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2019년 04월호
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해외연구단신

해외 소재기술정보 21호 (2010.05.03)

MIT Strano 교수 연구팀, 새로운 에너지 생산법 개발
  
( Nanotech researchers discover new way to produce energy )

    Massachusetts Institute of Technology (MIT, 미국) 연구팀은 탄소 나노튜브를 이용해 강력한 에너지 파장을 일으키는 방법을 개발했다. Michael Strano 교수는 “이번 열전력 파장은 … 에너지 연구의 새로운 장을 연다.” 고 말했다. 열이 미세 와이어를 따라 전달되면서 전자가 앞으로 이동되고 전류가 생성된다. 주요 재료는 탄소 나노튜브(CNT)이다. MIT 실험에서 전기‧열 전도성 나노튜브는 분해되면서 열을 발생시키는 고반응 연료의 막으로 코팅되어 있었다. 이 연료는 나노튜브의 한쪽 끝에서 점화되어 탄소나노튜브(CNT)의 길이를 따라 빠르게 움직이는 열파장을 일으켰다. 연료에서 발생한 열은 나노튜브 안으로 들어가 연료에서 보다 몇 천배나 빠른 속도로 움직인다. 열이 연료 코팅으로 다시 전달되면서 나노튜브를 따라 열파장이 생성된다. 3000K의 온도로 이 열 링은 보통 때보다 10,000배 빠르게 튜브를 따라 이동한다. 연소로 생성된 열 또한 큰 전류를 만들어내면서 전자를 이동시킨다. Strano 교수 연구팀이 개발한 이 시스템은 현재 리튬 배터리에 비해 무게 대비 100배가량이 큰 에너지를 만들어내고 있다.
    Dr. Michael S. Strano, MIT, Cambridge; 617/324-4323;
    strano@mit.edu; http://web.mit.edu/stranogroup/people.html.


원문
    A previously unknown phenomenon that can cause powerful waves of energy to shoot through carbon nanotubes (CNTs) has been discovered by a team of scientists at Massachusetts Institute of Technology. The discovery of these “thermopower waves … opens up a new area of energy research,” according to Prof. Michael Strano. When this moving pulse of heat travels along a microscopic wire, it can drive electrons along, creating an electrical current. The key ingredient is CNTs. In the MIT experiments, each electrically and thermally conductive nanotube was coated with a layer of a highly reactive fuel that produces heat when it decomposes. This fuel was then ignited at one end of the nanotube, and the result was a fast-moving thermal wave traveling along the length of the CNT. Heat from the fuel goes into the nanotube, where it travels thousands of times faster than in the fuel itself. As the heat feeds back to the fuel coating, a thermal wave is created that is guided along the nanotube. With a temperature of 3000 K, this ring of heat speeds along the tube 10,000 times faster than the normal speed of this chemical reaction. The heating produced by that combustion also pushes electrons along the tube, creating a substantial electrical current. The system developed by Strano’s group now puts out energy, in proportion to its weight, about 100 times greater than an equivalent weight of lithium-ion battery.
    Dr. Michael S. Strano, MIT, Cambridge; 617/324-4323;
    strano@mit.edu; http://web.mit.edu/stranogroup/people.html.
 
출처)
ADVANCED MATERIALS & PROCESSES APRIL 2010 p.17 발췌, 번역(정책홍보팀)
해외 소재기술정보 22호 (2010.05.10)

태양전지로 승리할 수 있는 비책


    「지구 온난화 문제를 해결할 수 있는 태양전지 공장이 의외로 에너지를 많이 소비하고 있다. 이 문제를 극복하는 연구에 최근 몇 년 간 몰두해왔다.」 반도체제조기술연구의 1인자인 大見忠弘 (Omi Tadahiro) ㆍ동북대학 미래과학기술연구센터 교수는 일본 국내 회사에서 채용하고자 하는 박막형 태양전지 제조 공정의 에너지 절약ㆍ저비용화를 실현하는 장치 등을 실용화 했다. Omi 교수의 투지를 자극하는 것은 일본을 앞지른 아시아 및 구미 신흥세력에 도전한다는 의지이다. 신기술을 도입하면 에너지 소비량은 최대 2분의 1로 감소되고 저비용 생산에도 도움이 된다.
    에너지 절약의 결정적인 성과는 1대의 장치에서 복수의 공정을 소화시키는 다기능 제조 장치이다. 유리 기판에 박막 및 전극 등을 형성해 셀(발전소자)을 만드는 태양전지 패널의 제조 라인은 다수의 진공열처리소가 즐비해 있다. 전자가 통하는 산화막 등 막을 만드는 공정은 막의 종류에 따라 유리 및 약품이 달라지기 때문이다. Omi 교수는 「열처리로 내에 유리를 주입하는 원리는 동일하기 때문에 작업을 마칠 때 열처리로 안을 깨끗이 청소하면 1대에서 다른 처리를 실현할 수 있다.」고 생각, 다기능장치를 실현했다.
    현재, 태양전지 박막형성 공정에는 16대의 진공 플라즈마(Chamber)로가 필요한데 다기능장치를 도입하면 그 반인 8대로 해결할 수 있게 된다. 제조를 위해 사용하는 에너지 소비량을 현 상태의 반으로 줄일 수 있다.
    유리 기판의 재료도 연구 성과 중 하나이다. Omi 교수는 현재 주류인 무알칼리 유리 대신 에너지를 절약하고 비용을 절감하는 관점에서 나트륨(Na) 유리를 채용할 것을 제안하고 있다.
    융점이 섭씨 1800도인 무알칼리 유리에 비해 빌딩 창문 유리에도 사용되는 나트륨 유리는 섭씨 1300도이며 가격은 1평방미터당 500엔(약 5000원)으로 10분의 1가량이다. 에너지 절약, 비용절감에 공헌하지만 고온처리에서 나트륨이 확산되는 점을 해결하기 어려웠으나 확산 방지 효과가 있는 갈륨을 첨가한 산화아연 투명 전극막을 입혀 문제를 해결했다고 한다.
가장 많이 보급되어 있는 박막형 태양전지의 발전변환효율 이론한계는 25% 정도이다. 큰 제조회사 및 대학은 발전변환효율을 높이는 연구개발에 역점을 두어 왔으나 Omi 교수는 「태양전지를 작은 에너지 소비량으로 만드는 제조 공정을 실현하는 연구를 잊고 있었다.」고 지적한다.

    태양전지는 온도가 높아지면 출력이 저하하는 성질이 있기 때문에 셀의 최상부에 방열효과가 있는 방열판을 형성하거나 장기간 사용해도 변환효율이 감소하지 않는 보호막으로 덮는 등을 고안. 「30년 동안의 연구 성과를 집대성했다.」
    사실 이들 기술은 Omi 교수가 개발 리더로 근무하기 시작한 2001년부터 3년에 80억엔(약 8000억원)을 투자하고 「고효율 차세대 반도체제조 시스템 기술 개발(Haruka)」로 이름 붙여진 산ㆍ학ㆍ연 국가 프로젝트의 성과로 이루어져 있다.
    반도체 산업의 재생을 부탁 받은 「Haruka 프로젝트」가 개발 한 다기능장치는 동경 일렉트론이 실용화해 Toshiba 등의 시스템 LSI 공장에 도입되어 성과를 냈다. 하지만 그 후에도 일본의 반도체 제조회사는 한국 삼성전자 등 아시아 세력에 뒤져 Omi 교수 또한 안타까워했다. 태양전지도 06년에 샤프사가 독일의 Q-Cells에 세계 점유율 톱의 자리를 빼앗기고 중국, 대만 등 신흥세력과의 경쟁에서도 격하게 뒤지고 있다.
    「투자경쟁에서 아시아의 열세인 일본 제조회사가 승리할 수 있는 기술은 준비되어 있다. 지금부터는 각 제조회사 대표의 결단력이 필요할 뿐이다.」Omi 교수는 샤프사 등이 신기술 도입에 의욕을 보이고 있다고 밝힌다.
    다기능 장치의 보급에 힘입어 일본발의 저비용, 에너지 절약기술로 정착하면 반도체, 액정 및 아시아세력과의 점유율 경쟁에서의 패배를 태양전지로 막는 것도 충분히 가능하다. 하이테크 제품을 일본국내에서 제조했지만 이제는 아시아에 이길 수 있는 기술 인프라를 만드는 것이 Omi 교수의 바램이다.
    http://www.nikkei.com/tech/ssbiz/article/
g=96958A9C93819696E0E4E2EBE08DE0EAE2E6E0E2E3E2E2E2E2E2E2E2;df=
2;p=9694E0E5E2E3E0E2E3E2E1EAE4E0


 
출처)
일본경제신문(日本経済新聞) 전자판 2010년 5월 4일자 발췌, 번역(정책홍보팀)
해외 소재기술정보 23호 (2010.05.17)

휴대 가능한 all-in-one 디지털 현미경

   ( All-in-one digital microscope can be taken to the part )

    Leica DVM5000 전자 현미경은 현미경으로 옮길 수 없는 샘플의 분석과 검사 응용을 위해 제작됐다. 현미경, 광학, 고해상도 모니터, 그리고 컴퓨터로 구성되어 있는 DVM5000 시스템은 간단한 수정을 통해 휴대용 시스템으로 전환이 가능해 쉽게 샘플이 있는 곳으로 운반할 수 있다. Leica Microsystems Inc., Bannockburn, Ill은 “유선형의 줌 광학은 접근이 매우 힘든 표면에 도달해 기존의 현미경 기술로는 관찰이 힘들었던 규모가 큰 고정된 부품의 비파괴 검사를 가능하게 한다.”고 말했다.
    모든 DVM 현미경은 2-D와 3-D법을 포함한 다양한 정량분석을 제공하고 2.11 메카픽셀 카메라를 장착하고 있다. 민감한 CCD 카메라는 고해상도 광학 줌과 함께 “각 이미지의 데이터 용량과 파일 사이즈를 증대시키지 않고도 샘플의 디지털 이미지에 대한 최상의 정보를 생성한다.”
    Leica Microsystems Inc., Bannockburn, Ill.; 800/248-0123 or 847-405-0123;
info@leica-microsystems.com; www.leica-microsystems.com.


원문
    The Leica DVM5000 digital microscope is designed for analysis and inspection applications where the product can’t be taken to the microscope. The DVM5000 system, including microscope, optics, high-resolution monitor, and computer, can be converted into a portable system with just a few adjustments, and then easily taken to the sample. “The streamlined zoom optics reach extremely difficult-to access surfaces for nondestructive inspection of even the largest stationary parts, which could only be examined with great effort by traditional microscope techniques,” says Leica Microsystems Inc., Bannockburn, Ill.
    All DVM microscopes offer a variety of quantitative analysis options, including both 2-D and 3-D methods, and are equipped with a 2.11 megapixel camera. Combined with highresolution optical zoom, this sensitive CCD camera “generates digital images of samples with the best possible information yield —without enlarging the data volume and file size of individual images.”
    Leica Microsystems Inc., Bannockburn, Ill.; 800/248-0123 or 847-405-0123;
info@leica-microsystems.com; www.leica-microsystems.com.
 
출처)
ADVANCED MATERIALS & PROCESSES MAY 2010 p.12 발췌, 번역(정책홍보팀)
해외 소재기술정보 24호 (2010.05.26)

희토류를 사용하지 않는 고출력 모터


    희토류(Rare earth)를 사용하지 않는 고출력 모터에 대한 연구가 가속화 되고 있다. 미츠비시전기(Mitsubishi Electric)는 전자석을 응용, 자력을 효율적으로 이용할 수 있는 구조를 밝혀내 하이브리드 자동차와 전기자동차에 사용되는 모터와 동등한 성능을 발휘하게 할 것이라는 목표를 세웠다.
    오사카대학과 다이킨공업 (Daikin Industries)은 약한 자석으로도 회전 추진력이 높아지는 구조를 발견했다. 이미 실제 자동차에 사용되고 있는 크기의 시험 제작품으로 실험하는 단계에 이르러 해외에서도 주목 하고 있다.
    하이브리드 자동차 등에 사용하는 구동용 모터는 회전체에 있는 영구 자석과 고정부의 전자석을 반발시켜 회동력을 끌어낸다. 강한 자력과 내열성을 발휘시키기 위해 영구자석에는 네오딤(Nd)이나 디스프로슘(Dy) 등의 희토류를 사용한다. 그 양은 차량 1대당 수백 그램이 사용되는 경우도 있어 자동차용 모터의 가격을 올리는 주요 원인이 되고 있다.
    미츠비시전기가 개발한 모터는 회전체에도 전자석을 사용하는 것이 특징. 회전체에서 자기가 새어 나가 회전력이 약해지는 것을 피하는 것이 가능하듯 자기가 새기 쉬운 장소에 산화철을 주성분으로 하는 싼 가격의 페라이트 자석을 사용해 성능을 높였다. 신에너지ㆍ산업기술종합개발기구(NEDO)의 지원을 받아 연구한 성과로 구미의 정보기관으로부터 취재 요청이 끊이지 않고 있다.
    이러한 기술은 에너지 효율을 높이기 위해 독자적으로 개발한 커패시터(축전장치)와 함께 사용되어 시스템을 이룬다. 브레이크를 걸었을 때의 에너지를 커패시터에 모아 이용하며 에너지 효율은 93%이상으로 실용수준에 가까워질 전망이다. 또한 2011년도까지 기술과제를 해결, 사업화를 검토할 계획이다.
    오사카대학 연구팀은 페라이트 자석으로 추진력을 높일 수 있는 모터의 새로운 구조를 발견했다. 모터는 회전체와 고정부 사이에 1mm 이하의 틈이 있어 그 틈이 클수록 자력이 감소한다. 고정부와 회전체가 만나는 면을 서로 맞물리도록 설계. 맞물리는 면적을 넓히는 것으로 자력을 보완했다.
    또한 맞물리게 함으로써 틈의 거리를 줄이는 효과를 내고 회전체에 넣는 자석의 위치를 최적화함으로써 자력을 높였다. 시험제작한 모터는 종래의 모터보다 추진력이 약 3할 이상 높았다.     희토류의 세계 생산량은 연간 약 12만톤으로 추정되며 그 대부분이 중국에서 산출되고 있다. 자동차 제조업체는 하이브리드 자동차의 생산량을 늘리고 있어 향후 희토류의 조달이 어려워지고 그 가격이 상승할 것으로 전망된다.
    희토류를 사용하는 모터는 하이브리드 자동차와 전기자동차 뿐만 아니라 에어컨, 냉장고 등 다양한 전기제품에 사용되고 있다. 희토류를 사용하지 않는 기술이 실현된다면 그 수요는 클 것이다. NEDO 등도 지원하고 있으며 연구가 활발히 진행되고 있다.
    나고야공업대학 연구팀은 희토류의 하나인 네오딤의 사용량을 반으로 줄이는 모터를 시험 제작했다. 영구 자석의 양을 줄이고 그 자력 저하량을 전자석으로 보완할 수 있도록 설계 했다. 특수 철분 재료를 철심에 사용, 구조를 연구하던 중 이러한 모터를 개발할 수 있었다고 한다.
    다양한 종류의 모터가 연구되고 있지만 희토류를 사용하지 않음으로써 발생하는 자력 저하를 보완하는 것이 어려워 시행착오가 계속되고 있다. 검토되는 신형 모터는 자력을 낭비하지 않기 위해 복잡한 구조로 제조되는 경우가 많다. 얼마나 싼 가격에 제조할 수 있는 구조를 만들어 내는가가 실용화로 발전하는 열쇠가 될 것이다.
   http://www.nikkei.com/tech/trend/article/
g=96958A9C93819595E3E1E2E2EB8DE3E1E2E7E0E2E3E2E2E2E2E2E2E2;
p=9694E3E7E3E0E0E2E2EBE0E2E3E2

 
출처)
일본경제신문(日本経済新聞) 전자판 2010년 5월 17일자 발췌, 번역(정책홍보팀)
KIMS 해외단신 25호 (2010.05.31)

태양 패널의 비용을 대폭으로 줄이는 플라스틱 전도체

   ( Conductive plastics might slash the cost of solar panels )

    Princeton University, Princeton, N.J의 연구팀이 주도하는 여러 연구 기관의 엔지니어 연구팀이 태양 패널의 생산 비용을 크게 절감할 수 있는 전도성 플라스틱을 생산하는 새로운 기술을 개발했다. 전도성이 있는 플라스틱은 고가 소재인 ITO(indium tin oxide) 대체 소재로 사용되어 비용을 절감한다.
    유기전자학(플라스틱전자학)은 몰더블 플라스틱과 관련한 알 수 없는 전도성 손실에 시달려 왔다. Yueh-Lin(Lynn) Loo 교수는 “우리는 몰더블 고분자를 제조할 때 고분자의 구조가 뻣뻣한 틀에 갇혀 전자의 흐름을 방해하고 있다는 사실을 발견했다.”고 말한다. 그러한 문제점을 이해한 후 Loo와 그녀의 동료들은 특정한 형태가 되었을 때 산을 첨가하여 플라스틱의 구조를 완화시키는 방법을 개발했다. 그림과 같은 플라스틱 트랜지스터에서 플라스틱은 서로 얽힌 전극(오렌지)으로 주조되어 활성화된 채널(초록)로부터, 또는 그 채널로의 흐름을 가능하게 한다.
    Dr. Yueh-Lin Loo, Princeton University, Princeton, N.J.; 609/258-9091;
lloo@princeton.edu; www.princeton.edu.


원문
    A new technique for producing electricity-conducting plastics that could dramatically lower the cost of manufacturing solar panels has been developed by a multiinstitutional team of engineers led by researchers at Princeton University, Princeton, N.J. Conductive plastics are a promising low-cost alternative to indium tin oxide(ITO), an expensive material. Organic (polymer) electronics has been hampered by the mysterious loss of conductivity associated with moldable plastics. “We discovered that in making the polymers moldable, their structures are trapped in a rigid form, which prevents electrical current from traveling through them,” says Prof. Yueh-Lin (Lynn) Loo,. Once they understood the underlying problem, Loo and her colleagues developed a way to relax the structure of the plastics by treating them with an acid after they were processed into the required form. In the plastic transistor pictured here, the plastic is molded into interdigitated electrodes (orange) allowing current flow to and from the active channel (green).
    Dr. Yueh-Lin Loo, Princeton University, Princeton, N.J.; 609/258-9091;
lloo@princeton.edu; www.princeton.edu.
 
출처)
ADVANCED MATERIALS & PROCESSES MAY 2010 p.19 발췌, 번역

 
문의) 재료연구소 정책홍보팀 이수아 (leesooa@kims.re.kr)