸쳐서 진행되는 실험에도 그 성능이 저하되지 않고 유지되는 장점을 가진다는 사실이 실험적으로 입증되었다. 이번 연구결과는 Nanotechnology에 “Graphene-nanoplatelet-based photomechanical actuators”라는 제목으로 게재됐다. GTB

고성능 산소저장 재료
범용 원소만으로 제조
北海道大學大學院工學硏究院의 本橋輝樹 준교수 등 연구팀(물질화학부문·구조무기화학연구실)은 자원적으로 풍부한 칼슘, 알루미늄, 망간, 산소로 구성된 새로운 산소저장재료를 개발했다. 이 재료는 온도·분위기의 약한 변화로 3.0wt%나 되는 다량의 산소를 고속가역(可逆)으로 흡수 방출한다는 점에서 산소가스 농축과 고체산화물 연료전지(SOFC)등에 대한 응용을 기대할 수 있다. 현재 이 재료의 응용전개를 위하여 산소저장능력 향상을 위한 합성 프로세스 최적화를 추진하고 있다.
다량의 산소를 저온에서 가역으로 흡수 방출하는 금속산화물을 산소 저장 재료라고 하며, 에너지 생산이나 환경보호에 관한 여러 가지 고온 프로세스에 대한 응용을 기대할 수 있다.
이미 세리어지르코니아 고용체로 대표되는 기존 재료가 자동차 배기가스 정화 촉매로 널리 실용화되어 있다. 한편, 이 연구팀은 전혀 새로운 물질군에서 신규 재료 탐색을 추진하고 있어 기존 재료로는 커버할 수 없는 분야에서의 실용 재료의 창출을 목표로 하고 있다.
이번에 개발한 것은 산소 결손 페로브스카이트의 일종인 브라운 미러 라이트형 구조를 가진 Ca2AlMnO5+δ이다. δ = 0의 조성에서는 페로브스카이트 구조(ABO3)의 A사이트를 Ca가 점유하고, B사이트의 Al, Mn이 각각 사면체 및 팔면체 배위를 형성하여 교대로 적층한다(그림1). 이 물질에서는 산소 안이나 공기 중에서 약 600℃를 경계로 산소함유량이 크게 변화하고 500℃에서는 Al 사면체층에 과잉 산소를 받아들인 산소흡수상(相), 700℃에서는 과잉산소를 포함하지 않는 산소방출상을 얻을 수 있다. 따라서 그림2의 열중량 곡선이 나타내듯이 500~700℃ 범위 내의 온도 스윙으로 다량의 산소를 고속 가역으로 흡수 방출할 수 있다. 이렇게 온도변화만으로 현저한 산소 흡수 방출이 일어난다는 것이 기존 재료에서는 볼 수 없었던 이 물질의 특징이다. CJ

슈퍼엠프라와 세라믹스 복합
내열성 높고 가공이 용이한 열전도재
東京工業大學의 대학원생인 谷本瑞香, 安藤愼治 교수, 電氣化學工業(주)의 山縣利貴, 宮田建治 등의 연구팀은 내열성 슈퍼엠프라인 폴리이미드에 육방정 질화붕소 입자(hBN)을 분산시킨 높은 열전도성의 복합재료(하이브리드 재료)를 개발했다.
전자기기의 온도상승은 고장률 증대의 원인이 되므로 반도체 소자와 주변 부재의 접촉 면적을 늘려 외부로의 방열을 효율화하는 재료로 수지에 무기입자를 충전한 열전도 시트나 접착제가 실용화되어 있다. 그러나 수지의 내열성이 복합재료의 내열성을 결정하므로 종래 제품에서는 고온에서의 장시간 사용으로 특성이 열화된다는 문제가 있었다.
따라서 연구팀은 350℃ 이상의 고내열성을 갖는 전방향족(全芳香族) 폴리이미드와 hBN을 이용한 무기/유기 하이브리드 열전도 재료를 제작했다. 폴리이미드는 내열성, 화학적 안정성, 전기 절연성, 기기 강도가 우수하여 전자 디바이스 재료・항공우주재료로 널리 이용되고 있는 슈퍼엠프라이다. 한편 hBN은 흑연과 비슷한 결정구조와 평판 모양의 입자 형상을 갖는 인공 세라믹스로, 평판 구조의 평면 방향으로 높은 열전도율(약 200W/m・K)를 보이는 한편, 두께 방향의 값은 3W/m・K로, 현저한 이방성을 보인다. 무기/유기 하이브리드 재료에서는 일반적으로 재료에서는 일반적으로 입자의 고충전화와 우수한 기계특성(고탄성・고인성(高靭性)・밀착성 등)의 양립이 곤란하지만, 폴리이미드를 이용함으로써 hBN의 고충전화가 가능하게 되었다.
이 연구에서는 hBN의 평판형상을 이용한 배향상태 제어와 폴리이미드의 분자구조에 의한 열전도 특성의 최적화를 실시한 결과, 1차 입자가 등방적(等方的)으로 응집한 hBN 2차 입자를 이용함으로써 필름의 두께(약 30㎛) 방향으로 5.4W/m・K의 열전도률을 달성했다. 또한 폴리이미드 분자 사슬을 따라 열진동이 전파되기 쉬운 성질을 이용하여 면내(面內) 배향하기 좋은 직선상 구조를 갖는 폴리이미드와 아스펙트비(比)가 높은 평판상 hBN입자를 이용함으로써 이 둘을 강하게 내면 배향시켜서 스테인리스 구리에 필적하는 높은 내면 방향 열전도성(20.9W/m・K)를 달성했다. 이 하이브리드 재료는 과혹한 조건 하에서 사용되는 열전도 재료로서 매우 적합하여 파워 반도체나 하이브리드 자동차, 전기자동차 등 폭넓은 용도에 대한 응용을 기대할 수 있다. 또한 이 연구의 일부는 NEDO 「초하이브리드 재료 기술개발」의 조성을 받아 실시되었다. CJ

三菱電機
환경대응 기술・해외 확장
철도사업 확대의 열쇠
SiC 적용 인버터 무기로
三菱電機는 탄화규소(SiC)제 파워반도체를 채용한 직류 600볼트, 750볼트 철도차량용 인버터를 발표했다. 종래 제품과 비교하여 차량 전체적으로 약 30%의 에너지 절약 효과를 실현. 40%의 소형경량화로 연결했다. 東京메트로의 銀座線에서 2012년 1월에 조정실험을 시작한다. 이 회사는 2015년도에 철도사업 전체에서 2010년도 대비 약 500억 엔 증가가 되는 2300억 엔의 매상 목표를 내세우고 있다. 환경대응 기술과 해외시장의 확장이 사업 확대의 열쇠가 된다.
SiC는 종래의 소자에 비해 열손실을 낮출 수 있어 고주파의 스위칭이 가능. 전속도역에서 전력 회생 브레이크를 사용할 수 있기 때문에 기계 브레이크의 손실이 없어져서 유지성 향상과 저소음화의 효과를 얻을 수 있다.
일본 내 철도사업자의 환경과 에너지 절약에 관한 설비투자는 여전히 성장세의 추이를 보이고 있다. SiC적용 인버터는 「강력한 무기가 될 것」(四方進 상무집행직 사회시스템 사업본부장)이라며 힘주어 말하고 있다. 경합 타사와의 차별화 기술로서 모터와 제어장치 등 주요 회로 시스템의 수주로 이어나갈 생각이다.
차량용 전기품은 고속철도 등 인프라 정비가 진행되고 있는 해외에서의 점유율 획득이 과제가 된다. 세계적으로 650억 엔으로 추정되는 시장에서 이 회사는 4위인 14%를 차지하고 있는데, 2015년도에는 「20%, 3강(캐나다의 봄바르디어, 프랑스의 알스톰, 독일의 시멘스)를 따라잡는다」(동)를 목표로 내걸고 있다. 북미나 신흥국을 중점지역으로 하여 보수(保守)를 포함한 수주를 지향한다. 이를 위해서는 각 차량 메이커와의 연대를 빼놓을 수 없다.
三菱電機는 일본의 차량 수요가 정체한 90년대부터 국제 표준을 의식하고 유럽 등에서 인증 취득을 적극적으로 추진해 왔다. 이로써 시장 참여의 기회가 확대되어 세계적인 공세가 가능해졌다. 앞으로도 검증설비 등을 더욱 충실하게 하여 품질향상과 표준대응을 강화할 방침.
해외전개에서 앞으로 과제가 되는 것이 생산체제이다. 2010년도는 伊丹製作所(兵庫縣 尼崎市)에서 모터의 생산능력을 배증, 長崎製作所(長崎縣 時津町)에서도 공조장치를 위한 새 공장을 완성하여 생산능력을 30% 높였다. 물류거리에 기인한 문제로 수요지에 가까운 해외 거점 확충과 기술 레벨의 향상이 필요하다.
한편 차 안에서 뉴스 화상 등을 표시하는 차량용 정보기기와 열차정보관리장치와 같은 정보계 전기품에서도 해외 전개를 시야에 두고 있다. 伊丹製作所에서는 37억 엔을 투자하여 2014년 1월 가동할 정보기기 생산・개발검증동(棟)을 계획. 일본 내의 수요확대에 대응함과 동시에 정보계 전기품의 보급이 이루어지지 못한 해외에서도 지역에 따른 요구가 발생할 것으로 보고 개발과 영업활동을 진행한다. 일간공업

자외선에서 발광하는 나노결정 다이오드
밀라노 대학(University of Milano-Bicocca)과 로스 앨러모스 국립 연구소(Los Alamos National Laboratory)와 매사추세츠 공과대학(Massachusetts Institute of Technology)의 연구진은 자외선에서 빛을 발하는 유리 기반의 무기 발광 다이오드를 만들 수 있는 새로운 프로세스를 개발했다. 이 연구는 저널 Nature Communications에 게재되었고 생의학 장치에 나노구조로 된 시스템을 접목시키는데 큰 도움을 줄 것이다.
용액 공정으로 제조된 무기 나노결정 기반의 LED는 환경 및 생의학 진단에 유망하게 적용될 수 있는데, 이것은 그들이 저렴한 비용으로 생산할 수 있고, 강하며, 화학적으로 안전하기 때문이다. 그러나 자외선 영역에서 빛을 방출하는 것을 달성하기 어렵기 때문에 이런 분야에 적용되지 못하고 있었다. 이번 연구진은 이런 문제를 극복할 수 있는 새로운 제조 프로세스를 개발했는데, 이것은 무기 나노결정 기반의 LED가 다양한 분야에 적용될 수 있는 새로운 길을 열어 줄 것이다.
발광 장치들은 랩-온-칩(lab-on-chip) 진단 플랫폼 또는 몇몇 광화학적 반응을 촉진하기 위해서 신체 속에 삽입될 수 있는 광원으로 적용될 수 있다. 예를 들어, 이러한 장치들은 더 나은 의료적 치료를 위한 광 민감성 약물 또는 의료적 진단에 적용되는 형광 식별제를 선택적으로 활성화시킬 수 있다. 이런 물질들은 더 저렴하고 대면적으로 제조할 수 있으며 기존의 기술과 결합될 수 있다.
이번 연구에서는 자외선 스펙터럼에서 빛을 방출할 수 있는 새로운 유리 기반의 물질을 설명하고 있고 최근 전자 기술의 주요 구성요소로 사용되는 실리콘 칩과 결합될 수 있다. 이 새로운 장치들은 무기물로 구성되어 있고, 유리의 기계적 안정성 및 화학적 불활성에 전기 전도성과 전기루미네선스(electroluminescence)의 특성이 결합되어 있다.
결과적으로, 이 무기 나노결정 기반의 LED는 생리적 용액 속의 침적 또는 신체 속에 직접 삽입하는 것과 같은 가혹한 환경에서 사용될 수 있다. 이 제조 프로세스는 습식 방법을 사용하기 때문에 다른 무기물 LED를 제조할 수 있는 새로운 중합 방법을 설계하는데 중요하게 적용될 수 있을 것이다. 중요한 것은 이 방법이 매우 낮은 착수 비용으로 대량 생산이 가능하다는 점이다. 마지막으로, 이 LED는 유리 속에 나노결정을 삽입시킨 덕분에 자외선 영역에서 빛을 방출한다. 기존의 광방출 다이오드에서는 광 방출이 두 개의 반도체 사이의 급격한 계면에서 일어난다. 이번 연구진이 사용한 산화물 속에 산화물을 적층시키는 이런 설계 방법은 유리 속에 나노결정을 결합시킬 수 있기 때문에 기존의 것과 다르다.
이 새로운 개념은 나노결정 과학의 가장 최신 방법을 기반으로 했다. 즉, 1 개의 이상의 구성요소를 가진 나노미터 크기의 물질의 장점들을 결합시킬 수 있다. 이번 경우에, 장치의 활성 부분은 일반 유리 속에 삽입된 일산화주석(tin monoxide)의 쉘로 덮여진 이산화주석(tin dioxide) 나노결정으로 구성되어 있다. 이것은 쉘 두께를 변화시킴으로써 전체 물질의 전기적 반응을 제어할 수 있다. 이 연구결과는 저널 Nature Communications에 “Fully inorganic oxide-in-oxide ultraviolet nanocrystal light emitting devices” 라는 제목으로 게재되었다. GTB

슬림형 액정 렌즈 개발
日本電氣硝子 秋田縣산업기술센터와 공동으로 두께 0.5밀리미터, 소비전력 0.5밀리와트의 액정 렌즈를 개발했다. 타원공 모양을 한 액정분자의 특성을 이용한 렌즈. 액정을 봉지하는 유리판 두께를 극한까지 얇게 하는 기술로 촬영용 액정 렌즈에서는 종래의 반 이하의 두께로 만들었다. 작년에 샘플 출하를 개시. 휴대전화 등의 내장 카메라 등에서 채용을 목표로 한다. 일간공업