하이브리드물질의 배열
저자 : John Ulrich MaterialsViews.com
Yale 대학의 교수 Chinedum Osuji와 그의 연구팀은 ZnO nano-wire와 polythiophene의 새로운 제작 방법을 통해 나노미터 사이즈의 배열을 갖는 하이브리드 구조를 갖고 높은 결정성을 이용하여 미래의 하이브리드 태양전지에 이용될 수 있을 것이라 발표하였다.
분자배열은 하이브리드 태양전지의 거동에서 매우 중요하다. 빛의 흡수는 주로 organic 물질에서 이루어지기 때문에 그것들은 전자와 정공쌍을 형성한다.
이들의 연구에 의하면, 전자는 반드시 inorganic 물질로 이동하고 전자와 정공은 완벽한 순환을 위하여 기기의 electric field에 의해서 서로 반대방향으로 끌어당겨진다. 나노사이즈 규모의 물질의 서열화는 charge carrier의 이동거리를 짧게 만들어 줄 수 있으리라 예상된다.
폴리머층 안에서의 문자 서열은 매우 중요한데, charge trans-port는 비정질 폴리머보다 결정화된 폴리머에서 더욱 쉽게 일어난다. 게다가, 서열의 모양이 또한 중요하다. 폴리머 chain을 따라 charge transport가 hopping보다 chain사이에서 빈번하게 일어난다. 이러한 물질의 배열을 조절함으로써 저자는 높은 power conversion 효율을 통해 손실을 최소화시킬 수 있다고 발표하였다. 작은 규모의 복잡한 배열은 쉽지 않다. 그러나 저자는 분자간의 힘과 다른 장구간에서의 분자간의 힘에 의해 분자 스스로 배열이 이루어지는 장점이 있다고 설명하였다.
Osuji와 그의 동료들은 ZnO 표면에 폴리머를 기본으로 한 thiophene을 융합시킴으로써 electrostatic force에 대한 장점을 얻을 수 있고 폴리머 공정만으로는 존재하지는 않는 새로운 결정화상을 만들었다. 그리고 코팅된 nanowire가 정렬되기 위해 저자들은 그림과 같이 배열된 hybrid 물질에 관심을 쏟기 시작하였다.
대체가능한 방법으로써 저자는 적은 양의 cobalt를 nanowire에 포함시킨 후에 배열을 하기 위하여 magnetic field에 가하는 방법을 이용하였다. 이 두 방법을 통하여 태양전지 기기의 charge collection,을 위한 새로운 기하학적인 배열을 얻을 수 있었다 이와 같은 새로운 방법과 함께 하이브리드 물질의 미래는 밝아지고, 우리는 태양전지의 새로운 세대를 열 수 있었다.
이 논문은 “Direct Self-Assembly of Hybrid Oxide/Polymer Core/Shell Nanowires with Transport Optimized Morphology for Photovoltaics” (10.1002/adma.201103708), Shanju Zhang에 의해 Advanced Materials에 게재되었다. ACB
<그림> 새로운 방법을 통해 만들어진 ZnO nanowire와 polythiophenes는 나노사이즈의 배열을 갖는 하이브리드 구조와 높은 결정성을 갖는다. 이것은 하이브리드 태양전지에 매우 유용할 것이다.

Titania와 silver iodide 코팅을 통한 자체세탁이 가능한 면직물
더러운 빨래가 귀찮지 않은가? 최근 American Chemistry Society에자체세탁기능이있는코팅된면에대한흥미로운논문이발표되었다. 중국의 두 연구자 Mingce Long과 Deyong Wu는 titanium dioxide와 nitrogen 코팅에 대한 연구를 하였다. 그들은 타일 세척에 titanium dioxide가 이용된다는 것을 알고 있었다. Long과 Wu는 일반적으로 섬유에 먼지와 미생물은 햇빛에 노출되었을 때 옷감의 손상을 통해 만들어진다는 것을 발견하였다. 그러나 몇몇 얼룩은 완전히 제거되기 힘들다. Long과 Wu는 오렌지 염료 (methyl orange) 얼룩을 포함한 섬유를 테스트하였다. 그들은 섬유에 silver iodide 나노입자를 첨가하여 변색이 감소하고 햇빛의 도움으로 감소된다는 것을 발견하였다.
자체세탁이 가능한 섬유와 의료에 대하여 전에 보고하였지만, Long과 Wu는 이전 연구는 자외선이 필요하다고 설명하였다. 반면 그들의 AgI-N-TiO2-cottonsystem은 AgI와 N-TIO2의 광촉매 효과로 인해 가시광선 영역에서도 작용이 가능하다. 그들은 두 반도체 물질의 계면에서의 효과적인 전자와 정공의 분리를 통해서 이루어진다고 설명한다. 이 연구를 통한 또 다른 긍정적 면은 많은 광촉매 순환 후에도 세탁기능이 유지된다는 것이다.
Long과 Wu의 의해 쓰여진 코팅 논문 “Realizing Visible-Light-Induced Self-Cleaning Property if Cotton through Coating N-TiO2FilmsandLoadingAgIParticles”(doi:10.1021/am201251d)는 최근 Applied Materials & Interfaces에 게재되었다. 일반적인 의류분야 외에도 의료분야에 붕대에 이용 가능한데 자체세탁 능력은 청결을 유지해야 하는 드레싱에도 매우 유용하다. ACB

터보블레이드
배기가스를 에너지로 재활용
가스터빈 발전장치 개발
【大分】 터보블레이드(大分市, 사장 林正基)는 이륜차와 사륜차의 배기가스를 에너지로 재활용한 가스터빈 발전장치의 개발에 나섰다. 배출가스 삭감과 연비 향상을 목표로 이 장치 분야의 업용(業容) 확대를 꾀한다. 2012년에 최대 출력 5킬로와트 이하의 장치로 실증실험을 하고 2013년에 실용화할 계획이다.
개발하는 가스터빈 발전의 실험 장치는 터빈과 발전기로 구성된다. 직경 10센티×길이 25센티미터, 중량 3킬로그램의 원통형. 배기량 250cc의 이륜차 실린더에서 배출되는 가스를 소음기로 보내는 배기관을 설치한다.
상정하는 배출가스 에너지는 압력 0.3메가파스칼 약 400℃의 고온가스로 터빈을 매분 5만~10만 회전시켜 연결하는 발전기를 구동시킨다. 발전한 전기는 축전지에 충전하여 하이브리드 자동차나 동 건설기계 등의 전기 모터에 이용한다.
林사장은 「차량의 하이브리드화가 진행되는 가운데, 배출 가스 에너지의 재이용 연구는 별로 진행되지 않았다」고 이야기한다. 따라서 林사장은 「이번의 실증실험으로 어느 정도 연비 향상이 가능한지를 확인하고자」하고 있다.
이 회사는 터빈과 펌프 등 유체기계의 설계, 해석을 전문으로 한다. 2010년 3분기 매상고는 약 1억 엔. 이 장치의 개발은 2008년~2009년에 자동차 메이커와 공동으로 실시한 자동차 배출열을 이용한 증기 터빈의 개발이 베이스가 되었다.
앞으로는 증기 터빈과 가스터빈을 조합시킨 소형 콘바인드 사이클 발전장치 개발도 시야에 넣고 있어 앞으로 가스터빈 발전의 요소 기술 확립에도 힘을 쏟아 나갈 계획이다. 일간공업

나노사이즈의 ormosil 입자를 이용하여 신경계 약물전달 물질에 대한 가능성을 높이다
Glass microbead, nanodiamond와 mesoporous silica를 기본으로 한 약물 테스트가 여러 group들에 의해 계속 되어왔다. 이와 비슷한 물질로 ormosil과 organically modified silica가 있다. 이들 물질의 구멍이나 표면에 생물체에 작용하는 효소나 유전물질 그리고 화학요법이 가능한 분자를 부착한다. 이들 물질의 생체외 테스트는 성공적이었고 생체 내 테스트를 시작하는 단계에 있다.
생체 내에 접근하기 위하여 이 물질들이 얼마나 생체에 적합한지에 대한 문제는 매우 중요하다. University of Buffalo의 한 group에 따르면 초파리의 신경계 물질 전달 이상에 관한 치료를 ormosil 나노 입자를 통해 효과적으로 치료하였다고 한다. 그들은 ormosil에 장시간 노출된 세포는 초파리에 무해하였다. 게다가 생체적합성의 경우 연구진은 “ormosil 나노입자는 살아있는 뇌, 신경세포나 신경돌기에 침투 가능하다. 눈에 띄는 점은 ormosil 나노입자가 침투된 초파리의 뇌는 뇌신경의 손상이나 다른 신경계의 영향을 끼치지 않았다,”고 전하였다.
UB의 연구원 Shermali Gunawardena는 “Ormosil은 주로 소화관이나 피부에 주로 존재하지만 성인 파리의 경우 뇌에서 발견된다. 이러한 결과는 매우 놀라운데 ormosil 입자들이 모든 기관과 신경세포에 유해한 영향을 주지 않았기 때문이다,”고 설명했다.
Gunawardena의 동료 Paras N. Prasad는 치료약물이 가득한 ormosil 입자는 특정한 빛에 노출되었을 때 약물을 체내에 방출되도록 디자인하였다. Gunawardena와 Prasad는 알츠하이머나 파키슨병과 같이 단백질 운반에 이상으로 인해 발생하는 신경계의 화학적 문제를 치료할 수 있는 방안이 되기를 희망한다. 그들은 또한 나노입자가 축적으로 인한 protein jam이 없이 약물이 전달할 수 있도록 연구하고 있다.
PLos One (doi:10.1371/journal.pone.0029424)에 게재된 그들의 연구내용은 매우 낙관적이다. 그들이 말하길, “우리의 연구가 ormosil 나노입자를 모든 기관이 무해하면서 인간의 신경계 치료에 이용 가능할 것이다. Ormosil의 무해성과 목표로 하는 특정 분자만을 허용하는 신경조직으로 침투할 수 있는 능력을 통하여 뇌의 특정부분이나 신경계와 관련된 질병치료가 더욱 발전하는 계기가 될 것이다.” ACB
<그림> 초파리 신경세표 축색돌기에 밝고 붉은 점으로 나타나는 ormosil 입자. 장시간 노출에도 세포와 초파리에 무해하다.

애완동물이나 동물에게 사용가능치료용 glass fiber
지난 4월 Bulletin과Ceramic Tech Today에서Delbert Day와 Steve Jung 그리고 Rolla, Mo.-유리제품인 MoSci Corp.와 합작으로 연구된 borate에 의한 glass-fiber 패드를 통한 상처 치유에 관한 이야기가 실렸다.
작년 “cotton-candy”라는 MoSci사의 glass-fiber 제품은 당뇨환자들이 거의 갖고 있는 정맥울혈의 치료속도를 향상시켰다. 최근 Avalon Medical Ltd 사는 동물치료 중 피부 봉합에 유용한 물질이라 판단하고 동물 의료시작에 Rediheal 브랜드로 홍보하기 시작하였다.
Rediheal 웹사이트에 동물들의 크거나 작은 찢어진 상처, 이빨의 패킹, 총상에 대한 놀라운 결과들이 게재되어있다. 총상에 의한 상처의 경우 등에 42 인치의 넓이의 상처를 갖는 개에게 Rediheal을 이용하여 상처를 치료하였다. 회사에 따르면 상처는 빠르게 아물고 40일이 지난 후 개는 거의 회복되었다. 그리고 흉터 또한 거의 남지 않고 개의 털도 다시 자라기 시작하였다.
더 자세한 정보와 연구는 Rediheal/Avalon Facebook를 통해 알 수 있고 또한 jekyll Island의 녹색 바다거북이 성공적인 상처치료에 대한 이야기도 볼 수 있다. ACB
<그림> Rediheal borate glass fiber를 이용하여 녹색바다 거북과 그 외의 동물들을 성공적으로 치료하였다.

그라펜 고효율 생산
KRI가 확립 투명전극용 제안
KRI(京都市 下京區, 사장 成宮明)은 시트 상태의 탄소재료 그라펜을 아주 효율적으로 투명전극으로 이용하기 좋은 형상이 되도록 만들 수 있는 기술을 개발했다. 끈 모양(나노리본)의 그라펜을 효율적으로 제조하는 기술을 확립했다. 그라펜 나노리본을 그물코 모양으로 만들어 신축성과 굴곡성을 가진 그라펜 시트를 형성할 수 있어 투명전극으로 이용 가능. 투명전극재료의 주류인 인듐・주석 산화물(ITO)의 대체 재료로 약 3년 후의 실용화를 목표로 하고 있다.
이 회사가 수지의 강화재료로 개발한 폴리이미드의 나노리본을 원료로 사용한다. 이 나노리본을 2300℃에서 가열하여 탄화한 후에 과망간산칼륨을 이용하는 해머법으로 산화시켜 산화그라파이트의 물 분산액을 얻는다. 그 후에 투석말로 산화그라파이트를 박리, 정제함으로써 단층의 산화 그라펜을 제작한다.
종래의 산화그라펜과 마찬가지로 히드라진열 환원으로 형상을 유지한채 그라펜 나노리본을 얻을 수 있다.
신기술에서는 폭 150나노미터 이하이며 길이가 1마이크로미터 이상인 단층 산화 그라펜 나노리본을 50% 정도의 수율로 얻을 수 있다. 종래의 제조방법으로는 수율이 10%정도였다. 물 분산액의 농도도 종래의 0.1%정도에서 0.5% 정도로 높일 수 있다.
아울로 하나하나의 그라펜이 끈 모양이므로 스핀 코트 등으로 기판 위에 성막했을 때 그라펜끼리 다접점으로 겹치는 그물 모양이 되어 박리되기 어려워진다. 따라서 굴골 가능한 디스플레이나 태양전지, 전자 페이터 등의 투명전극으로 적합하다.
투명전극재로서 일반적인 ITO이지만 주원료인 인듐이 희소금속이기 때문에 고가이며 안정 공급에 대한 우려도 있다. 따라서 대체 재료의 개발경쟁이 진행되고 있고, 도전성이 우수한 그라펜도 유력한 후보로 주목받고 있다. 일간공업

이산화탄소 배출 없는 시멘트 생산
세계 시멘트 산업은 현재 최대 규모의 이산화탄소 배출 분야 중 하나로써, 시멘트 1000kg을 생산하는데 평균 830kg의 이산화탄소를 발생하게 된다[참조 - International Energy Agency 2007]. 매년 시멘트 생산량이 증가함에 따라 (38,000억톤), 사람이 만들어내는 이산화탄소량의 5~6%를 차지하고 있다.
이산화탄소 배출 감소는 전세계적인 관심이 필요한 분야로써, 범국가적 연구가 다양하게 진행되고 있다. 최근 전기적/화학적 특성을 조합한 태양 변환 프로세스를 통해 이산화탄소 포획이 가능함이 밝혀졌다. STEP(Solar Thermal Electrochemical Pro-duction) 이라고 명명된 프로세스를 통해 화석 연료를 태울 때 발생하는 이산화탄소를 변환하고, 또한 금속 및 표백제 생산과 관련한 이산화탄소 발생을 없앨 수 있다. 또한 이 프로세스를 이용해 이산화탄소 배출 없는 철 생산이 가능함이 입증됐다 [그림 참조].
미국 George Washington University의 Stuart Licht 교수가 이끄는 연구진은 이산화탄소 없이 시멘트를 생산할 수 있는 프로세스를 개발했다. 이 결과는 2012년 4월 5일자 Chemical Com-munications지 온라인 판에 “STEP Cement: Solar Thermal Electrochemical Production of CaO without CO2 emission”란 제목으로 게재됐다. 기존의 어떤 태양광보다 높은 에너지 변환 효율을 통해 시멘트 생산이 가능하게 됐다.
<그림> (좌) 통상적인 열분해 시멘트 생산 공정 및 (우) 새롭게 개발된 이산화탄소를 배출하지 않는 STEP 공정의 시멘트 생산 시스템.

시멘트 생산에서, 석회암(CaCO3)을 석회(CaO)로 바꾸는 과정에서 대부분의 이산화탄소가 발생하고, 나머지 30~40%의 경우 리액터를 가열하기 위해 석탄과 같은 화석 연료를 태우는 과정에서 발생한다. 연구진은 용융염의 예상치 못한 용해도를 바탕으로 이산화탄소 배출이 없는 새로운 저에너지 석회 제조 공정을 소개했다. 태양 에너지 및 STEP 프로세스 없이도 합성이 가능하지만, 새로운 솔라 프로세스와 조합함으로써, 더 매력적인 공정이 될 수 있다.
이번에 개발된 공정은 재생가능에너지 또는 핵에너지 등의 어떠한 시스템 속에서 이산화탄소 배출 없이 산업 수준의 시멘트 생산이 가능하다. 화석 연료를 사용하는 경우, 대폭적인 이산화탄소 배출 감소가 가능하다. 일부의 이산화탄소가 배출된다 하더라도, 이를 다시 공정을 위한 에너지로 활용이 가능하다.
STEP 프로세스 내에서, 석회암은 저에너지 전기분해를 통해 석회로 변형되고, 산소와 탄산염을 발생시킨다. 분명한 것은 석회 생산 과정 자체에서 이산화탄소가 배출되지 않는다는 것이다. 또다른 부산물로는 그래파이트가 있고, 이는 고체상 탄소로 저장이 가능하다. 또는 일산화탄소가 있는데 이는 연료, 플라스틱, 또는 제약 측면에서 활용이 가능하다. 전체적으로, 저 에너지, 고수율 공정이 가능한 것이다.
연구진은 이번에 개발된 공정의 스케일을 확장하는 방법을 계획하고 있으며, 유용한 케미컬 생산에도 적용하기 위한 노력을 기울이고 있다. Stuart Licht 교수는 현재의 화석 연료 경제를 재생가능한 케미컬로 전환하는 것으로 목표로 하고 있다고 설명했다. GTB

연료전지 자동차용 수소가스
일본에서 연구개발 개시
프랑스 에어리퀴드
산업가스 분야의 대기업인 프랑스 에어리퀴드는 이롭ㄴ에서 연료전지 자동차용 수소가스 연구개발을 시작한다. 지금까지는 그 연구가 유럽이 중심이었으나, 일본의 자동차 메이커로부터의 기대가 크기 때문에 일본에서도 수소가스 연구가 필요하다고 판단했다. 앞으로 연구그룹을 구축한다. 일본을 기술개발의 주요한 거점으로 하여 수소가스 이외에도 최첨단 기술의 연구 개발 기능을 강화할 계획.
일본시장은 해외로 제조업의 생산이관이 진행되고 있는데, 이 회사에서는 속도를 떨어지더라도 일정한 시장성장은 이어져, 하이테크 분야로 특화해 나갈 수 있을 것으로 보고 있다. 산업구조의 변화에 맞추어 일본 내의 연구개발을 강화하는 이외에 아시아에서 기술 서포트로서도 활용한다. 지금까지의 일본에서 했던 주요한 연구 테마는 반도체로 계속해서 최첨단 반도체 제조기술에 대응해 나간다.
이 회사는 일본에서 茨城縣 츠쿠바시에 연구개발 거점을 두고, 아시아에 15명 있는 높은 전문성을 가진 기술자 「시니어 엑스퍼트」가운데 10명이 일본에 재적. 국제적으로는 하이테크(첨단기술)과 헬스케어(건강관리), 클린에너지, 환경 4가지 분야에서의 연구개발에 주력하고 있다. 일간공업

금속박막으로 전자파 흡수
노이즈 흡수 필름 개발
【사이타마】 포라스테크노(崎玉縣 越谷市, 사장 加川淸二)는 금속박막에 전자파 흡수 능력을 갖춘 노이즈 흡수 필름 「Super(수퍼)-R」을 개발했다. 필름 표면의 특수가공이 노이즈를 흡수한다. 두께가 25마이크로미터, 1평방미터 당 무게 10그램으로 접었다 폈다 할 수 있다. 제품의 소형, 경량화에 도움이 된다. 다기능 휴대전화(스마트폰)이나 타블렛형 단말기, 컴퓨터 등에 채용을 목표로 한다.
금속박막 표면에 가공한 교차각 90도의 선 모양의 자국이 전기저항을 살려 노이즈를 여로 변환한다. 선 모양 자국은 알루미늄, 니켈 등 용도에 맞춰 범용 필름 재료로 가공할 수 있으므로 원가를 줄일 수 있다. 필름 표면에 카본나노튜브(CNT)를 도포하여 흡수능력을 높인 필름도 준비한다.
이 회사는 전용 장치를 개발하고 이 필름을 자사 생산하고 있다. 이 필름, 가공기술, 제조장치 등 3개 분야에서 특허를 취득했다. 일반적인 전자파 흡수 시트는 페라이트 등의 자성 재료를 수지와 섞어서 가공하는 타입이 주류로 원가가 비싼 외에도 두께와 접기가 어렵다는 등의 문제가 있었다. 일간공업

조명 글라스 몰드렌즈
비구면형 수주 개시
옵티컬 솔루션즈(東京都 千代田區, 사장 關英夫)는 내열성과 내후성이 우수한 조명용 글라스 몰드 비구면 렌즈의 생산을 시작했다. 금형과 직경 20밀리미터 정도의 시작품 10개를 합친 제작비는 12만 엔부터. 100개부터 수주 생산한다. 연간 1000만 엔의 매상을 전망한다.
유리 소재를 가열하여 금형으로 성형하는 히트 프레스 방법을 이용하여 제조한다. 유리의 재료를 미국 코닝제 내열유리 「파이렉스」와 독일 쇼트제 「B270」 2종류 한정하고 조명용 렌즈로 특화하는 등으로 원가를 낮추었다. 단체(單體) 렌즈뿐 아니라 복수의 발광다이오드(LED) 조명을 한 개의 렌즈로 다룰 수 있는 복등(復燈)렌즈 등에도 대응한다. 일간공업

리튬전지용
저가 정극재 개발
2013년을 목표로 시험 출하
田中化學硏究所와 産業技術總合硏究所는 고가인 코발트나 니켈을 사용하지 않아 원료 원가를 약 30% 낮춘 리튬이온 2차전지용 정극재를 공동으로 개발했다. 가격 절감 이외에 400℃의 저온 하에서 원재료를 환원 소성하는 새로운 제조방법도 확립했다. 성능의 지표가 되는 첫 회 충방전 효율은 종래 제품과 다르지 않은 약 80%를 실현. 2013년을 목표로 일본 내외의 전지 메이커를 대상으로 샘플 출하를 목표하고 있다.
이번에 개발한 정극 재료는 철 치환 리튬 망간 산화물(FM계)와 티탄 치환 리튬 망간 산화물(FMT계) 2종류. 큰 충방전이나 내구성의 향상이 요구되는 전기자동차(EV)와 축전용으로의 수요를 전망한다.
제조에는 습식화학제조법으로 원료를 소성하고, 소성 후의 분말에 일반적인 600℃~700℃와 400℃ 이하에서 유기물을 공존시켜 환원 소성하는 방법을 병용하여 제조했다. 방전 에너지 밀도 당 원재료 원가(1그램 당)는 기존재료(CNM계)가 13.76엔인데 비해, FM계는 9.35엔, FTM계는 10.01엔이라고 한다. 일간공업

충방전을 단축하고 높은 용량
KRI가 고용체계 정극재
차세대 리튬전지용
KRI(京都市 下京區, 사장 成宮明)은 실용 레벨의 창붕전 시간으로 고용량을 실현하는 고용체계 정극재료를 개발했다. 결정 사이즈를 작게 함과 동시에 입자 형상을 최적화하여 차세대 리튬이온 2차전지의 정극재료로서 실용화를 꾀한다. 고용체계(固溶體系)는 기존의 정극재료와 비교하여 약 2배의 이론 용량을 가지며, 차세대 정극재료로서 기대되고 있는데, 자동차가 발진할 때와 컴퓨터를 켤 때 등 단시간에 큰 전력을 방전할 필요가 있을 경우에 고용량을 확보할 수 없다는 문제가 있었다.
개발한 것은 직경 25나노미터 정도의 망간 복합산화물계 정극재료(Li2MnO3와 LiMO2의 고용체). 종래의 고용체계 정극재료에서는 입자 사이즈가 직경 200나노미터 정도였는데, 새 재료는 직경 25나노미터이면서 길이는 수백 나노미터의 가늘고 긴 바늘 모양의 입자형상을 했다는 것이 특징. 리튬이온의 이동을 촉진하려면 결정의 미세화가 필요한데, 한편 결정이 포함되는 입자가 너무 작으면 전기를 일으키기가 어렵다. 이것을 미세한 바늘모양 입자로 함으로써 해결했다. 또 리튬이온이 움직이기 쉬운, 규칙성이 약간 흐트러진 미결정 구조로 만들었다.
새로 개발된 정극재료에서는 기존의 리튬이온 2차전지와 비교하여 2배 정도의 1그램 당 250밀리-300밀리암페어 시의 용량을 5시간률(率)로 실현. 또한 고속의 충방전이 되는 30분률에서도 약 80%의 용량을 유지할 수 있다고 한다.
고용체계 재료의 합성 프로세스는 망간화합물과 코발트염, 니켈염, 리튬염 등을 혼합하여 열처리한다. 새 재료에서는 이들 가운데 망간 화합물의 형상을 바꿈과 동시에 리튬염을 과잉 투입하는 용융염법이나 종래보다 온도를 낮춘 열처리 프로세스 등을 채용하여 입자형상을 제어했다. 일간공업

나선형 CNT합성
오른쪽・왼쪽 말이 분리
東北大學의 磯部寬之 교수 등은 나선형 구조를 가진 최단(나선 한 번 감은 길이)의 카본나노튜브(CNT)의 합성에 성공했다. 구조가 다른 CNT를 한 번에 합성하고, 그 안에서 오른쪽 말이, 왼쪽 말이의 나선형 CNT를 분리할 수 있다. 여러 가지 활성을 가진 각종 CNT을 종류별로 합성하는 기술의 확립을 기대할 수 있다.
종래의 CNT는 복수의 종류가 혼합된 상태에서 제조되어 실용화에는 성능별로 분리하는 것이 과제가 되었다. 또 나선형 구조는 복잡하여 합성이 어렵다고 알려져 있었다.
4개의 벤젠 고리가 연결되어 지그재그 구조를 가진 「크리센」이라는 분자 4개를 고리모양으로 연결했다. 합성 시에 콜레스테롤을 더하자 오른쪽 말이를 많이 만들 수 있었다. 용도에 맞추어 CNT를 분리하여 만들 수 있을 가능성이 있다. 일간공업

티탄 수준의 열전도율
유연한 복합재 개발
産業技術總合硏究所의 畠賢治 나노튜브 응용연구센터 상석 연구원과 단층CNT융합 재료 연구개발 기구의 阿多誠介 연구원 등은 티탄 수준의 열전도율을 가지면서 유연한 고무계 복합재료를 개발했다. 그물 구조를 가진 단층 카본나노튜브(CNT)와 탄소섬유를 섞어서 열전도율을 고무 단독의 125배가 되는 1미터・1켈빈 당 25와트로 높였다. 전자 디바이스 등의 방열재료에 사용할 수 있다.
열전도성 첨가제의 양을 종래 복합재료의 2분의 1에서 3분의 1로 하여 유연성을 유지했다. 밀도가 낮아 경량화를 전망할 수 있다. 만들 수 있는 필름의 두께는 0.1밀리~2밀리미터. 현재의 4배 이상의 열전도율을 지향하며 기업 등과 공동으로 실용화로 이어간다.
전자디바이스의 열원과 방열재 사이에 공기가 들어가면 열전도성이 나빠지므로 틈새를 메우는 부드럽고 열전도율이 높은 재료가 요구되고 있다. 단 종래의 첨가제인 알루미나와 질화알루미나는 재료를 무르게 하고 또 높은 열전도성이 전망되는 탄소섬유는 단단하여 유연성이 없다는 문제가 있었다. 일간공업

기상 레이더 증성 용이
東芝가 초전도 필터
주파수 대역 세밀하게 분할
이용효율을 높인다
東芝는 게릴라성 호우를 관측하는 기상 레이더 시스템에 도입할 초전도제 수신 필터를 최초로 개발했다. 현재 실용화되어 있는 구리제 필터에 비해 사용하는 주파수의 대역을 10분의 1 이하로 세밀하게 분할함으로써 주파수의 이용효율을 높였다. 현재 대비 대수가 2배인 기상 레이더를 설치할 수 있게 된다.
게릴라성 호우 등 광범위한 강우량을 단시간에 관측하는 기상 레이더는 일정한 주파수의 전파를 하늘을 향해 보내어 빗방울에서 반사되어 돌아온 신호를 받는 구조.
멀티팔라미터 레이더라고 불리는 10기가헤르츠대의 신형 레이더는 빗방울의 굵기와 형상으로 사방 약 250미터의 좁은 범위의 강우량을 약 1분 간격으로 관측할 수 있다.
이번에 이 레이더에 탑재할 수신 필터를 이트륨계 초전도 재료를 사용하여 개발했다. 주파수의 대역 폭을 40메가헤르츠에서 3메가헤르츠로 좁힌 이외에 초전도 재료를 사용한 공진 회로 구성으로 전력 손실을 4분의 1로 낮추었다.
회로는 부속인 냉동기에서 마이너스 200℃까지 식힐 필요가 있는데, 피러의 용량은 10리터로 종래 구리 제품보다 65%로 소형화했다.
근래 게릴라성 호우에 의한 수해의 다발에 따라 기상 레이더의 운용을 늘릴 것이 요구되고 있다. 國土交通省이 관할하는 멀티팔라미터 레이더는 현재 일본 전국의 하천 주변에 25기가 있다. 개발한 초전도 필터로 교환하면 주파수 대역을 바꾸지 않고 레이더를 증설할 수 있게 된다. 일간공업

일렉트로닉스 디바이스 인쇄 형성
적은 손상으로 소결
닛신(兵庫縣 宝塚市, 사장 竹內新)은 인쇄법에서 전자회로와 디바이스를 형성하는 기술(프린티드 일렉트로닉스)에서 사용하는 금, 은, 구리의 나노입자 잉크를 단시간, 적은 손상으로 소결할 수 있는 실용실험장치를 개발했다. 가격은 680만 엔. 연간 30대를 판매할 예정.
마이크로파 플라즈마 기술을 응용하여 120밀리 × 100밀리미터 사이즈까지의 기재처리가 가능. 양산용으로서 500밀리 × 400밀리미터 사이즈까지 처리 가능한 장치도 개발 중이다. 기재에 대한 손상을 억제하기 위해 비교적 저온에서 예열한 후, 감압하여 잉크 성분의 증발을 가속, 플라즈마로 한꺼번에 소결하는 3단계 프로세스를 채용했다.
배선용으로서 은, 구리 잉크로 약 40마이크로미터의 후막, 1센티미터 당 5마이크로옴의 낮은 저항배선을 실현. 또한 도금 대체로서 은 잉크라면 프로세스 온도 100℃ 이하에서 폴리에틸렌 텔레프타레이트(PET) 기재 위에도 5분 만에 소결할 수 있다. 일간공업

터치 패널 글라스용
靜岡에서 연마제 증산
富士紡홀딩스는 터치패널용 커버 글라스용 연마제를 증산한다. 小山工場(靜岡縣 小山市)에 있는 기존 라인을 개조하여 2011년 후반부터 올해 초에 걸쳐 생산을 개시했다. 투자액은 2억 엔. 스마프톤(다기능휴대전화) 등의 시장 확대에 대응하여 중국을 중심으로 한 글라스 가공회사에 판매한다. 올해에는 연 3억 - 5억 엔의 매상을 목표로 한다.
판매처를 통해서 자사의 연마제가 터치패널용 커버 글라스용으로 사용되고는 있었지만 「아주 적은 수량」(中野光雄 富士紡홀딩스 사장)이었다고 한다.
터치패널용 커버 글라스는 스마트폰 등의 표면 보호로서 수요가 확대되고 있다. 旭硝子와 日本電氣硝子, 미국 코팅 등 큰 글라스 메이커가 연이어서 시장에 참여하여 고강도이며 내상성(耐傷性)이 있는 글라스를 생산한다. 앞으로도 스마트폰이나 타블렛 컴퓨터 등의 보급에 따라 커버 글라스 시장도 확대해 나갈 것으로 보고 있다. 일간공업

아르헨티나에 새 가마
건축・자동차용 유리 공급
日本板硝子는 약 170억 엔을 투자하여 아르헨티나에 플로트 글라스 가마를 신설한다. 생산능력은 하루 당 800톤으로, 2014년 1-3월의 생산 개시를 전망한다. 건축용 유리와 자동차용 유리를 공급한다. 새로이 건설지를 수배하여 아르헨티나에서의 생산거점은 2곳째가 된다. 이 나라에서의 수요확대에 대응함과 동시에 주변국인 우르과이나 파라구아이 등에도 출하한다. 연결자회사로 프라승의 생고뱅과의 합병회사인 비드리에리어 아르헨티나(VASA)가 실시한다.
日本板硝子는 시장이 확대될 남미에서 사업을 강화하고 있으며 그밖에도 브라질에 2라인을 건설 중이고 페루에 1 라인을 신설할 것을 계획하고 있다. 일간공업

아미드 화합물
축합제 사용하지 않고 수율 90% 초과
촉매에 금・코발트 새 합성법
東京大學의 小林修 교수 등의 연구팀은 단백질인 화학섬유 나일론으로 대표되는 「아미드화합물」을 축합제를 사용하지 않고 90% 이상의 높은 수율로 합성하는 새로운 반응을 개발했다. 알코올과 아민을 원료로 하는 반응으로, 촉매로서 금과 코발트를 조합시킨 나노입자를 사용했다. 종래법과 비교하여 합성으로 발생하는 폐기물이 없어지는 등의 특징이 있다.
종래의 합성법은 카본산과 아민을 원료로 한 것으로, 대량의 축합제가 필요하기 때문에 축합제에서 비롯된 폐기물이 발생한다. 개발한 반응은 축합제가 필요치 않아 폐기물이 없어지는 것 이외에 부반응도 적어 목적한 화합물을 얻기 용이하다
알코올의 일종인 메틸벤질알코올과 아민의 일종인 벤질아민을 반응시킨 결과, 25℃의 온화한 조건에서 96%로 높은 수율로 반응이 진행되어 아미드 화합물이 생겼다. 원료의 약 30패턴의 조합으로 시도한 결과, 대부분이 90% 이상의 수율이 되었다.
촉매로 이용할 나노 입자는 금과 코발트로 된 평균 직경 2.4나노미터의 크기. 코발트를 철이나 니켈로 바꾸어도 효과가 있다.
환경부하를 줄이기 위해 알코올을 원료로 한 아미드 화합물의 합성법을 개발하려는 시도는 있었으나 촉매의 활성이 낮고 또 목적한 화합물이 효율적으로 잘 얻어지지 않는다는 문제가 있었다.
일간공업

압전 세라믹의 나노 영역 응답
즉시 직접 관찰에 성공
초음파 진단 기술에 공헌
東京大學大學院 공학계 연구과 총합연구기구의 佐藤幸生 조교, 幾原雄一 교수 연구팀은 안전 재료의 하나인 압전 세라믹스의 단결정에 전압을 가했을 때에 도메인이라고 불리는 미소한 영역이 응답하는 모습을 「현장 투과형 전자현미경(TEM)법」으로 실시간으로 직접 관찰하는데 최초로 성공했다. 압전 특성이 발현하는 메커니즘의 이해로 이어지는 이외에 의료분야에 사용할 새 재료의 개발이 가속화된다.
TEM법과 재료에 전압을 가하면서 그 자리에서 관찰을 하는 방법을 융합한 「현장 TEM법」을 개발했다. 실험한 결과, 나노미터 치수의 도메인이 전압에 대해 응답하는 모습을 세계 최초로 실시간으로 직접 관찰했다. 질병의 진단에 사용되는 소형의 값싼 초음파 진단장치의 능력은 압전 재료의 성능에 의해 좌우된다. 이번 방법을 사용함으로써 보다 고성능한 압전재료의 개발에 사용할 수 있을 것으로 보고 있다. 파인세라믹스센터 나노구조연구소와 공동으로 연구했다. 일간공업

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