카본나노튜브 실리카 통 안에 생성시키는 기술 개발
직경 균일, 550℃에서 성장

東京공업대학의 大塚潔 교수 등은 실리카 나노튜브 내부에 카본나노튜브(통상탄소분자, CNT)를 만드는 기술을 개발했다. 550℃의 저온에서 CNT가 치밀하게 성장하고, 완성된 CNT의 직경은 약 8나노미터로 일정하다. CNT를 만드는 색다른 방법으로 주목되는 이외에 실리카 나노튜브, CNT 양쪽의 성질을 살린 신기능 재료 등에 대한 응용도 기대할 수 있을 듯하다.
이 기술에서 사용되는 실리카 나노튜브의 내벽에는 직경 10나노미터 이하의 니켈 미립자가 점재한다. 이 실리카 나노튜브에 550℃의 조건에서 메탄가스를 넣으면 니켈 미립자가 촉매가 되어 CNT가 치밀하게 성장한다.
내벽에 니켈 미립자가 있는 것은 카본나노파이버(CNF)를 주형으로 실리카 나노튜브를 만들기 때문이다. 메탄 분해로 직경 40나노-150나노미터의 CNF를 만든 후, 초산처리하는 과정에서 CNF만들기에 사용한 니켈 촉매가 가늘어져 CNF측면에 소량 들러붙는다.
이 CNF와 실리카 원(源)인 테트라에톡시실란(TESO)을 수증기 속에서 교반하여 CNF 주위를 TESO로 뒤덮은 뒤에 불활성 가스 속에서 550℃로 구우면 실리카 나노튜브가 된다. 그 후, 공기 중에서 650℃로 구워, CNF를 제거하는데, 니켈 미립자는 없어지지 않고 남는다.
실리카 나노튜브의 굵기는 주형(鑄型)의 직경에 의해 결정되는데, 다른 종류의 촉매를 사용하면 CNF의 굵기를 바꿀 수 있다. 이번 성과와 다른 굵기의 CNT가 만들어질 가능성이 있다고 한다. 또 실리카 그 자체의 두께는 TESO를 뒤덮는 시간에 따라서 조정가능하다.
실리카 나노튜브는 CNT를 만들어내는 ‘용기’역할을 한다. 그 기능뿐 아니라 실리카 나노튜브, CNT 양방의 성질을 살리면 여러 가지 신기능 재료에도 응용할 수 있을 것 같다.
예를 들면 물과 친숙한 친수성 실리카 나노튜브 안에 물과 친하지 않은 소수성 CNT가 들어 있는 구조이므로, 수질정화재, 필터 등으로의 활용을 전망할 수 있다.                  (NK)

나노미터의 정도로 늘어선 미소한 공의 대열로 빛을 감속
사이즈가 일정한 아주 작은 폴리머 공을 늘어놓고 거기에 빛을 통과시킴으로써 빛의 전파속도(군속도)를 극적으로 늦추는데 東京대학 대학원 공학계 연구과의 五神眞 교수 등이 성공했다.
굴절률이 1보다 큰 재료로 된 미소구(微小球)인 경우는 빛은 공 표면에서 전반사를 되풀이하여 공 안에 밀폐된다. 빛이 일주했을 때 위상이 일정해지면 강하게 공진한다. 이 공진 모드는 교회의 복도에서 속삭이는 소리가 벽을 타고 전달되는 현상과 연결시켜 Whispering Gallery Mode(W
GM)라고 한다. 공진조건은 공의 크기(직경 수 ㎛)와 빛의 파장으로 결정된다. 五神교수 등은 이 공명에 주목했다. 미소구 안에 형광색소를 넣고 그 발광 스펙트럼을 관찰하자 예리한 광선이 생겼다. 그 파장으로 미소구의 사이즈를 2nm의 정도로 식별하여 사실상 완전하게 사이즈가 일정한 미소구를 모으는데 성공했다. 이들은 실리콘 기판에 형성한 V홈 위에 늘어놓아 1차원 연결 구조를 실현했다. 여기에 빛을 도입하자, 단일한 미소구와는 다른 파장의 빛이 연결구를 효율적으로 옮겨간다는 것을 발견했다. 미소구를 ‘빛의 원자’라고 가정한다면, 미소구의 연결에 의해 빛의 궤도가 결합한 미소구 사이를 왔다 갔다 하는 상태가 형성된 것이라고 볼 수 있으며, 이것은 고체물리학에 있어 강속박근사이론(强束縛近似理論)에 의해 원자궤도에서 고체의 전자궤도가 형성되는 모습과 유사하다. 五神교수 등은 우선 두 개 구의 실험을 계통적으로 실시하여 인접한 미소구 사이의 결합계수를 결정하고, 그 계수를 사용하여 1차원 연결구를 전달하는 빛의 상태를 예상했다. 실제로 직경 5.1㎛의 미소구를 1차원적으로 연결시킨 구조에서 공명산란의 실측결과에서 빛의 전파속도를 주는, 군굴절률(群屈折率)이 40이라는 큰 값을 관측하고, 이것이 이론예측과 정확히 일치한다는 것을 보여주었다. 유리 등 투명도 높은 재료를 이용하면 이 값을 200이상으로 만들 수 있다.
앞으로는 미소구를 다른 사이즈끼리 배열하거나, 3차원적인 구조를 만들거나 함으로써 더 다양한 기능과 구조를 만들 수 있으므로 미소한 광회로 등의 응용이 기대된다.            (CJ)

고저항의 철계(鐵系) 합금 개발
자동차·전자기기용  니크롬선 대비 1.5배
東北대학 선진의공학연구기구의 須藤祐司 조교, 동 대학원 공학연구과의 石田淸仁 교수, 貝沼亮介 조교수, 海野玲子 대학원생 등 연구팀은 니크롬선에 비해 고유 저항치가 약 1.5배 높은 철계 합금의 개발에 성공했다. 온도변화도 적고 인장강도도 높기 때문에 여러 가지 형상의 성형·가공이 가능하여, 컴퓨터, AV기기, 자동차 등 폭넓은 분야의 저항기에 대한 응용을 전망한다. 이번에 개발한 철계 합금의 조성 내용은 밝히지 않고 있지만, 재료 본래의 저항치인 고유저항치는 2.0×10의 마이너스 4승 옴 센티미터로 ‘일반 저항재료로서는 가장 높은 저항치’(石田교수)이다. 또 1000메가펄스 이상의 인장강도를 갖기 때문에 저항선의 권선 작업 중의 단선문제도 해결할 수 있다고 한다. 현재, 권선 저항기 등의 저항선은 저항을 높이기 위해서 직경 0.025밀리미터 정도의 선재가 사용되는 일이 많은데, 마는 작업 도중에 선이 끊어지는 트러블이 있었다.
이번에 개발한 철계 합금은 고유저항치가 높기 때문에 현 단계에서는 동 0.2밀리미터 정도여도 사용할 수 있는 이외에 온도변화가 극히 적으므로 정밀저항재료로서의 사용도 기대하고 있다. 원가 면에는 철-크롬계와 동등하지만, 니크롬선보다는 낮출 수 있다고 한다. 전자·전기기기의 발전에 따라 높은 고유저항치나 온도특성이 우수한 저항재료의 개발이 요구되고 있다. 지금까지 고유저항치가 가장 높다고 알려져 왔던 철-크롬계 합금은 높은 강도는 갖고 있지만 가공이 어렵고, 구리-망간계, 구리-니켈계 합금은 온도특성이 우수하지만 고유저항이 작다고 알려져 왔다.               (NK)

세라믹스제 발광관 사업화
위생도기의 성형기술 응용, 높은 발광효율 실현
TOTO는 도로의 조명 등에 사용하는 메탈하라이드램프용 세라믹스제 발광관에 사업화의 기준을 세웠다. 위생도기와 같은 방법으로 성형하는 것이 포인트로, 1와트 당 110루멘(종래는 93루멘)의 높은 발광효율을 실현한다. 대형 램프 메이커 2개사에 납입을 시작했으며, 그 외에 1개 사도 새로이 채용할 전망이다. 앞으로도 신규사업의 육성에 힘을 기울일 예정이다.
TOTO는 매상고의 2.5%를 연구개발에 투자하여, 지금까지 축적된 기술을 살려서 신제품과 신규사업을 일으키고 있다. 이번의 세라믹스제 발광관도 복수 파트를 소성으로 접합하는 방법이 아니라, 위생도기에서 일반적으로 이용되고 있는 주입성형(鑄入成形, 일체성형)으로 성형했다.
고온, 고압 처리함으로써 강도가 향상되어 발광관 안에서 발광물의 증발량이 늘어나게 되었다. 주입성형의 경우는 발광관 안의 표면에 경면(鏡面)이 되기 때문에 투명도도 높아진다. 이로써 높은 발광효율을 실현했다.
350~400와트용까지 각종 사이즈를 표준 타입으로 준비하고 있는데, 주입성형으로 특수한 형상에도 대응할 수 있으므로 3전극 타입 등의 제작도 가능하다. 구체적인 매상고는 밝히지 않고 있지만, 2년 후에 현재의 1.5배로 올릴 계획이다.
메탈하라이드램프는 형광수은램프와 비교하면 2배의 발광효율이 있다. 에너지 절약형 램프로서 주목받고 있어 발광관의 수요도 늘어날 전망이다.
       (NK)

Nd자석의 내열성 향상기술 개발
信越化學工業은 네오딤계 희토류 자석(Nd자석)의 내열성을 대폭 향상시키는 고성능화 기술을 개발했다. 자석의 힘을 유지하면서 내열성은 같은 두께의 종래제품에 비해 50℃ 향상시키는데 성공했다.
이로써 내열 등급에서 세계최고의 특성을 실현했다. 연내에 샘플출하를 시작함과 동시에, 2006년부터의 양산을 위하여 생산체제를 정비하여 판매 점유율의 확대를 꾀한다.
새로 개발한 ‘입계확산2합금법’은 자석의 입계에 희토류 원소를 집중시킴으로써 잔류 자속밀도를 유지한 채, 보자력(保磁力)을 종래 대비 30% 이상 증대하는데 성공했다. 이것으로 높은 내열성과 고성능화의 양립을 가능케 했다.                           (NK)

마그네슘 합금 사용 유리금속 새 제조법 개발
전자장(電磁場)으로 진동 대형화
産業技術綜合硏究所와 東北大學의 연구팀은 가볍고 강도가 높은 마그네슘계 합금을 유리금속화하는 새로운 제조법을 개발했다. 전자장을 사용하여 금속에 진동을 가함으로써 유리금속을 대형화할 수 있다. 자동차용 부품이나 항공기 재료의 제법으로서 조기 실용화를 추진한다. 가열하여 녹인 합금이 식어서 굳어질 때, 결정이 되지 않으면 유리금속이 된다. 연구팀이 개발한 것은 식어가는 과정에서 합금을 진동시킴으로써 결정화를 억제하는 방법이다. 진동은 초전도 자석으로 10테슬러의 자장을 합금에 가하면서 전기를 통하게 하여 진동시킨다. 원래 유리금속에 되기 힘든 마그네슘계 합금을 사용하여 확인했다. 연구팀은 유리금속화에 대해 ‘결정의 핵이 진동으로 소멸하기 때문’이라고 설명하고 있다.
초전도 상태로 만들기 위해서 자석을 액체 헬륨으로 냉각할 필요가 있는데, 녹은 금속을 급랭하는 것보다는 경제적이라고 보고 있다.
유리금속은 일반 금속에 비해 탄성이 풍부하다는 등 우수한 여러 가지 특성을 가지고 있어 골프클럽의 헤드 등에 이용되고 있다. 새 방법으로 커다란 덩어리를 만들 수 있는 유리금속의 종류가 늘어나면 응용이 확대될 가능성이 있다.               (일경산업)

불변성 스테인리스의 30배 고기능 플라스틱 개발
열·약품에도 강해
大日本잉키化學工業은 변형되지 않는 성질이 스테인리스의 30배로 강하고, 열이나 약품에도 강한 고기능 플라스틱을 개발했다. 내부에 넣은 물이 얼어도 파열하지 않기 때문에 수도관에 사용할 수 있는 이외에, 내열성이 높아 자동차 엔진관련부품에도 용도를 전망할 수 있다. 금속대체로서의 용도개척도 서둘러, 5년 후에 20억 엔의 매상을 목표로 한다.
신제품은 열이나 약품에 강한 고기능수지 ‘폴리페닐렌살파이드(PPS)’를 베이스로 개발했다. 내열성 등은 PPS의 특성을 유지한 채, 분자구조나 제조법을 변경하여 고무성분을 섞는 등으로 하여 강도와 내충격성을 향상시켰다. ‘Z시리즈’라는 상품명으로 발매된다.
강도는 수도관 등에 사용하는 대표적인 범용 수지인 폴리에틸렌의 3배이며, 구부렸을 때 잘 변형되지 않는 성질은 스테인리스나 황동의 30배라고 한다. 구부렸다 펴기를 계속해도 잘 부러지지 않으며, 고온에서도 쉽게 변형되지 않는다. 용제에도 잘 녹지 않는다.
종래의 PPS는 열이나 약품에는 강했지만, 강도나 내충격성이 낮아 유리섬유 등의 보강재를 넣지 않으면 자동차 부품 등에 사용할 수 없었다. 강도를 높였기 때문에 지금까지 수지를 채용할 수 없었던 부품 등에도 사용할 수 있게 된다.
Z시리즈의 가격은 1킬로그램 당 2천 5백 엔 정도로 기존 PPS의 약 3배가 될 전망이다. 고강도를 특징으로 수도관이나 자동차 엔진 관련, 연료탱크 등의 연료관련 부품, 석유화학 플랜트의 배관용 등 새로운 수요를 개척한다. 鹿島공장(茨城縣 神栖町)에서 생산할 계획이다.
PPS는 전자부품이나 통신기기, 경량화를 다투는 자동차 부품 등에서 이용이 확대되고 있고, 세계시장은 연 비율 10% 정도로 확대되고 있다. 2004년의 세계시장 규모는 업계 추정 컴파운드(성형전 재료) 기준으로 약 5만 5천 톤, 금액 기준으로 약 4백억 엔 정도이다.
大日本 잉키는 세계 점유율의 30% 이하를 가진 최대 기업이다. 吳羽화학공업이나 東レ 등도 힘을 쏟고 있어 일본 3사가 세계시장의 80% 정도를 차지하고 있다고 한다.           (NK)

반도체 회로 배선층의 연결구(連結穴)
차세대 대응 70나노급 달성
일본 내 큰 반도체 메이커가 출자하는 반도체 첨단 테크놀로지즈(Sele
te, 茨城縣 츠쿠바시, 사장 森野明彦)는 2010년에 양산이 본격화될 회로선 폭 45나노미터의 차세대 반도체 제조용 배선기술의 개발에 목표를 세웠다. 최첨단 전자빔 축소투열로광(EPL)기술을 이용, 반도체 내의 배선층끼리를 연결하는 구멍(비어홀)의 미세화로 직경 70나노미터를 달성했다. 제조 과정을 개선하여 출자기업의 기술경쟁력 향상으로 이어간다.
선폭 45나노의 반도체에서는 트랜지스터 위에 겹쳐놓은 절연막에 금속배선을 깔아나갈 때, 층과 층 사이를 연결하기 위해서 직경 60나노미터의 구멍을 구리로 메운 비어를 형성할 필요가 있다. Selete는 이번에 직경이 70나노가 되는 비어를 형성하는데 성공했다. 프로세스를 개선하면 직경 50나노의 비어도 가능하리라 보고 있다.  
최신형인 ArF(불화알곤)레이저를 순수(純水)로 투과시키는 액침 스테퍼(회로노광장치)에서는 해상도가 부족하여 깊고 가는 비어를 형성하지 못하는 문제점이 있었다. Selete는 이런 문제를 해결하기 위해 EPL기술을 채용했다.
EPL은 실리콘에 구멍을 뚫은 스텐실 마스크 위에서 전자빔을 조사하여 웨하 위에 축소투영하는 기술이다. ArF 액침 스테퍼 등 레이저 노광에 비해 해상도가 높아, 초점 심도가 깊기 때문에 미세하며 깊이가 있는 비어홀의 형성에 적합하다고 한다.
Selete는 선폭 32나노 반도체용 노광장치로서 유망하다고 알려져 있는 있는 극자외선 노광(EUV)기술의 실용화가 세계적으로 뒤져 있다는 것에 주목하고,. EPL기술에 의해 45나노 반도체의 제조기술을 재빨리 확립함으로써 출자기업의 우위성을 높이려는 전략을 세웠다.
Selete는 차세대의 반도체 제조기술 개발 원가의 절감을 목적으로 NEC와 東芝 등 일본 반도체 대기업 11개사가 1996년에 공동출자로 설립했다. 선폭 65나노 반도체와 동 45나노 반도체의 프로세스 기술을 연구, 주주기업 등에 성과를 이전하고 있다.     (일경산업)

2007년 말까지 유해물질 사용 자주적으로 전폐
CMR물질 대체품 내용 실험
NTN은 유럽연합(EU)에서 작년 규제의 대상이 되었던 유해물질의 사용을 2007년 말까지 자주적으로 전폐한다. 이 물질은 기계의 베어링이나 자동차의 등속 죠인트(CVJ)의 고무 부분의 가소제로 사용되고 있다. 고무 메이커에 대체품의 개발을 요청하여 내용실험을 실시하고 있다.
발암성이 있어 체내에 들어가면 유독하다고 하는 ‘CMR물질’이 작년 12월, 유럽에서 일반소비자에 대한 판매가 금지되었다. 규제는 자동차나 기계 부품까지 포함하지는 않지만 CMR물질의 하나이며, 고무나 폴리염화비닐의 가소제로 널리 사용되고 있는 ‘프탈산 에스텔류’를 자주적으로 전폐한다. 베어링 메이커로서 최초의 시도가 된다.
이 회사의 거래처인 자동차 메이커는 CMR물질을 자주적으로 폐지할 방침을 밝히고 있어 이에 연동한 것이다.
전기·전자기기에 납이나 6가크롬 등 유해물질의 사용을 금하는 ‘RoHS지령’이라고 하는 규제는 2006년 6월에 시행될 예정이다. 또 자동차를 대상으로 한 ‘ELV지령’은 2007년 7월에 시행된다. NTN은 이미 2003년 10월 이후에 조달한 베어링 부품부터 규제대상 물질을 포함하지 않은 대체품으로 바꾸었다. 또 CVL에 사용되었던 납은 몰리브덴이나 아연으로의 교체를 추진, 2003년 3월에 전폐를 달성했다.                       (일경산업)

적외선을 흡수하는 분말 개발
수지에 첨가, 실온 낮춰
住友金屬鑛山은 아크릴 수지 등에 소량을 첨가시키기만 하면 적외선을 흡수하는 분말재료를 개발했다. 희소금속인 란탄화합물을 나노레벨의 크기로 가공하고, 열을 차단하여 온도를 낮춘다. 약 5억 엔을 투자하여 생산설비를 건설, 지난 9월까지 월 5~10톤 규모로 생산에 들어갔다. 수지에 직접 첨가하기 때문에 도료를 바르거나 필름을 붙이는 수고를 줄일 수 있다는 장점으로, 건물이나 자동차용으로 판매한다.
란탄은 알맹이의 크기를 조정하면 특정한 파장의 빛만을 선택하여 흡수한다. 직경 100나노미터 전후로 크기를 일정하게 하여 파장이 크고 열량이 많은 적외선을 흡수하도록 했다. 실험에서는 건물 안 등 온도를 몇 도 낮추는 효과가 있었다고 한다. 100나노미터 이하의 분말은 상당히 응집하기 쉽지만 독자의 분쇄·분산기술로 수지 속에 균등하게 박아 넣는 데 성공했다.
현재는 연구소에서 실험생산하고 있으며, 양산설비의 건설장소를 곧 정한다. 분말을 폭 1~2밀리, 길이 3~4밀리의 입상(粒狀)으로 굳혀서 수지가공 메이커 등에 판매한다. 가격은 1킬로그램 당 1만 엔 정도를 예정하고 있다.
수지제품 무게의 겨우 0.005(1000분의 5)%의 양을 넣기만 하면 기능을 발휘한다. 아크릴 등의 투명수지에 차열 등의 기능을 갖게 하는 무기재료는 있으나, 재료에 따라서는 수지 제품의 총 중량에 대해 20% 이상 넣을 필요가 있어, 수지가 열화되기 쉽고 가격은 비싸지는 등의 결점이 있었다고 한다.
住友金屬鑛山의 재료를 수지제품에 첨가했을 경우, 약간 녹색을 띠게 되지만 높은 투명성을 유지할 수 있다고 한다. 이미 유럽의 자동차 메이커에 샘플용으로 채용이 결정되었으며, 축구장이나 철도역의 지붕 등의 수요도 받아들일 생각이다.        (일경산업)

 마이크로 머신 신기술 개발, 원하는 모양 제조 가능
東京工業大學 정밀공학연구소의 연구팀은 입체적인 마이크로머신(미소기계)을 만드는 신기술을 개발했다. 금속유리라고 하는 합금을 가열, 엿처럼 만들어서 원하는 모양으로 만들 수 있도록 했다. 실리콘을 사용하는 마이크로머신에 비해 만곡(彎曲)한 구조 등을 만들기 쉽다. 2~3년 후의 실용화를 목표로 한다.
東工大의 下河返明 교수, 秦誠一 조교 등이 이용한 것은 파라듐·구리·실리콘 합금과 지르코늄·구리·알루미늄 합금·금속유리라고 불리며 섭씨 약 360도로 가열하면 유리처럼 부드러워진다. 부드럽게 되었을 때 힘을 가하는 등으로 하여 모양을 정리한 후, 실온에서 식히면 다난하게 튼튼한 마이크로머신이 된다.
이 방법을 이용하여 폭 50마이크로미터의 가늘고 길고, 끝이 스키판처럼 젖혀진 마이크로머신을 시작했다. 반도체 회로가 바르고 동작하는지 어떤지를 조사하는 검사장치 등에 이용할 수 있으리라 보고 있다.
직경이 100마이크로미터인 돔 형 구조도 만들었다. 박막 아래에 열팽창하는 기체를 넣어 가열하여 박막을 팽창시켰다. 돔을 복수로 연결하여 터널 모양의 구조를 만들고 내부에 물을 넣으면 대규모 집적회로(LSI)에 넣을 소자를 냉각하는 부품 등도 만들 수 있다고 한다.
신기술을 사용하면 광디스크의 읽기장치에서 렌즈를 구동하는 부품이나 디지털 카메라용 광학부품 등 복잡한 모양의 마이크로머신도 간단히 만들 수 있다고 한다. 현재 복수의 기업과 공동연구를 추진하고 있으며, 이르면 2~3년 후에 실현화할 전망이다.
일반 금속으로 입체적인 마이크로머신을 만들면 젖혀지거나 깨지거나 하는 일이 많다. 실리콘을 미세가공하여 만드는 마이크로머신은 대부분이 평면이다. 입체구조를 만들 수도 있지만 번거로운데다 곡면을 만들기가 까다롭다는 등 만들 수 있는 형태에도 한계가 있다.              (일경산업)