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4 C.O.V.E.R News in brief 38 Ceramic & Advanced Material News Special_전략산업 핵심소재 탄화물 기술 개발 동향 및 산업 전망(1) 48 사고저항성 핵연료 피복관용 SiC 복합체 연구개발 현황 김원주_한국원자력연구원 원자력소재개발부 책임연구원 55 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체의 소결조제 기술동향 윤당혁_영남대학교 신소재공학부 교수 외 1인 65 탄화규소 소재를 이용한 수처리용 세라믹 필터 기술 동향 송인혁_재료연구소 분말/세라믹연구본부 책임연구원 외 3인 표지설명 탄화규소는 첨단산업과 극한 환경의 필수 핵심 소재로 응용되고 있다. 이번호 특집 전략산업 핵심소재 탄화물 기술동향 과 관련된 이미지를 표현했다. Focus 76 제5회 첨단세라믹 전시회(ACE 2015) 월드클래스 300 및 글로벌 전문기업 육성 사업 기업 선정 정책동향 82 산업부, 첨단소재를 가공하는 기계솔루션 기술개발 착수 년 산업부 R&D중점투자방향 확정 독자 기고 86 중국 상해 국제공업세라믹전 참관기 Interview 94 강원테크노파크 신소재사업단 김상호 단장 연구개발 98 세계 최고 효율 삼원색 양자점 발광다이오드 개발 101 냄새 맡는 전자피부 개발 세라믹라이프 104 KCDF기획전, 소재의 무한한 가능성 합 1 ceramic korea

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6 Solar Technology Brief 108 태양광 해외기술정보 Technology Brief 114 세라믹스 해외기술정보 문화 127 이달의 신간소개 전시회 128 나노코리아 2015 과학터치 132 자석 이야기 Patent Information 136 세라믹스 원적외선 특허 공개목록, 내용 단신 동정 141 단신 및 동정_취재부 세라믹스 자료실 142 신설법인 캘린더 143 이달의 국내외 주요 행사 세라믹스 자료실 144 통 계 도자기류 수출실적(2015년 5월) 시멘트 수요 공급 현황(2015년 5월) 위생도기 업체별 생산 출하 현황(2015년 5월) 위생도기 품목별 생산 출하 현황(2015년 5월) 내장타일 생산업체별 생산 출하현황(2015년 5월) 바닥타일 생산업체별 생산 출하현황(2015년 5월) 유리품목별 생산 출하현황(2015년 5월) 내화벽돌 생산 출하현황(2015년 5월)

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8 광고목록 표지1 _ CERAMIC KOREA 표지2 _ 유로산업 표지3 _ 사고 표지4 _ 대호CC AMC 건우 권풍 대한히타 맥테크 백상기계 삼양세라텍 삼원종합기계 삼조실업 삼화제도 세라믹ENG 신명 신성열연 아세아연마제 아전 오리엔트 발행인 겸 편집인 Publisher 상무이사 CFO Executive Director 편집국 Editorial Dept. 편집국장 Editor in Chief 기자 Editor 디자이너 Designer 마케팅사업부 AD & Event Dept. 부장 Advertising Manager 대리 Assist. Manager 사원 staff 총무부 Managing Dept. 과장 Manager 황호연 Hwang Ho-Yun 서승종 Seo Seung-Jong 서승종 Seo Seung-Jong 주학님 Joo Hak-Nim 여현진 Yeo Hyeon-Jin 문향진 Moon Hyang-Jin 정수경 Jung Soo-Kyeong 박수야 Park Soo-Ya 심미연 Shim Mi-Yeon 박자경 Park Ja-Kyung 박중규 Park Joong-Kyu 이광호 Lee Kwang-Ho 허성희 Heo Seong-Hee 정우석 Jung Woo-Suk 유일테크 진산아이티 케이텍 코스전열 크레퓨 태양애자 태영전열 통신원 Correspondent. 김왕현 Kim Wang-Hyun (강원TP 세라믹신소재산업클러스터사업단 기획조정팀 책임연구원) 박윤현 Park Youn-Hyun (한국세라믹기술원 기업지원본부 창업보육센터 센터장) 방일환 Bang Il-Hwan (전남TP 세라믹산업종합지원센터 기업육성팀장) 백승우 Baik Seung-Woo (맥테크 부설기술연구소 소장) 이범재 Lee Beom-Jae (대전TP 바이오나노 융합산업본부 기획운영팀장) 출력 및 인쇄 (주)케이피알 인쇄인 김정운 포세라 하이템스 한경 TEC 한국엥기스 발행처 (주)월간세라믹스 서울특별시 서초구 서초대로40길 42(서초동, 대호B/D 4층) (우) TEL : ~6 FAX : http : // [email protected] 한국화인썸 해륭 홍경산업 본지는 한국 간행물 윤리위원회의 윤리강령 및 실천요강을 준수한다. 이 책에 실린 어떤내용도 무단으로 복제해서 사용할 수 없습니다. 또한 인터넷 홈페이지에 무단활용을 금합니다. 복제나 활용이 필요시 저작권자와 협의 바랍니다.

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24 한국화인썸 주식회사

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38 Ceramic & Advanced Material News 한국세라믹총협회 2015년도 임시총회 개최 지난달 21일 한국과학기술회관 12층 아이리 스 홀에서 2015년도 한국세라믹총협회 임시 총회 가 개최됐다. 임시총회엔 한국세라믹총 협회 신재수 회장, 한국파인세라믹스협회 전선규 회장, 한국세라믹학회 김형준 학회 장 등 산 학 연 관계자 40여 명이 참석했 다. 이번 임시총회의 안건으로 2015년도 사 업보고 및 수지예산안 변경 승인의 건, 정관 개정의 건, 임원 선임의 건 이 상정됐다. 첫 번째 안건으로 재료분야산업 인력양성사 업(인적자원개발위원회 구성 및 사무국 설 치), NCS 학습모듈개발사업, 2015년 동 반성장 셀(Cell) 운영 사업 등 2015년도 추 가된 사업보고 가 있었다. 사업이 늘어남에 따라 수지예산 변경이 불가피하게 됐다. 두 번째 안건은 한국세라믹총협회에서 한국세 라믹연합회 명칭 변경으로 인한 정관 개정의 건 으로, 세라믹산업계와 산업통상자원부의 제안을 적극 수용하여 이뤄졌다. 세 번째 안 건은 임원선임의 건 으로 파인세라믹스협회 가 한국세라믹총협회 이사로 가입하게 되면 서 전선규 회장이 총협회의 부회장으로 선임 되었다. 총회에 참석한 파인세라믹스협회 전 선규 회장은 입회 수락 인사를 통해 세라믹 연합회가 세라믹산업을 대표하는 조직으로 만들기 위해 노력하며, 세라믹산업계의 원활 한 업무협조체계를 위해 적극적으로 협력하 겠다 며 소감을 전했다. 이날 총회에 상정한 3건의 의안은 모두 승인 됐다. 신재수 회장은 새로운 세라믹산업 환 경으로 인한 시대적 요청과 정부 방침에 부응 하여 협회 명칭과 정관을 개정하게 되었다 며 임시총회에서 원안대로 모두 승인됨에 따라 총협회가 더 큰일을 할 수 있게 되었다 고 인 사말을 전했다. 3D 바이오 프린터로 장기 출력한다 3D 프린팅을 이용해 크기가 큰 조직과 장기 까지 출력하는 기술이 개발됐다. 조동우 포스텍(POSTECH) 교수와 이상화 가 톨릭대 교수, 심진형 한국산업기술대 교수가 공동연구를 통해 혈관조직이 내 외부로 골 고루 분포된 뼈조직을 3D 프린팅으로 출력하 는데 성공했다. 연구진은 혈관과 뼈조직으로 재생할 수 있는 치수(치아 내부 조직)유래 줄기세포를 3D 바 이오 프린팅 재료로 사용했다. 혈관내피성장 인자(VEGF)와 뼈형성단백질(BMP-2)을 각 각 혈관과 뼈조직이 필요한 곳에 세포와 함께 선별적으로 프린팅했다. 대체 장기 중심부에 혈관이 부족해 세포가 괴사하는 것을 감안해 뼈조직 중심부에 VEGF를 선별적으로 배치했 다. 이를 통해 혈관이 초기에 빠르게 생성돼 프린팅된 뼈조직 전체가 체내에서 원활하게 성장하도록 했다. 조동우 교수는 세포 및 성장인자 위치를 자 유자재로 조절할 수 있는 3D 바이오 프린팅 기술을 이용하면 향후 크기가 큰 조직이나 장 기 재생뿐 아니라 뼈, 근육, 혈관 등 다양한 조 직으로 이루어진 복합조직 재생도 가능할 것 이라고 말했다. 이번 연구는 미래창조과학부 연구성과실용화진흥원이 추진하는 신산업창 조프로젝트와 한국연구재단이 추진하는 리더 연구자지원사업(창의적연구) 지원으로 수행 됐다. 신산업창조프로젝트를 추진하는 김판 건 기술사업화전문가 단장은 3D 프린팅301 기술과 의학분야 통합으로 혈관이 포함된 장 기를 직접 각각 인체에 맞춰 제작할 수 있다 는 점에서 산업적 파급효과가 매우 크다 며 현재 티엔알바이오팹을 설립해 기술 이전과 실용화 연구가 진행 중 이라고 밝혔다. 연구결과는 영국왕립화학회(RSC)가 발간하 는 국제학술지인 저널 오브 머티리얼스 케미 스트리 B(Journal of Materials Chemistry B) 7월호 표지논문으로 게재됐다. 에스티아이, 세라믹 3D 프린터 국책사업 주관기관 선정 반도체 디스플레이 장비기업 에스티아이(대 표 서인수 김정영) 가 산업통상자원부 생활 세라믹제품 및 산업세라믹부품용 세라믹기반 3D 프린팅301 기술개발 국책사업 주관기업 으로 선정되었다. 기술개발 국책사업은 오는 9월부터 2018년 8월까지 3년간 진행한다. 에스티아는 스페인 세라믹 소재기업 토레시 드(Torrecid)와 함께 각각 장비와 소재 개발 에 참여한다. 38 ceramic korea

39 Ceramic & Advanced Material News 에스티아이는 세라믹프린팅과 3D 프린팅 기 술을 동시에 보유해 역량을 인정받았다. 지난 2005년부터 잉크젯 기술을 확보했고 그 노하 우를 기반으로 2013년 3D 프린터를 개발했 다. 올해 초에 총 4건 3D 프린터 디자인 등록 을 출원했다. 스페인 토레시드는 1963년 설립한 세라믹 소 재 등을 전문적으로 생산하는 기업으로 디지 털 세라믹 잉크를 세계 최초로 개발했다. 세 계 24개국에 자회사와 지사를 보유했으며 2013년 기준 매출 1조원을 기록했다. 양사는 이번 국책사업으로 세라믹 3D 프린팅 시장을 선점한다는 목표다. 세계적으로 세라 믹 3D 프린팅 기술은 초기 개발 단계다. 소재 특성상 고온에 강하고 내구성이 좋지만 3D 프린팅에 적용하는 기술 난이도가 높아 상용 화되지 못했다. 에스티아이는 FDC(Fused Deposition of Ceramics) 방식으로 3D 프린터를 개발할 계 획이다. 컬러 구현 방식에도 집중해 경쟁력을 높일 방침이다. 세라믹 기반 3D 프린터를 상 용화하면 생활세라믹, 전자, 자동차, 항공, 의 료 등 다양한 산업군에서 다품종 소량생산에 필요한 다양한 정밀 부품 소재에 응용할 수 있다. 현재 3D 프린팅 시장에서 미국 스트라 타시스와 3D시스템즈가 경쟁하지만 대부분 플라스틱과 일부 금속 소재에 국한됐다. 국내 도 플라스틱과 일부 금속 소재에 국한된 3D 프린팅 기술 개발만 진행돼 새로운 복합소재 개발이 시급하다. 시장조사기업 홀러스리포트(Wohlers Report)는 세계 3D 프린팅 시장 매출 규모가 2018년 125억달러(14조3000억원)까지 성 장할 것으로 전망했다. 양사는 이 중 세라믹 3D 프린팅 시장이 전체 10%에 달할 것으로 내다봤다. 김정영 에스티아이 대표는 3D 프 린터는 각 설비 특성에 맞게 소재를 개발해야 하는 만큼 세라믹소재 강국 스페인 기업과 협 업해 시너지를 내도록 연구에 매진하겠다 고 말했다. 중소 레미콘업계, 동양시멘트 인수 선언 중소 레미콘업계가 시장에 매물로 나온 동양 시멘트 인수를 선언했다. 동양시멘트 인수를 통해 기존 독과점 산업구조를 개선하겠다는 목표다 레미콘 업계는 지난달 20일, 서울 여의도 중 소기업중앙회에서 기자간담회를 열고 시멘 트 시장은 동양을 포함한 7개사가 주도하고 있는데 이들 가운데 한 곳이 동양시멘트를 인 수하면 상위 업체 독과점이 심각해진다 며 인 수전에 나선 배경을 설명했다. 한국시멘트협회에 따르면 지난해 국내 시멘 트 출하량 가운데 쌍용이 전체 19.8%(865만 톤)을 차지했고 한일 성신 동양 라파즈 한라 현대 5개사가 각각 10.0~13.6%, 아 세아가 7.3%를 점유하고 있다. 이들 업체 중 한 곳이 동양시멘트를 인수하면 시장점유율 1위로 올라서게 된다. 서상무 한국레미콘공업협동조합연합회장은 중소 레미콘업계가 동양시멘트 인수를 꿈꾸 는 것은 생존을 위한 절박함 때문 이라며 구 멍가게가 대형마트를 인수하려 한다며 비웃 는 이들도 있지만 인수 필요성에 대한 공감대 가 형성돼 있어 희망을 놓지 않고 있다 고 말 했다. 중소 레미콘업체가 국내 시멘트 시장 최대 수 요자임에도 독과점 산업구조 때문에 시멘트 가격 인상 등 피해를 보고 있다는 주장이다. 중소기업계는 지난해 시멘트 국내 출하량 4370만톤 가운데 87%인 3800만톤을 레미 콘 업체가 구매했고 이 가운데 중소 레미콘업 체가 62%인 2700만톤을 사간 것으로 보고 있다. 박정환 광주전남레미콘공업협동조합 이사장 은 유연탄 가격 하락과 엔저로 시멘트 회사 에 원가 하락 요인이 많았지만 최근 3~4년간 시멘트 가격이 50%가량 올랐다 고 하소연 했다. 중소 레미콘업체는 동양시멘트를 인수 해 가동률을 끌어올려 시멘트 마진을 적정 수 준으로 낮추고 수익이 낮은 수출 비중을 줄여 내수용 시멘트를 활발하게 공급하겠다는 방 침이어서 궁극적으로 독과점을 깨 시멘트 시 장 적정 가격 형성에 도움이 될 것이라는 주 장이다. 레미콘 업계 관계자는 인수자금은 현재도 중 소 레미콘업체 참여가 이어지고 있고 증권사 등 투자자들의 참여 의향도 이어지고 있어 큰 문제는 없을 것 이라고 전했다. 차세대 태양전지 수명 효율 높일 수 있는 신소재 개발 국내 연구진의 연구로 차세대 태양전지로 각 광받고 있는 페로브스카이트 태양전지 상용 화에 한걸음 더 나아갔다. 페로브스카이트란 August

40 Ceramic & Advanced Material News 부도체 반도체 도체 성질은 물론 초전도 현상까지 보이는 금속 화합물로 기존 역구조 페로브스카이트 태양전지의 전자가 빠져나간 빈 구멍을 투명 전극으로 옮겨주는 정공수송 층 소재를 새롭게 개발해 수명은 약 3배, 효 율은 10% 이상 향상시킨 것이다. UNIST에 따르면 이 학교 김진영 교수와 한양 대학교 최효성 교수가 주도하고 미국 캘리포 니아주립대학교 산타바바라 분교와 공동으로 수행한 이번 연구가 미래창조과학부와 한국 연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업 및 BK플러스사업 으로 수행됐다. 또 이 연구 논 문은 네이쳐 커뮤니케이션지 온라인판 지난 달 17일자에 게재됐다. 페로브스카이트를 광흡수층으로 한 태양전지 는 기존의 실리콘 태양전지 보다 제작단가가 획기적으로 낮고 효율도 비슷한 수준으로 유 지할 수 있어 차세대 태양전지로 각광받고 있 다. 전지 내에서 전자 전달체와 전공 수송층 의 위치를 맞바꾼 역구조 페로브스카이트 태 양전지는 고효율의 휘고 접히는 모양으로의 제작도 가능하다. 하지만 기존 역구조 페로브스카이트 태양전 지에서 정공수송층으로 널리 쓰이는 소재는 강산성으로 빛을 흡수하는 면(광흡수층)을 부식시켜 소자 수명을 단축시켰다. 연구팀은 새로운 정공수송층 소재로 중성의 CPE-K 물질을 개발해 광흡수층의 부식을 억제함으 로써 소자의 수명을 약 3배 늘렸다. 연구진이 개발한 CPE-K는 전지를 제작했을 때 균일한 결정을 형성시킬 수 있어, 정공 수 송 속도를 기존 대비 60배 빠르게 하고 전지 의 효율도 10% 이상 향상시켰다. 또 CPE-K는 200 이하에서 용액을 스프레 이 혹은 잉크젯프린팅 방법 등으로 박막을 형 성하는 공정인 저온 용액 공정이 가능해 종이 에 인쇄하듯 소자를 대량 생산할 수 있어 휘 거나 접을 수 있는 역구조 페로브스카이트 태 양전지 상용화를 크게 앞당길 것으로 보인다. 김진영 교수는 이번 연구는 모든 박막 광전 자소자에 적용 가능한 원천기술로 차세대 광 전자소자 개발에서 선도국과의 격차를 줄일 수 있을 것 이라고 밝혔다. 최효성 교수는 페 로브스카이트 태양전지 소자 제작 분야에서 가장 앞서나가고 있는 우리나라에서 소재 개 발 분야에도 중점적인 연구투자가 이뤄진다 면 관련 분야에서 독보적인 원천기술을 확보 할 수 있을 것 이라고 내다봤다. KIST, 2차원 나노소재 형성 메커니즘 밝혀 한국과학기술연구원(KIST 원장 이병권) 광 전소재연구단 송용원 박사팀이 2차원 나노소 재 합성 메커니즘을 수학적으로 유도하고, 이 를 정량적으로 증명했다. 이 메커니즘은 성장 환경, 촉매 기판, 전구체 를 함수로 넣어 최종적으로 합성될 2차원 소 재 정량적 형태를 정확히 예측했다. 연구팀은 새로운 비금속 절연 기판 소재인 감마상 알루미나(γ-Al 2O 3) 기판을 그래핀 21 합성을 위한 촉매이자 기판으로 개발하 고, 여기에 그래핀을 금속 촉매 없이 직접 합 성하는 데 성공했다. γ-al 2O 3 기판에 합성한 그래핀은 추가 금속촉매 제거공정 없이 바로 사용할 수 있다. 기존 구리(Cu)와 니켈(Ni) 촉매를 사용해 합성한 그래핀보다 우수한 특 성도 가졌다. 연구팀이 수학적으로 유도한 2차원 나노 소 재 일반적인 형성 메커니즘은 시스템에 주입 한 탄소 전구체 종류, 압력, 촉매 기판 정보로 부터 탄소 전구체가 수소를 잃으면서 촉매 기 판 위에 공급되는 탄소 원자량을 바탕으로 한 다. 이 메커니즘으로 예상한 그래핀 합성결과 와 실제 그래핀 합성 결과는 저온공정에서 고 온공정, γ-al 2O 3 촉매 절연기판, Cu 등 전이 금속 촉매 기판 모두에서 그래핀 성장 결과가 정확히 일치했다. 연구 과정에서 개발한 절연촉매 기판인 γ -Al 2O 3은 다른 금속 촉매 도움 없이 그래핀을 합성할 수 있고, 기판 자체가 전사 공정이 필 요 없는 절연기판이어서 합성된 상태에서 바 로 사용할 수 있다. 제1저자인 박재현 박사는 2차원 나노 소재 에 대한 일반적 합성 메커니즘을 다양한 정량 적 활성화 에너지를 바탕으로 도출한 식으로 표현했다 며 활성화 에너지 값이 2차원 소재 성장에 어떤 영향을 미치는지 보여주는 실질 적인 해석 틀을 제공했다 고 말했다. 이어 새 로운 2차원 나노 소재 합성에 있어 고려할 중 요한 판단 근거를 제공할 수 있을 것 이라 밝 혔다. 대우인터내셔널-한국실리콘, 중국 태양광 시장 공략 대우인터내셔널과 한국실리콘이 지난달 7일, 중국 장쑤성에서 썬텍 태양광모듈로 유명한 중국 태양광발전 전문기업 SF-PV그룹과 40 ceramic korea

41 Ceramic & Advanced Material News 만달러 규모 태양전지용 폴리실리콘 공 급 계약을 체결했다고 밝혔다. 대우인터내셔 널은 중국 내 현지 영업거점을 활용해 계약을 주도해 한국실리콘 중국 시장 진출을 지원했 다. 한국실리콘은 연 1만5000톤 규모 폴리실 리콘 생산라인을 보유한 기업으로 2013년 법 정관리를 벗어났지만 최근 폴리실리콘 가격 하락으로 영업에 어려움을 겪어 왔다. 대우인터내셔널은 지난해 11월에도 중국 대 형 웨이퍼 셀 제조업체인 다하이와 연간 8000만달러 규모 폴리실리콘 공급계약을 체 결했다. 당시 우리 기업으로부터 폴리실리콘 을 구매한 뒤 이를 다하이에 판매하는 중계자 역할을 했다. 이번 SF-PV그룹 공급으로 대우인터내셔널 은 올초부터 적극 파고든 중국 태양광시장에 안정적으로 발을 들여놓았다. 현지법인 등 네 트워크를 활용해 직접 대형 수요처를 발굴해 공급을 늘리고 있어 향후 추가 계약 전망도 밝 다. 대우인터내셔널은 이번 계약을 모기업 포 스코가 해외시장 성공을 위해 강조하는 글로 컬라이제이션(Glocalization) 의 대표적 성공 사례라고 설명했다. 대우인터내셔널은 2008년 태양광패널 공급 을 시작으로 태양광 소재부터 발전소 건설까 지 전 영역에 걸쳐 다양한 사업을 전개하며 태 양광산업 밸류체인 구축에 역량을 집중해왔 다. 최근엔 태양열(CSP)발전과 지열발전으 로 글로벌 신재생에너지사업을 확대하며 신 규 수익원 발굴에 적극적이다. 대우인터내셔널 관계자는 현지 법인이 적극 나서 중국 내 태양광시장 수요 증가를 사전에 예측하고 신규 고객사에 대한 밀착 영업을 통 해 일궈낸 성과 라며 SF-PV와 태양광 발전 소 건설 등 6대 전략사업 협력을 확대해나가 겠다 고 밝혔다. 포스텍, 세계 최초로 제올라이트 2종 설계 및 합성 홍석봉 포스텍 교수팀이 샤오동 쩌우 스웨덴 스톡 홀름대 교수팀, 폴 라이 트 영국 세인트앤드류스 대 교수팀과 공동 연구를 통해 제올라이트 구조를 직접 설계하고 합성하는데 성공했다고 지난 달, 15일 밝혔다. 석유화학, 천연가스 등 에너지 자원 생산효율 을 높이고 기후변화 문제 해결을 위해 이산화 탄소 분리 회수에 대한 관심이 높다. 제올라 이트는 무수히 뚫려 있는 미세한 구멍을 이용 한 이산화탄소 흡착제로 각광받고 있다. 하지 만 아직 정확한 합성 메커니즘이 밝혀지지 않 아 활용에 한계가 있었다. 그동안 다양한 제 올라이트 구조가 보고되지만 설계가 아닌 우 연에 의한 합성이 이뤄지는 상황이다. 연구팀은 기존 제올라이트 구조를 분석한 결 과 특정 단위 기본 구조체가 일정한 규칙을 가지고 더해지면서 제올라이트 구조가 점점 확장되는 원리를 발견했다. 이를 활용하면 현 재보다 확장된 구조체를 만들 수 있을 것으로 예측해 합성 전략을 세웠다. 기존에 제올라이트를 합성할 때 사용하는 이 온을 기본구조 물질로 하고 여기에 무기 양이 온을 추가해 한 단계 큰 제올라이트를 만드는 데 필요한 특정 구조체를 형성하는 방법으로 새로운 구조를 만들었다. 홍석봉 교수는 현재 제약분야에서 분자 설 계를 통해 신약을 개발하는 것처럼 우연이 아 닌 특정 용도에 필요한 제올라이트 구조를 예 측한 후 설계를 통한 타깃 제올라이트 합성이 가능함을 보여준 첫 사례 라며 나노다공성 재료분야에 새로운 패러다임을 제시했다 고 밝혔다. 소재부품산업 성과발표회 개최 산업통상자원부(장관 윤상직)와 한국산업기 술진흥원(KIAT 원장 정재훈)은 지난달 7일, 서울 양재동 더케이서울호텔에서 소재부품 산업:새로운 도전과 혁신 을 주제로 이 같은 과제 극복을 위한 소재부품혁신연구 성과발 표회를 개최했다. 산업연구원과 현대경제연구원, 능률협회컨설 팅, 세라믹기술원, 재료연구소, 디스플레이산 업협회 등 소재와 산업 분야별 연구기관과 협 회 단체에서 진행한 연구를 바탕으로 10개 주제발표가 이뤄졌다. August

42 Ceramic & Advanced Material News 이원복 산업연구원 연구위원은 소재부품 무 역흑자 1000억달러 달성 원인 분석과 시사 점 을 주제로 발표하며 중국 부품산업 성장과 성장전략 변화 등에 맞춰 대중 소재부품 교역 을 재정립할 필요가 있다고 강조했다. 특정 품목에 편중된 수출 불균형 구조 개선을 위해 육성정책 방향성과 대상도 재정립이 필요하 다는 분석이다. 디스플레이산업협회는 중국디스플레이산업 육성 법 제도 분석 연구 결과를 소개했다. 원자재와 소모품 구입을 위한 수입관세 면제 등 세수 우대 정책과 패널기업, 부품 장비 기업 육성을 위한 중국 정부 재정 지원 등이 다. 협회는 관련 내용을 책자로 제본해 회원 사 등에 배포 계획이다. 한재진 현대경제연구원 연구위원은 한국, 중 국, 일본 동북아 3국 분업구조 재편을 통한 제조업 협력 시스템 구축 필요성을 설파했다. 일본과는 소재분야에서, 중국과는 부품분야 에서 경합이 확대되는 가운데 중장기적 산업 고도화 전략과 함께 가치사슬 측면에서 대중 수출 전략 마련이 이뤄져야 한다는 것이다. 이외에 첨단세라믹 산업 발전을 위한 권역별 특화 육성 방안과 금속소재산업-글로벌 일류 수요기업 간 네트워크 구축방안, 외국인유학 생 뿌리산업 취업제도 도입방안 등에 대한 발 표와 논의도 이어졌다. 최근 시장 관심이 늘 고 있는 전기자동차용 소재 국산화도 물망에 올랐다. 산학연 연계를 바탕으로 소재개발부 터 부품 제조와 성능평가에 이르는 통합형 연 구개발이 필요하다는 분석이다. 한유동 재료연구원 책임연구원은 영구자석용 모터 핵심소재인 희토류298 소재 추출기술 과 재활용 대체소재 개발 연구지원, 전극용 신소재개발과 소재 부품 신뢰성 확보를 위 한 정부지원 공공세터 설립 등을 제안했다. 정재훈 KIAT 원장은 소재부품 사업은 우리 나라 산업 고부가가치화와 체질 개선을 위해 지속적으로 경쟁력 강화가 필요한 분야 라며 논의된 내용을 바탕으로 업계에 도움이 될 만한 실질적 지원책을 발굴하겠다 고 밝혔다. KAIST 출신 미국 스탠퍼드대 연구진 실리콘 2차전지 입자 파괴비밀 밝혀 미국 연수 중인 KAIST 출신 연구원들이 실리 콘 이차전지 입자 부피 팽창과 파괴현상을 규 명했다. 이 문제를 완전 히 해결하면, 기존 흑연 음극보다 용량이 10배 큰 실리콘 물질을 나 노입자로 만들지 않고 이차전지에 활용할 수 있게 된다. 한구연구재단은 스탠퍼드대 이석우 선임연구 원과 이현욱 박사후연구원(이상 공동 제1저 자), 이추이(Yi Cui, 교신저자) 교수가 실리콘 물질이 충전 방전 때 입자가 크게 부풀어 깨 지는 현상을 규명했다고 밝혔다. 이 연구결과 는 네이처 커뮤니케이션즈 온라인판에 게재 됐다. 연구진은 실리콘 물질 간 상호작용에 주목했 다. 이를 여러개 나노 필라(기둥)로 만들어 시 뮬레이션과 인시츄(in-situ) 투과전자현미경 으로 관찰했다. 이 결과 실리콘 입자가 서로 영향을 주고받아 단일 입자 때와는 다르게 부 풀고 깨지는 것을 발견했다. 연구진은 이차전지와 같이 제한된 공간에서 실리콘 입자들이 그간 알려진 것과 달리 입자 간 영향에 의해 파괴된다는 것을 밝혀낸 데 의미가 있다 고 전했다. 한국에너지 기술 연구원, 연료정지 내구성 높이는 신소재 개발 한국에너지기술연구원(원장 이기우 ) 김희연 에너지소재연구실 박사가 KAIST 옥스퍼드 대학 연구팀과 연료전지 내구성을 높일 수 있 는 신 구조의 촉매 개발에 성공했다. 연료전지는 높은 효율과 큰 출력 밀도를 갖고 있으며, 발전 시 온실가스를 배출하지 않는 친환경에너지원으로 각광받고 있다. 그러나 제조 시 백금을 포함한 고가의 귀금속 촉매가 사용되고, 사용 중 촉매의 심각한 내구성 저 하가 일어나 상용화에 어려움을 겪고 있는 상 황이었다. 김 박사팀이 개발한 촉매는 백금 코어와 다공 성 그래핀쉘로 구성된 새로운 구조를 지니고 있다. 이 촉매는 기존 상용 촉매와 유사한 성 능에서 150% 이상의 내구성을 나타냈으며, 다공성 그래핀쉘의 영향으로 연료전지의 주 된 비활성화 원인인 부식, 탈락, 응집 등의 현 상을 크게 개선했다. 또 김 박사팀은 동시기 화공정을 최초로 개발해 촉매 합성 공정을 대 폭 축소하는 데 성공했다. 기존에는 촉매를 제조하기 위해 담지, 건조, 소성, 환원 등 여러 단계의 복잡한 과정을 거 쳐야 했다. 하지만 동시기화공정을 이용하면 원하는 조성과 형상의 구조체를 한 번에 합성 42 ceramic korea

43 Ceramic & Advanced Material News 할 수 있고, 이 과정에서 전극까지 성형할 수 있다. 별도의 전극 제조 공정이 필요없이 코어 쉘 구조체의 합성과 동시에 고르게 분산된 연 료전지용 전극을 제조할 수 있게 된 것이다. 김 박사는 이번 연구 결과로 촉매의 내구성 이 향상되고 제조 공정이 단일화 돼 연료전지 상용화를 앞당길 수 있을 것 이라며, 현재 개 발된 기술을 연료전지 촉매뿐만 아니라 이차 전지 전극소재와 화학반응용 촉매소재에도 응용하기 위한 연구를 진행 중이며, 대량 생 산 기술을 개발 중 이라고 밝혔다. 부천시, 금형산업의 메카 꿈꾼다 부천시는 지난 4월 세라 믹소재기술지원센터를 개소에 이어서 5월 오정 산업단지에서 한국금형 센터 착공식을 갖고 본 격적인 건립에 들어갔 다. 아울러 금형 조명 로봇 패키징 산업 을 특화하여 집중적으로 육성하는 등 부천을 R&D 산업기지로 만들기 위해 박차를 가하고 있다. 오정산업단지 내 몰드밸리에 한국금형센터 건립 부천시 오정일반산업단지 몰드밸리에 한국 금형센터 가 들어선다. 시는 지난 5월 19일 착공식을 갖고 본격적인 건립에 들어갔다. 금 형센터는 국비 270억, 도비 50억, 시비 263 억, 민자 35억 등 총 618억 원을 들여 지하1 층, 지상2층 규모로 조성된다. 금형산업은 붕어빵에서부터 스마트폰까지 거 의 모든 제조업의 뿌리산업이자 핵심 기반 산 업이다. 부천시는 2001년 중소기업청으로부 터 금형 을 특화품목으로 지정받고 금형집적 화단지 기본계획을 마련하여 2009년 오정일 반산업단지(몰드밸리)를 조성하면서 금형센 터 건립 부지를 매입하였다. 올해 한국금형센 터 건립 착공으로 15년간의 숙원사업이 해결 되었다. 우리나라 금형업체의 42%가 경기도에 몰 려 있고, 경기도 금형업체의 25%가 부천에 서 기업 활동을 하고 있다. 우리나라 전체로 보았을 때, 업체 수 (867개 업체)와 매출액 (8,670억 원) 규모면에서는 10% 정도, 종사 자 수(4,729)도 8%를 넘게 차지한다. 한국금형센터는 수도권 금형기업을 비롯한 오정산업단지와 부천지역에 밀집된 금형 관 련 기업을 지원하기 위한 시설로 금형 기술개 발 연구 시험생산 등 금형산업의 포괄적인 지원기능을 수행할 예정이다. 금형센터 건립 은 중소 금형기업의 성장기반을 마련함과 동 시에 대한민국 금형산업이 세계 1위로 도약 하는 허브(Hub) 역할을 부천이 담당하게 되 었다는 데 큰 의미가 있다. 4대 특화산업, 금형 조명 로봇 패키징 육성 부천시는 금형 조명 로봇 패키징 산업을 특화하여 집중적으로 육성하고 있다. 기술 및 제품개발에 취약한 중소기업과 강소기업들에 게 기술지원은 물론 우수인력 양성 및 연구개 발 등을 종합 지원할 계획이다. 아울러 산 학 연 관 협력시스템을 갖추어 R&D 종합 인프라 도시로서의 면모를 갖추어 나갈 예정 이다. 특히 시는 전국 기초자치단체의 최초로 로봇 산업을 지역 전략산업으로 선정 육성하고 있다. 부천시의 로봇기업은 전국 402개 로봇 기업 중 39개로 9.7%를 차지하고 있으며, 로 봇 부품 기업은 18.5%를 점유하고 있다. 그 동안 도와 시의 적극적인 투자에 힘입어 지원 사업 시작단계(2005년)보다 로봇기업 매출 3배, 수출 7배, 고용 1.8배 이상 성장하는 등 양적으로는 괄목할 성과가 있었다. 세라믹소재기술지원센터 개소 지난 4월 부천테크노파크에 세라믹소재기술 지원센터 가 개소했다. 박사급을 포함해 20 여명의 전문 인력이 포진한 이 센터에서는 수도권 세라믹 기업 시험분석 및 기술지원 기술지원을 위한 인프라 구축, 인력양성, 기 술지도 국내 외 표준화 연구, 기타 산학연 기술협력이 이루어진다. 포스코에너지, 포항 연료전지공장에 혁신교육센터 개관 포스코에너지가 연료전지 사업의 경쟁력 향 상을 위해 포항에 위치한 연료전지공장에 혁 신교육센터를 건설했다. 올 하반기 연료전지 셀공장 준공을 앞두고 있 는 포스코에너지는 세계 최대 규모의 연료전 지 사업자로서의 경쟁력 제고를 위해 무엇보 다 인재 육성이 필요하다고 보고 지난해 11 월 혁신교육센터 건설을 시작했다. 약 50억원이 투입된 포항 혁신교육센터는 지 하 1층, 지상 3층의 연면적 3038m2(920평) 규모로 직무별 전문기술을 위한 혁신교육장, 체력단련장, 복리후생시설인 직원식당으로 구성돼 있다. 한편 포스코에너지는 포항시 북구에 연산 100MW 규모의 연료전지공장을 운영하고 있 으며 연료전지의 핵심부품인 셀 제조공장 준 August

44 Ceramic & Advanced Material News 공을 통해 국내 최초의 연료전지 전공정 국산 화를 눈앞에 두고 있다. 미코, 녹색인증 우수기업 산업통상자원부장관표창 수상 소재부품 전문기업 미코가 지난 26일 서울 양재동 더케이호텔에서 개최된 2015년 녹색 인증 5주년 성과보고회 에서 녹색인증 우수 기업으로 선정돼 산업통상자원부장관표창을 수상했다. 녹색인증은 에너지 절감 및 환경오염물질 배 출 최소화 기술을 인증해 민간분야의 일자리 를 창출하고 지속 가능한 경제성장을 유도하 기 위해 2010년 도입된 제도다. 산업통상자 원부 주최로 열린 이번 2015년 녹색인증 성 과보고회는 지난 5년간 성과보고, 미코를 포 함한 3개 우수기업 포상, 제도개선 설명 등의 순으로 진행됐다. 미코는 지난 2008년 고체산화물연료전지 (SOFC) 부품소재 기술 개발을 착수했고, 2011년부터 가정용 mchp 시스템의 핵심부 품인 1kW SOFC 스택 개발을 수행했다. 지 난 2월 테이프캐스팅 기반의 SOFC 단전지 기술과 이를 이용한 1kW 스택 기술 로 건물 용 SOFC 기술분야에서 녹색기술인증을 획 득했다. 미코는 SOFC 스택 기술은 기술적 난이도가 높아 국내에서는 아직까지 개발 단계에 있고, 녹색기술을 획득한 기업이 전무했으나 다년 간 축적된 세라믹 부품 및 공정 기술을 바탕 으로 체계적이고 지속적인 개발과정을 통해 세계적 수준의 SOFC 기술을 확보하는데 성 공, 녹색기술 인증을 받을 수 있었다 고 설명 했다. 차세대 에너지 산업에 관심이 많은 기 업 및 투자자의 주목을 받을 것으로 기대하고 있다. 전선규 미코 대표는 녹색인증을 받은 SOFC 단전지 및 스택 기술을 이용하여 향후 소재 부품 및 시스템 사업을 적극 강화할 예정 이 라며 세라믹 기술을 선도하는 엔지니어링 기 업으로서 녹색기술이 융합된 고부가가치의 차세대 에너지 제품으로 신산업 창출에 이바 지하겠다 고 덧붙였다. 미코는 순수 국내기술로 제조한 스택을 연결 해 5kW 출력을 확보하는데 성공한 것을 바탕 으로 지난해부터 프로토타입 SOFC 시스템 (모델명:TUCY)을 독자 개발 중이라고 밝혔 다. 연내 운전기술을 확보하여 국내 최초로 실 증 가능한 SOFC 시스템을 내놓을 계획이다. LG화학, 배터리업계 처음으로 헥사곤(Hexagon) 배터리 개발 LG화학이 세계 최초로 헥사곤(육각형) 배터 리를 개발해 올해 안으로 양산에 들어간다고 발표했다. 헥사곤 배터리는 말 그대로 육각형 판 형태다. 원형에 가까워 웨어러블 기기에 쓰일 경우 기기 내부 공간을 효율적으로 쓸 수 있게 해준다. 사각형 형태의 배터리를 둥 그런 형태의 손목시계형 웨어러블 기기(스마 트워치)에 쓸 경우 활용하지 못하게 되는 공 간이 생기는데, 헥사곤 배터리 같은 다각형 배터리를 사용할 경우 그 공간에 배터리를 채 워 넣을 수 있기 때문이다. LG화학은 같은 공간을 사용한다고 가정하면 기존 배터리보다 25% 이상 전지 용량이 늘어 나게 됐다 며 스마트워치에 탑재하면 사용 가능 시간을 최대 4시간 늘릴 수 있다 고 설 명했다. LG화학은 이 제품을 올해 스마트워 치 제조업체에 납품할 예정이다. 기존 배터리 제품들은 안정적으로 전기를 얻 을 수 있는 사각형 형태를 유지해왔다. 리튬 이온배터리는 산화 환원 반응을 통해 전자 가 이동하는 양극재와 음극재를 분리막으로 나눈 뒤 그 안에 전해질을 채워넣는 구조다. 배터리를 구성하는 각각의 소형 셀(cell 전 지 역할을 하는 단위 부품)을 효율적으로 배 치하기 적합한 형태가 얇은 사각형 판이다. 다각형의 경우 셀을 배치하고, 가공하기 까다 롭다는 난점이 있다. 이 때문에 웨어러블 기 기 발전의 가장 큰 과제 가운데 하나로 자유 롭게 형태를 만들 수 있고, 용량이 늘어난 배 터리 개발이 꼽혀왔다. LG화학은 양극재, 음극재, 분리막을 층층히 쌓아서 접은 뒤 전해질을 주입하는 스택앤폴 딩(Stack and Folding) 기술을 개발해 디자 인 자유도, 에너지 밀도, 안정성 등을 확보했 다 고 설명했다. LG화학은 이 기술을 이용해 L 자형, ㅁ 자형 등의 배터리도 내놓을 계획 44 ceramic korea

45 Ceramic & Advanced Material News 이다. LG화학은 스마트폰과 노트북 등 IT제 품에서 현재 비어있는 내부 공간에 배터리를 채워 넣으면 같은 크기의 제품이어도 20% 이 상 전력 용량을 늘릴 수 있다 고 설명했다. 포스텍, 차세대 나노선 태양전지 개발 제 2 회 파인세라믹스산업계 인적교류회 파인세라믹스산업계 및 유관기관간의 실질적인 인적정보교류협력체제 구축 다양한 의견 교환을 통한 상생협력방안과 회원간의 친목교류 강화 Ⅰ. 행사개요 포스텍 연구팀이 기존에 상용화된 평판 태양 전지보다 효율을 2배 이상 늘린 차세대 비대 칭형 수직 실리콘 나노선(Nanowire) 태양전 지 기술 개발에 성공했다. 일 정 : (수) 12:00~19:30 *1박2일 일정별도 장 소 : 대호단양CC 주 최 : (사)한국파인세라믹스협회 후 원 : (주)월간세라믹스, 대경파인세라믹협의회, 전남세라믹협의회, 강릉세라믹협의회 등(예정포함) 참석인원 : 50여 명(12팀) Ⅱ. 세부 추진 내용일정 포스텍 창의IT융합공학과 백창기 임태욱 교수, 미래IT융합연구원 김기현 박사 연구 팀은 네이처 자매지인 사이언티픽 리포트 (Scientific Report) 를 통해 상용 평판 태양 전지보다 최대 2.7배, 기존 나노선 태양전지 보다는 최대 1.4배 효율을 끌어 올린 비대칭 형 수직 실리콘 나노선 태양전지 기술을 발표 했다. 수직으로 정렬된 나노선을 이용한 고효율 태 양전지 개발에 학계의 관심이 모이는 것은 양 자효과로 인해 빛의 전력 변환효율이 높아지 1. 친목 골프대회 : 12:00~18:00(참가자단체 중식시간 11:00-12:00) 참가인원 : 12개팀(약 50여 명) 참 가 비 : 100,000원(그린피+카트비 포함 *캐디피, 그늘집 별도) 경기방식 : 아마추어골프대회 규정(신페리어방식) 2. 만찬 및 교류회 : 18:00~20:00 3. 참가신청 : (월)까지 *선착순 접수 성 명 소 속 직 위 연락처 (H/P) 참가 내용(선택) 1일 1박2일 핸디 기 때문이다. 나노선은 수십~수백nm(나노미 터, 10억분의 1m) 굵기를 가지며 반도체 물 질로 이뤄진 머리카락 형태의 나노 구조체를 말한다. 나노선의 이러한 가느다란 구조 특성 때문에 빛의 흡수 효율을 일정 수준 이상 높이 는 것이 쉽지 않았다. 1박2일 참가일 경우 다음날 오전 18홀 라운딩 : 100,000원 추가납부(그린피+카트비+숙박+조식) 4. 참가비 납부 안내 계좌번호 : 신협 예금주 : 대호아이알(대호단양CC계좌) 5. 접수처 및 문의처 : 한국파인세라믹스협회(담당 유성근 전무이사) 전화 , 전송 , H/P August

46 Ceramic & Advanced Material News 포스텍 연구팀은 기존 나노선의 효율을 한층 더 높이는 방법에 집중해 나노선의 상단부 직 경을 넓게 하고 하단부 직경을 좁게 만드는 비 대칭 구조로 설계하면 반사율이 높아져 태양 전지가 빛을 흡수하는 양을 극대화할 수 있다 는 사실을 밝혀냈다. 개발된 기술은 국내 실리콘 반도체 공정 기술 인 하향식(Top-down) 공법을 그대로 적용 할 수 있어 제작 단가를 낮추면서도 대량 생 산이 가능하다는 점이 높이 평가되고 있다. 백창기 교수는 경제적이면서 효율도 높은 태 양전지를 대량생산할 수 있는 기반이 마련돼 향후 태양전지 산업에 다각도로 활용할 수 있 을 것 연구 활용 가능성을 밝혔다. 연구팀은 나노선 태양전지 기술 확보 과정 에서 수직 나노선 어레이 제작기술에 대 한 다양한 원천특허(국내등록 4건, 국제출 원 9건)를 보유하게 돼, 하향식 나노선 기 술을 기반으로 한 저가 차세대 실리콘 열전 소자(Thermoelectric device) 및 광소자 (Photo-detector device) 기술 연구의 기반 을 마련했다. 백색 흑연에 삼각형 구멍 뚫리는 장면 관찰 성공 이종훈 UNIST 신소재공학부 교수팀이 홍석 륜 세종대 교수팀과 공동으로 질화붕소에 전 자빔을 쏘아 삼각형으로 결함이 생기는 장면 을 실시간으로 관찰하는 데 성공했다. 연구진은 백색 흑연 으로 불리는 질화붕소 (hbn)에서 삼각형으로 구멍이 생기는 과정 을 포착했다. 이는 두 원소가 결합된 이차원 재료에서 결함이 만들어지는 과정을 처음부 터 끝까지 파악한 최초의 연구다. 이차원 재 료는 흑연이나 그래핀처럼 얇은 막 구조로 이 뤄진 물질을 말한다. 질화붕소는 질소(Nitride)와 붕소(Boron)가 결합된 물질로 흑연과 구조가 비슷해 백색 흑연 으로도 불린다. 그래핀과 정반대로 전기 절연성이 뛰어나 부도체 소재로 활용 가능성 이 높은 차세대 소자로, 연구에서 원자 한 층 에서 결함이 생기는 과정까지 규명해 주목받 았다. 연구진은 원자분해능 투과전자현미경(TEM) 안에서 원자들을 추적해 결함 형성 장면을 얻 었다. 또 투과전자현미경으로 관찰한 내용을 계산물리학으로도 확증했다. 물리학과 재료 과학의 융합수준을 진일보시켰다는 평이다. 질화붕소는 고분해능 투과전자현미경 안에 서도 원자 수준으로 관찰하기 어려운 소재였 다. 연구진은 질화붕소의 변화 과정을 연속 촬영해 원자 수준의 관찰을 시도했다. 과정에 는 UNIST 연구지원본부에 있는 어드밴스드 투과전자현미경(Advanced TEM)이 활용됐 다. 관찰 결과를 계산과학으로도 해석해 원자 하나의 움직임까지 추적할 수 있었다. 이차원 재료에서 원자가 손상되면서 구조에 구멍이 생기는 전체 과정을 밝혀낸 것이다. 류경희 UNIST 신소재공학부 석박사통합과정 연구원은 이차원 재료에서 결함이 생기면 원 자가 떨어져 나갈 뿐 아니라 재결합되는 현상 이 발생한다는 걸 알아냈다 며 원자 하나가 아닌 여러 개의 원자가 함께 떨어져 나가며, 붕소와 질소 원자들이 단원자 사슬을 만들면 서 떨어진다는 것을 처음 확인했다 고 설명했 다. 이종훈 교수는 이차원 재료에서 원자 수 준에 결함이 생기는 과정을 밝히고 새로운 물 리 현상을 규명했다는 데 의미가 있다 며 이 번 연구는 앞으로 이차원 신소재 개발에 기반 이 될 것 이라고 기대했다. 이 내용이 담긴 논문은 영국왕립화학회(Royal Society of Chemistry)에서 발간하는 저 널인 나노스케일(Nanoscale) 6월 28일자 표지 논문으로 선정됐다. 46 ceramic korea

47 해외 산업시찰 참가안내 (사)한국파인세라믹스협회에서는 첨단세라믹산업의 활성화와 신규 수요시장 창출 등을 위한 해외 마케팅사업을 매년 실시하고 있습니다. 그 일환으로 독일 뮌헨 Ceramitec 전시회 와 일본 동경 국제세라믹종합전 에 2015년도 하반기 해외 산업시찰로 추진하오니 관심 있는 분의 많은 참여를 바랍니다. 1. 독일 뮌헨 Ceramitec 2015 전시회 참관 안내 뮌헨 세라믹전시회는 1979년부터 독일 뭔헨에서 3년마다 개최되는 세계 최대 규모의 세라믹박람회입니다. 신규 바이어 및 아이템 창출, 유럽 시장의 연구개발 동향 파악 등 새로운 해외시장 진출을 위한 여건을 마련하고자 해외산업시찰단을 모집합니다. 1) 전시회명 독일 뭔헨 Ceramitec 2015( 2) 참가기간 (월) ~ 10.26(월) 6박8일 3) 장 소 독일 뭔헨 외 4) 참관내용 Ceramitec 2015전시회 참관 외 [ 전시품목 ] 파인세라믹 생산기술 및 설비/세라믹 및 파인세라믹 원료와 원료 가공기술/ 첨단 및 파인세라믹 제품, 부품 소재/타일 및 위생도기 생산기술 및 설비/ 생활도자기 생산기술 및 설비/세라믹 산업의 신기술, 특허제품 등 5) 신청기간 (금)까지 2. 일본 동경 국제세라믹종합전 전시회 참관 안내(예정) 국제세라믹스종합전은 2년마다 개최되는 첨단세라믹스관련 종합전시회이며 세라믹원재료, 세라믹제조장치시스템, 세라믹응용분야와 소재제품(전기정보통신, 에너지, 환경, 수송/ 항공우주, 주택/건축, 제조산업, 의료/생활용품) 등이 전시되며, 특히 금년도에는 유리분야가 포함한 전시회로서 전시회 기간 중 센서종합전, 종합시험기기전, 측정계측전과 자동차기술 세션이 신설기획으로 동시에 개최합니다. 1) 전시회명 세라믹&글라스 기술전 2015 ( 2) 참가기간 (화) ~ 9.18(금) 3박4일 3) 장 소 일본 교토, 나고야, 동경지역 4) 참관내용 - 전시회 참관(세라믹스&글라스 기술전 2015) - 공장견학(교세라 전시장 및 파인세라믹스공장) - 연구기관(일본파인세라믹스센터(JFCC), 산업기술종합연구소(AIST) 등) 5) 신청기간 (금)까지 3. 문의처 한국파인세라믹스협회( ) * 자세한 사항은 협회 참조 August

48 Special 전략산업 핵심소재 탄화물 기술 개발 동향 및 산업 전망(1) 사고저항성 핵연료 피복관용 SiC 복합체 연구개발 현황 김 원 주_ 한국원자력연구원 원자력소재개발부 책임연구원 1. 서 론 관으로 적용하여 핵연료의 성능 및 사고 안전성을 크게 향상시키고자 하는 시도도 활발하게 이루어 탄화규소(SiC)계 세라믹스는 열적, 기계적, 화학적 지고 있다 [1]. 그림 1은 SiC 복합체의 적용이 고려되 안정성이 우수하며 중성자 조사에 의한 유도 방사 고 있는 원자로 노형 및 부품의 예를 요약하여 나타 능이 매우 낮기 때문에 고효율 에너지 산업, 우주 낸 것이다. 본 고에서는 SiC 세라믹 복합체를 경수로 항공, 국방 산업뿐만 아니라 원자력 산업 등에도 의 핵연료 피복관으로 적용하기 위한 주요 재료관 두루 활용될 수 있는 소재로 그 파급력이 매우 큰 련 이슈 및 연구현황을 소개하고자 한다. 소재라고 할 수 있다. 원자력 산업 분야에서 C 또 는 SiC 계의 복합체 소재는 현재까지 주로 핵융합 로의 블랭킷 구조물, diverter plate, flow channel insert(fci) 등의 응용을 위해 많은 연구가 이루어 져 왔다. 최근 들어 제 4세대 원자로에 대한 세계적 인 관심이 증대되면서 핵융합로 구조재로의 적용 을 위한 기존의 연구성과를 활용하여 C/C 및 SiC/ SiC 복합체 소재를 초고온가스로의 제어봉 부품과 노내 구조물 부품으로 적용하기 위해 연구가 이루 어지고 있으며 일부 가스냉각 고속로 개념의 경우 그림 1. SiC 복합체의 차세대 원자로 적용부품 핵연료 피복관이나 구조부품으로 활용하고자 시도 하고 있다. 뿐만 아니라 소듐냉각 고속로 및 초장주 기 원자로의 핵연료 피복관 및 노내 구조물로 적용 2. 사고저항성 핵연료 피복관 개념 및 요건 하기 위한 타당성 연구도 이루어지고 있으며 용융 염냉각 고온로(LS-AHTR)의 핵연료 피복관 적용을 기존의 경수로 핵연료 관련 연구는 연소도 제고나 위한 타당성 분석도 이루어진 바 있다. 또한 최근에 출력 증강을 통해 경제성을 향상시키는 방향에 중 는 SiC 복합체를 경수로의 핵연료 피복관이나 안내 점을 두고 진행되어 왔으나 후쿠시마 사고 이후에는 48 ceramic korea

49 중대사고 조건에서도 안전성을 유지할 수 있는 사고 드 피복관, 기존의 Zr 튜브 표면에 세라믹/금속 코 저항성 핵연료(Accident Tolerant Fuel, ATF)의 개 팅을 적용하는 코팅 개념, F/M 합금으로 Zr을 대체 발을 통해 경수로의 안전성을 획기적으로 향상시키 하는 개념, 내외부 Zr 튜브 중간에 Mo과 같은 내열 는 방향으로 패러다임의 변화를 가져오고 있다. 현 합금을 삽입하는 개념 등 다양한 개념이 제안되고 재 사용되고 있는 Zr 합금 피복관은 정상 운전 시에 있다. 이러한 사고저항성 피복관 개념들은 각각 장 는 매우 우수한 성능을 발휘하지만 냉각재가 상실 단점을 갖고 있는데, 예를 들어 SiC 복합체 피복관 되는 중대사고 조건에서는 다음과 같은 고온수증기 의 경우 우수한 고온강도, 고온수증기에 대한 내산 와의 반응에 취약한 단점을 갖는다. 화성 등 중대사고 상황에서 우수한 성능을 가질 것 으로 예측되지만 미세균열이 쉽게 발생할 수 있어 Zr + 2H2O ZrO2 + 2H2 + 열에너지(5.8 MJ/kg) 가스기밀성의 확보 측면에서는 약점을 가지고 있다. 원자로가 정상적으로 정지되더라도 냉각수의 순 환이 지속적으로 이루어지지 않으면 핵연료의 잠열 3. SiC 복합체 피복관 연구개발 현황 에 의해 핵연료의 온도는 지속적으로 증가하며 Zr 합금과 고온수증기의 반응에 의해 피복관의 산화 SiC 복합체 피복관은 기술적 난이도는 높으나 탁월 와 추가적인 온도 상승을 유발한다. 이 반응은 강한 한 고온특성, 고온수증기에 대한 산화저항성을 가 발열반응으로 1200 이상에서는 피복관의 급격한 지고 있어 사고저항성의 관점에서는 가장 우수한 온도 상승을 가져오고 핵연료의 파손과 함께 다량 성능을 나타낼 것으로 기대되고 있다. 냉각재 상실 의 수소를 발생시키게 된다. 과 같은 중대사고 상황에서 Zr 및 SiC 피복관의 온 사고저항성 핵연료는 기존의 UO2-Zircaloy 시스 도변화, 산화에 의한 발열량, 폭발성 가스의 발생량 템과 비교하여 정상운전 상태에서 동등 이상의 성 을 비교, 예측한 바 있다 [2]. Zr 피복관은 냉각재 상 능을 유지하는 동시에 위와 같은 냉각재 상실사고 실 145분 후 피복관의 파손이 일어나지만 SiC 피복 와 같은 중대사고 상황에서도 건전성을 유지할 수 관은 최대 피복관 온도가 1830K로서 피복관의 건 있는 핵연료로 정의된다. 이를 위해 사고저항성 핵 전성을 유지하는 것으로 예측되고 있다. 또한 고온 연료는 냉각재 상실로 인한 고온 환경에서도 향상 수증기와의 산화에 의한 발열량은 Zr 피복관 대비 된 구조적 건전성을 보유함으로써 사고 대응시간을 100배 이하이며 폭발성 가스의 발생량도 수십~수 증가시키고 고온 수증기와의 반응에 대한 산화 저 백 배 이하로 매우 우수한 사고저항성을 갖는 것으 항성이 향상되어 수소 발생량을 현저히 저감시킬 로 계산된다. 수 있어야 한다. 세라믹 복합체를 경수로 핵연료 피복관으로 활용 이와 같은 사고저항성 핵연료의 개발을 위해 미 하기 위한 연구는 1999년 미국에서 처음 제안되었 국, 일본, 유럽, 중국 등에서는 다양한 개념의 사고 으며 당시에는 알루미나 섬유로 강화된 뮬라이트 저항성 핵연료 피복관 개발을 위한 연구 프로그램 계 기지상의 세라믹 복합체를 대상으로 하였다. 그 을 수행 중이다. 미국의 경우 2022년까지 시험 연료 러나 알루미나계의 복합체는 가스 기밀성의 문제와 봉 준비를 완료한다는 매우 도전적인 계획을 수립 중성자 조사특성이 취약한 문제가 있어 연구가 중 하고 연구개발을 진행하고 있다. 사고저항성 핵연료 단되었다. 이후 sintered α-sic 튜브와 외벽에 SiC 피복관의 개발을 위해 피복관 전체가 SiC로 구성된 복합체를 형성시킨 이중관 형태에 대한 연구를 진 SiC 복합체 피복관, 내층은 Zr 합금 튜브로 이루어 행하였으나 sintered SiC는 역시 중성자 조사에 의 지고 외층을 SiC 복합체로 보강한 Zr+SiC 하이브리 한 기계적 특성 감소의 문제가 있어 더 이상 연구 August

50 전략산업 핵심소재 탄화물 기술 개발 동향 및 산업 전망(1) 가 이루어지지 않았다. 이러한 문제로 인해 그림 2 용에 적절한 금속소재의 선정과 복합체층과의 양립 와 같은 3층 구조의 SiC 복합체 피복관 개념이 제안 성에 대한 검토가 요구된다. 되었다. 삼중층 SiC 복합체는 핵분열가스 기밀성 SiC 복합체의 경수로 피복관 적용에는 핵연료 설 및 내조사 특성을 위해 화학기상증착법(CVD)으로 계, 열수력, 기계구조 등 매우 다양한 분야에서 기 제조한 고밀도의 SiC monolith 튜브와 인성 부여를 존 피복관과 차별되는 이슈들이 존재할 것으로 여 위해 SiC 복합체로 이루어진 중간층, 부식저항성 향 겨진다. 다음 절에서는 경수로 피복관용 SiC 복합체 상을 위한 CVD SiC 내환경층 등으로 이루어진 3개 기술개발과 관련된 기술현안에 대해 요약하였다. [1] 층으로 구성된 개념이다. 4. SiC 복합체 피복관 주요 기술현안 SiC는 기존의 Zr 합금 피복관에 비해 중성자 흡수 단면적이 약 20% 가량 작기 때문에 중성자 경제성 측면에서 장점이 있으며, 고온 특성이 우수하여 크 립의 문제가 없으며 보다 고온에서 운전이 가능하 그림 2. 삼중층 SiC 복합체 피복관의 구조 고 핵연료의 연소도 제고 효과 등을 기대할 수 있 다. 또한 우수한 내산화성으로 중대사고 시 수소발 후쿠시마 사고 이후 미국에서는 SiC 복합체 피복 생 저감을 통해 핵연료의 안전성을 크게 향상시킬 관 개발에 본격 착수하였으며 다수의 국립연구소, 수 있을 것으로 여겨지고 있다. 이와 같은 우수한 대학, 산업체 등이 참여하여 연구개발이 이루어지고 특성으로 인해 SiC 복합체는 기존의 Zr 합금 피복 있다. SiC 복합체는 핵연료 피복관 뿐만 아니라 노내 관을 대체할 수 있는 유력한 소재로 기대되고 있다. 구조부품으로 활용하기 위한 연구도 이루어지고 있 CVI 방법으로 제조된 SiC/SiC 복합체는 기공의 는데 단층으로 구성된 SiC 복합체를 비등형 경수로 잔류로 인해 충분한 가스기밀성을 갖지 못하기 때 의 핵연료 channel box로 적용하기 위한 연구도 이 문에 핵연료 피복관으로 적용하기 위해서는 그림 2 루어지고 있다. SiC 복합체 핵연료 피복관 관련 연 에 나타낸 것과 같은 다층 구조로 제조될 필요가 구는 미국뿐만 아니라 일본, 프랑스 등에서도 이루 있다. 가장 안쪽 층은 핵분열 생성물을 담지하기 위 어지고 있다. 일본에서는 INSPIRE 및 SCARLET 프 해 고밀도의 CVD SiC 층으로 이루어지고 기계적 로그램을 통해 2012년부터 경수로용 SiC 복합체 피 특성의 향상과 취성파괴 방지를 위해 SiC/SiC 복 복관 개발에 착수하였는데 NITE 공정이라고 불리 합체로 CVD SiC 층을 감싸게 된다. 가장 외곽층은 는 고온가압소결 공정을 통해 복합체의 기지상을 제 내부식 특성 향상을 위해 다시 CVD SiC 층이 코 조하는 개념이다. 고온가압소결 공정에서는 소결조 팅된 구조를 갖는다. 기존의 원자력 분야 적용을 위 제의 첨가로 인한 중성자 조사 특성과 잔류 입계상 한 SiC 관련 연구는 핵융합로, 초고온가스로와 같 의 부식거동에 대한 검토가 필요하다. 프랑스에서는 은 고온형 원자로에 주로 집중되어 왔기 때문에 경 소듐냉각 및 가스냉각 고속로용 핵연료 피복관 적용 수로 환경에서의 SiC 세라믹스의 특성 및 성능 데 을 목적으로 SiC 복합체 튜브 중간에 Nb, Ta 등의 이터는 많이 부족한 실정이다. SiC 복합체를 경수 내열금속 라이너를 삽입하는 샌드위치 구조의 복합 로용 핵연료 피복관으로 적용하기 위해서는 핵연 체 피복관을 개발하고 있는데 경수로 피복관으로의 료 및 시스템 설계 관점, 열수력 관련 등 매우 다양 활용도 함께 고려하고 있다. 이 경우 내열금속의 매 한 분야에서의 연구 및 검증이 필요할 것으로 예상 우 큰 중성자 흡수단면적이 문제가 되며 경수로 응 되지만 여기서는 재료 관점에서 우선 고려되어야할 50 ceramic korea

51 사항들을 소개하고자 하였다. 통해 SiO2 피막이 수중으로 용해되거나 SiO2의 형 성 대신 Si(OH)4 gel이 형성된 후 용해되기 때문인 가. 부식 및 고온산화 것으로 알려져 있다. SiC 세라믹스는 공기 중에서 산화를 통해 표면에 SiO2 부동태 피막을 형성하게 되며 SiO2를 통한 산 SiO2 + H2O H2SiO3- + H+ SiO H+ 소의 확산이 매우 느리기 때문에 일반적으로 매우 Si(OH)4 H3SiO4- + H+ H2SiO H+ 우수한 내부식성(내산화성) 및 내화학성을 갖는 것 으로 알려져 있다. 그러나 SiC의 내부식성은 제조 그러나 최근의 연구에 따르면 경수로 수화학 환경 공정 및 환경조건에 따라 크게 영향을 받는데 예를 에서 용존수소를 주입할 경우 CVD SiC의 내부식 들어 고온, 고압수 분위기나 수증기가 존재하는 환 특성이 매우 우수한 것으로 밝혀졌다 [4]. 반면 방사 경에서는 SiO2 피막의 안정성이 저해됨으로써 내부 선 조사가 존재하는 실제 경수로 환경에서는 물의 식성의 감소가 일어나게 된다. 방사선 분해와 소재의 손상으로 인해 부식이 가속 그림 3은 SiC의 제조공정에 따른 고온, 고압수 분 될 수 있으므로 이에 대한 검증이 필요하다. SiC의 위기에서의 내부식성의 차이에 대한 예를 나타낸 부식에 관한 kinetics는 연소도 증진, 경제성, 사용 것이다. Free Si이 다량 존재하는 Reaction-bonded 수명 등에 영향을 미치는 중요한 요소이기 때문에 SiC의 경우(그림 3의 a) free Si이 심하게 부식되어 이에 대한 검증이 선행될 필요가 있다. 또한 미세원 가장 나쁜 내부식 특성을 갖는다. B 및 C이 소결조 소 첨가, 미세구조 제어 등을 통한 SiC의 내부식 특 제로 첨가된 sintered SiC는(그림 3의 b) 소결조제 성 향상을 위한 연구도 병행될 필요가 있을 것이다. 의 입계 편석에 따라 입계 부위에서의 선택적인 부 고온의 수증기가 존재하는 환경에서 Zr 합금을 식이 관찰되고 있으며 부식이 진행됨에 따라 SiC 입 비롯한 차세대 피복관 후보 소재들에 대한 산화 저 자가 떨어져 나가는 현상이 나타난다. 반면, 고순도 항성을 평가하는 연구도 활발히 이루어지고 있는데 의 CVD SiC는(그림 3의 c) 가장 우수한 내부식성 1200 에서 CVD SiC는 Zr 합금에 비해 수백배 낮 을 나타내었지만 이 경우도 입계의 선택적인 부식 은 산화율을 보여 매우 우수한 산화 저항성을 나타 현상이 관찰된다. 내는 것으로 보고된 바 있다. 그러나 중대사고 조건 고온, 고압수에서 SiC의 부식은 다음의 반응식을 에서 SiC 복합체 피복관의 성능을 입증하기 위해서 는 고온 수증기 산화 후 기계적 특성의 변화, 핵분 열 생성물의 담지 특성, 열충격 특성 등에 대한 다 양한 평가가 필요할 것으로 여겨진다. 나. SiC 접합 SiC는 용접이 불가능하기 때문에 봉단마개 접합 을 위한 기술개발이 요구된다. 현재까지 원자력 분 야로의 적용을 위한 SiC의 접합은 주로 핵융합 로 적용을 위한 연구개발이 이루어져왔다. 원자력 분야의 응용을 위해 고려되고 있는 접합 방법들 은 diffusion bonding, transient eutectic phase joining, solid-state displacement reactions, glass-ceramic joining, preceramic polymer 그림 3. 고온,고압수에서 SiC 세라믹스의 부식 현상[3] route, laser joining, selective area CVD 등을 들 August

52 전략산업 핵심소재 탄화물 기술 개발 동향 및 산업 전망(1) 표 1. 원자력용 SiC 접합공정 [5] Method Process temp. Pressure needed Typical strength Radiation performance On-going/ recent R&D Metal diffusion bonding ~1400 yes >~150MPa shear Expectedly good NASA, Bettis, EU fusion Transient eutectic phase joining ~1800 yes/no ~200MPa shear Expectedly good Kyoto U., Dresden, etc. Glass-ceramic joining ~1400 no ~100MPa shear Positive results POLITO Brazing various no various unknown Snecma, ENEA, etc. SiC reaction bonding ~1450 yes/no ~200MPa shear Expectedly unstable NASA MAX phase reaction bonding ~1425 yes >50MPa shear unknown PNNL Preceramic polymer joining >~1100 yes 10 s MPa shear Expectedly unstable PNNL, etc. Transient liquid metal joining very high yes/no N/A unknown POLITO, EWI Selective area CVD ~1200 no N/A Expectedly good U. Conn., etc. 수 있다. 표 1은 다양한 SiC 접합방법에 대한 공정조 건 및 주요 특성을 요약한 것이다 [5]. 400 이하의 조사온도에서의 조사 후 강도 변화 에 대한 데이터는 충분치 않지만 300, 6 dpa까지 핵융합로나 고온형 원자로의 적용을 위한 접합공 는 강도 변화가 거의 없는 것으로 보고된 바 있다. 정에 대한 연구는 다양하게 이루어지고 있으나 아 그러나 삼중층 구조를 갖는 SiC 복합체 피복관의 직까지 경수로 환경에 적합한 SiC 복합체 피복관용 경우에는 층간의 조사에 의한 부피변화 정도에 차 접합 방법은 검증된 바가 없다. MITR-II 연구로를 이가 있어 이로 인한 응력 발생의 소지가 있으며 경 이용한 조사시험에서는 solid-state displacement 수로 환경에서는 물분자의 radiolysis에 의해 SiC의 reaction, Ti foil을 이용한 diffusion bonding, 부식속도가 가속화될 수 있다. CaO-Al2O3 glass-ceramic joining 방법을 이용한 실제로, SiC 복합체 튜브에 대한 MITR-II 조사 시 SiC 단미소재에 대한 접합부의 건전성을 평가하였 험에서는 1 dpa 이하의 중성자 조사량에서도 튜 는데 TiC와 Si를 접합소재로 사용한 접합부 중 일부 브의 기계적 특성 감소가 보고된 바 있다 [7]. 중성 만이 기본 특성을 유지하는 것으로 보고된 바 있다. 자 조사는 SiC 복합체의 부피 팽창을 가져오는데 SiC 복합체 피복관용 봉단마개 접합부는 내부식성, 부피팽창의 정도는 의 point-defect 내조사성 뿐만 아니라 봉단마개 접합공정에 손쉽 swelling region에서는 조사온도의 증가에 따라 거 게 적용 가능하여야 한다. 봉단마개의 형상과 접합 의 선형적으로 감소한다 [8]. 또한 부피변화는 1 dpa 공정의 요구조건을 고려할 때 laser joining 과 같이 이하에서 빠르게 포화되며 이후에는 조사량이 증가 고온 또는 고압의 공정조건이 요구되지 않는 방법 하여도 1000 이하의 조사온도에서는 일정한 값 에 대한 우선적인 검토가 필요하며 이의 적용을 위 을 유지한다. SiC/SiC 복합체와 CVD SiC의 부피변 해서는 적절한 filler 소재의 선정이 관건이 될 것으 화는 300 에서 약 1.4%와 2%로서 약간의 차이가 로 판단된다. 있다. 따라서 CVD SiC 층과 SiC 복합체층 간의 부 피변화의 차이는 층간의 박리를 유발할 수 있기 때 다. 중성자 조사 특성 문에 충분한 검토가 필요한 사항이다. SiC/SiC 복합체의 기계적 특성에 대한 중성자 조사 안정성은 의 조사온도 범위에서 충분 라. 열전도도 히 입증되고 있다. 고순도의 CVD SiC는 상온에서의 열전도도가 300 [6] 52 ceramic korea

53 W/m K 이상으로 매우 높은 값을 갖지만 SiC/SiC 도의 편차가 작음을 의미한다. CVD SiC 단미 소재 복합체는 SiC 섬유의 상대적으로 낮은 열전도도, 의 경우 파괴강도의 Weibull 계수는 6-10로 알려져 기공의 존재, 열분해 탄소로 이루어진 계면상의 낮 있으며 단미 소재에 비해 신뢰성이 높은 SiC/SiC 복 은 열전도도 등으로 인해 CVD SiC에 비해 낮은 열 합체는 20 이상의 값을 갖는 것으로 보고되고 있다. 전도도를 갖게 된다. Tyranno SA3와 Hi-Nicalon 반면, SiC 복합체의 SiC 기지상에 미세균열을 야 Type S 섬유로 강화된 SiC/SiC 복합체의 열전도도 기하는 응력 값은 복합체의 인장응력( 는 각각 25 W/m K와 10 W/m K 정도의 값을 갖는 MPa)에 비해 현저히 낮은 값을(< 100 MPa) 가지며 다. 또한 SiC/SiC 복합체의 열전도도는 중성자 조사 응력 값의 편차도 매우 크다. SiC 기지상의 미세균 에 의해 감소되며 감소폭은 조사온도의 증가에 따 열 형성은 저장된 에너지의 전파에 의해 내부 기밀 라 줄어들게 된다. 경수로 환경에서 SiC 복합체 튜 층 및 내환경층으로까지 균열 진전을 야기할 수 있 브의 조사 후 열전도도는 3-5 W/mK 정도의 값을 어 냉각수 내로의 핵분열 생성물 유출을 일으킬 수 가질 것으로 예상된다. 있다. 위의 Weibull 통계식에 따르면 기지상의 미세 SiC 복합체 튜브의 낮은 열전도도는 핵연료 온도 균열 응력에 대한 scale parameter와 Weibull 계수 의 상승을 유발하여 안전 여유도의 감소를 가져올 를 각각 100과 8로 가정하였을 때 기지상의 미세균 수 있다. MIT에서는 FRAPCON 코드를 이용한 계 열 확률을 10-6 이하로 유지하기 위해서는 SiC 복합 산에서 SiC 복합체 피복관을 사용하였을 때 핵연료 체 튜브에 가해지는 응력을 약 20 MPa 이하의 낮은 의 평균온도가 Zr 힙금에 비해 약 280 더 높아질 값으로 제한할 필요가 있게 된다. 따라서 SiC 기지 것으로 예측하였으며 핵연료의 안전 여유도 확보를 상의 기계적 특성에 대한 신뢰성을 증진시킬 수 있 위해 annular pellet 형태의 핵연료를 제안한 바 있 는 방안을 모색하거나 다중 방호벽의 개념을 갖는 다 [7]. SiC 복합체 튜브의 낮은 열전도도로 인해 야 신개념 핵연료의 적용도 검토할 필요가 있다 [9]. 기될 수 있는 또 다른 문제는 튜브의 안쪽과 바깥 층 사이의 열팽창 차이와 부피변화 차이에 의한 이 바. 제조 및 비용 차 응력의 발생이다. SiC 복합체 튜브의 두께 방향 세계적으로 SiC/SiC 복합체를 제조하는 회사는 GE 온도차는 약 100 정도가 될 것으로 예상된다. 이 Energy, BF Goodrich, Hypertherm HTC, Snec- 러한 온도차에 의한 열응력과 부피변화 차이에 의 ma, Coorstek, Saint-Gobain 등의 여러 곳이 있으 한 이차 응력은 복합체 기지상에 미세균열을 유발 나 원자력급의 복합체를 제조할 수 있는 곳은 매우 시켜 핵분열 생성물 담지능력을 떨어뜨릴 수 있으며 제한적이다. 현재의 설비로서는 m 길이의 튜 복잡한 상호작용을 가질 것으로 예상된다. 브를 제조할 수 있는 것으로 알려져 있어 4m의 길 이를 갖는 경수로 핵연료 피복관 제조를 위해서는 마. 기계적 특성의 신뢰성 시설 투자가 필요한 상황이다. 또한 피복관에서 요 SiC 세라믹스와 같은 취성 재료의 강도는 확률적 구하는 치수정밀도나 직진성 등을 만족하기 위한 분포를 가지며 다음과 같은 Weibull 통계식을 통해 공정 개선도 필요하다. 또한 원자력급의 SiC 섬유 해석된다. 는 10,000 $/kg 정도로 아직은 매우 고가이기 때문 에 대량 생산을 통한 섬유 단가의 감소가 필요하다. SiC 복합체 피복관의 높은 제조 단가에도 불구하고 이의 적용을 통한 연소도 및 출력 증진과 안전성 향 여기서, F는 부피가 V인 재료가 σ의 응력에서 파 상 등을 고려하면 충분한 경제적 이득이 있을 것으 괴될 확률, σu는 파괴확률이 0인 임계응력, σ0는 로 예상하는 경우도 있으나 위에서 열거한 여러 이 scale parameter, m은 Weibull 계수로서 클수록 강 슈들을 고려한 보다 면밀한 경제성 분석이 필요할 August

54 전략산업 핵심소재 탄화물 기술 개발 동향 및 산업 전망(1) 것으로 여겨진다. 국내의 경우 세라믹 복합체 제조 참고문헌 를 위한 산업 인프라는 미국, 일본, 프랑스 등의 선 진국에 비해 매우 취약한 실정이다. 현재 원자력급 [1] K. Yueh, D. Carpenter, and H. Feinroth, Nucl. 의 SiC/SiC 복합체를 제조할 수 있는 국내의 산업체 Eng. Int., 55(2010) 14. 는 전무한 실정으로 국내의 연구개발 및 제조 인프 [2] K. Barrett, S. Bragg-Sitton, and D. Galicki, 라를 확충하는 것도 시급하다 할 수 있겠다. Advanced LWR Nuclear Fuel Cladding System Development Trade-off Study, INL/EXT , 결 론 [3] W.-J. Kim, H. S. Hwang, J. Y. Park, and W. -S. Ryu, J. Mater. Sci. Lett., 22(2003) 581. SiC 복합체의 경수로용 핵연료 피복관 적용을 위해 [4] D. Kim, H.-G. Lee, J. Y. Park, J.-Y. Park, 서는 아직은 검증되어야할 여러 현안들이 존재한 W.-J. Kim, Corros. Sci., in press, 다. SiC의 경수로 환경에서의 부식 거동에 대한 정 org/ /j.corsci 확한 이해는 초고연소도 달성 및 정상운전 조건에 [5] Y. Katoh, T. Hinoki, M. Ferraris, and C.H. 서의 성능 검증 관점에서 시급히 이루어져야할 사 Henager, Radiation Stability of Silicon Carbide 항이며 부식 저감을 위한 방안의 모색이 필요하다. Joints Made by Various Bonding Methods, 37th SiC 복합체 기지상의 미세균열 형성에 대한 신뢰도 International Conference & Exposition on 향상 및 핵분열 생성물 가스에 대한 기밀성 보증은 Advanced Ceramics & Composites, January 31, 큰 도전과제 중의 하나이며 소재 특성의 개선뿐만 아니라 핵연료 설계 관점에서의 접근도 필요할 것이 [6] Y. Katoh and L. L. Snead, Fus. Sci. Technol., 다. 봉단마개 접합부는 부식 저항성 및 모재와의 조 56(2009) 사거동 양립성을 갖추어야 하며 봉단마개의 형상과 [7] D. Carpenter, An Assessment of Silicon 공정절차를 고려한 접합방법의 선정이 요구된다. 경 Carbides as a Cladding Material for Light Water 수로 핵연료 피복관용 SiC 복합체는 여러 가지 기술 Reactors, Ph. D. Thesis, Massachusetts Institute of 적 난제에도 불구하고 성공적으로 적용이 이루어질 Technology, 경우 원자로의 경제성 및 사고 안전성을 획기적으 [8] L. L. Snead, Y. Katoh, and S. Connery, J. Nucl. 로 증대시킬 수 있는, 파급효과가 매우 큰 소재이다. Mater., (2007) 677. 또한 SiC 복합체는 초고온가스로의 노내 구조물 및 [9] W.-J. Kim, D. Kim, and J. Y. Park, Nucl. 열교환기 부품, 핵융합로 블랭킷 구조재, 고속증식 Eng. Technol., 45 [4](2013) 565. 로 핵연료 피복관 등 다양한 미래원자력시스템 및 부품에 적용될 수 있는 핵심 소재로서 이와 같은 다양한 활용성을 고려한 연구개발이 필요할 것이다. 뿐만 아니라 SiC 복합체는 고효율 에너지 관련 산 업, 국방, 우주항공 산업 등에서 요구하고 있는 초고 온 소재로 적용이 가능하기 때문에 고성능 핵연료 피복관 제조기술의 spin-off를 통해 이들 산업에서 요구되는 핵심기술을 확보하고 국가 전략소재의 해 외의존성을 극복하는데 기여할 수 있을 것으로 기 대된다. 54 ceramic korea 김원주 박사 - 서울대학교 공과대학 무기재료공학과 학사 - 한국과학기술원 재료공학과 석사 - 한국과학기술원 재료공학과 박사 - 한국원자력연구원 박사후 연수연구원 - 한국원자력연구원 선임연구원 - 현재 한국원자력연구원 책임연구원

55 Special 전략산업 핵심소재 탄화물 기술 개발 동향 및 산업 전망(1) 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체의 소결조제 기술 동향 윤 당 혁_ 영남대학교 신소재공학부 교수 카 티 라 주_ 영남대학교 신소재공학부 연구교수 다. 이러한 취성파괴의 단점을 보완하기 위하여 섬 1. 서 론 유강화를 활용한 복합체의 제조가 제안되었으며, 탄화규소(SiC)는 우수한 열적, 기계적, 화학적 특성 다양한 연구가 진행되어 오고 있다. 특히, 고온에서 으로 인하여 우주항공 및 고온 에너지 관련 부품 안정한 SiC 장섬유의 개발로 가능해진 탄화규소 섬 등과 같은 극한 환경에서의 활용이 가능하다.[1] 특 유강화 탄화규소 복합체(SiCf/SiC)는 SiC의 우수한 히, 중성자 조사조건 하에서의 상대적인 안정성 때 기계적, 화학적, 열적 특성의 유지와 함께 취성의 단 문에 차세대 원자로인 가스냉각 고속로(GFR), 용융 점을 보완하고 인성을 부여하는 것이 가능한 구조 염 원자로(MSR), 나트륨냉각 고속 원자로(SFR) 및 이기 때문에, 원자로의 구조재료에의 적용 등과 같 초고온 원자로(VHTR) 등 핵분열로의 부품 및 미래 이 SiC 기반 세라믹의 활용의 폭을 더욱 확대할 전 형 핵융합로의 블랭킷(blanket) 등으로의 활용이 망이다. 현재까지 개발된 상용 SiC 섬유는 몇 가지 기대되고 있다. 하지만, SiC는 Si와 C간 전체 결합 가 존재하지만, 이들 중 일본 Ube사가 상용화한 력의 88%에 해당하는 강한 공유결합력과 자체의 TyrannoTM SA 섬유는 C/Si의 비가 1.08로 화학양 낮은 고온 확산계수로 인하여 치밀화된 구조를 구 론에 근접하며, 산소가 없는 분위기에서는 2200 현하기 위해서는 2500 의 높은 온도와 50MPa의 까지 열적 안정성을 보유하여 가장 우수한 섬유로 압력 하에서의 열간가압소결(hot pressing)이 필요 알려져 있다.[5] 섬유강화 세라믹 복합체에 인성을 한 것으로 알려져 있다.[3,4] 따라서 소결온도와 압력 부여하기 위해서는 crack을 편향시키기 위한 섬유 을 낮추기 위하여 1970년대부터 소결조제를 사용 (fiber)와 기지상(matrix) 간에 약한 계면을 형성 하여 왔으며, 소결조제의 역할에 따라 고상 소결조 하는 것이 중요하며, 이를 위하여 SiC 섬유에 열분 제와 액상 소결조제로 구분이 된다. 하지만, 첨가한 해 탄소층(PyC)을 코팅하는 것이 일반적이다. SiCf/ 소결조제는 소결을 촉진시키는 반면에 SiC의 열적, SiC 복합체를 형성하기 위해서는 직조된 SiC 섬유 기계적 특성을 감소시키기 때문에 그 첨가량을 최 사이에 존재하는 기공을 SiC 기반 기지상으로 침착 소화하는 것이 바람직하다. 하여야 하며, 현재까지 시도된 주요 방법으로는 화 [2] SiC는 소결의 어려움 이외에도, 일반 세라믹 단미 학침착법(CVI: chemical vapor infiltration), 고분 체의 보편적인 약점인 취성파괴의 문제점이 존재한 자 함침 열분해법(PIP: polymer impregnation and August

56 전략산업 핵심소재 탄화물 기술 개발 동향 및 산업 전망(1) pyrolysis), 용융함침법(melt infiltration), NITE 으로는 가스압력소결법(gas pressure sintering) 법(nano-infiltrated transient eutectoid), 진공함 이 있는데, 이 방법은 개기공이 없어지고 폐기공 만 침법(vacuum infiltration) 및 전기영동법(elec- 이 존재할 때까지 진행하는 1차 소결 이후에 가스 trophoretic infiltration) 등이 있다.[6] 압을 인가하여 더욱 치밀화시키는 2차 소결을 진 고밀도 SiCf/SiC 복합체의 제조에 있어서 SiC 섬유 행함으로써 기공을 제거하는 방법이다.[9] 가스압력 의 손상을 최소화하기 위해서는 1800 이하의 온 소결법은 열간가압소결법에 비하여 다양한 형상의 도에서 소결하는 것이 바람직하기 때문에, 2000 소결이 가능한 장점을 보유하고 있지만, 복잡한 소 이상의 소결온도를 필요로 하는 고상 소결조제보다 결방법이 그 단점으로 지적된다. 고온등가압소결법 는 1800 내외의 온도에서 치밀화가 가능한 액상 (hot-isostatic sintering)은 유리나 금속용기에 밀 소결조제를 첨가하여 열간가압소결을 진행하는 것 봉한 소결체를 고온 가압 분위기에서 소결하는 방 이 일반적인 방법이다. 본 고에서는 현재까지 제안 법으로, 수 MPa의 압력을 이용하는 가스압력소결 된 SiC 소결법과 고상 및 액상 소결조제에 대한 설 법보다 높은 수 백 MPa의 가스압력을 이용하는 점 명을 하고자 한다. 특히, 다양한 금속 전형원소와 이 이 다르다.[10] 이외에도 수 GPa의 압력을 소결과정 들의 산화물 및 희토류 원소를 이용하여 효율적인 중에 이용하는 초고압소결법(ultra-high pressure SiC의 액상 소결조제를 선정하기 위한 열역학적 접 sintering), 전도성이 있는 몰드 내에 위치한 SiC에 근법과 실험결과를 소개하였다. 순간 전류 펄스를 인가함으로써 소결하는 방전플라 즈마소결법(spark plasma sintering)과 고온의 소 결과정 중에 전압을 인가함으로써 소결을 진행하는 플래시소결법(flash sintering)법 등이 있다. 하지만 2. 본론 위에서 언급한 모든 소결법을 사용함에 있어서 SiC 의 소결을 촉진하기 위해서는 소결조제의 사용이 1-1. SiC 소결법 필수적이므로, 효율적인 소결조제를 모색하기 위한 SiC는 고온재료로써의 활용가능성이 매우 높기 때 다양한 노력이 이루어졌다. 문에, 강한 공유결합력과 낮은 자체 확산계수로 인 한 난소결성을 해결하기 위한 다양한 소결방법이 1-2. 고상 및 액상 소결조제 제안되었다. 첫 번째가 무가압소결법(pressureless sintering)으로서, 소결과정 중에 압력을 가하지 않 대표적인 고상 소결조제로는 B와 C 그리고 이들의 기 때문에 성형된 어떠한 형상도 소결이 가능한 장 화합물인 B4C가 있으며, 이들 소결조제는 소결과 점이 있지만, 높은 밀도를 구현하기 위해서는 높은 정 중에 고상으로 존재하면서 SiC의 소결을 촉진하 소결온도와 압력, 그리고 많은 양의 소결조제를 첨 기 때문에 98% 이상의 밀도를 구현하기 위해서는 가하여야만 하는 문제점이 있다.[7] SiC의 소결에 가 2000 이상의 온도가 필요하다.[11] 또한 B와 C가 장 많이 활용되고 있는 열간가압소결법(hot press- 동시에 첨가된 경우에만 소결조제로서 역할을 하는 ing)은 소결과정 중에 상하방향으로 수십 MPa의 것으로 알려져 있다. Coble에 의하면 SiC의 고상소 압력을 인가함으로써 소결을 촉진하는 방법이지만, 결은 1) 입자간 결합이 일어나면서 입자성장이 나 일방향 압력의 인가 및 몰드의 사용으로 인하여 복 타나는 단계, 2) 폐기공이 입계간 교차하면서 수축 잡한 형상의 구현이 어려운 문제점이 있다. 열간가 을 보여주는 단계 및 3) 내부의 기공이 구형으로 고 압소결법을 적용하는 경우에 소결온도를 1650 립되어 사라지면서 밀도를 높여주는 3단계로 구성 까지 낮출 수 있음이 보고되었다. 또 다른 소결법 된다.[12] [8] 56 ceramic korea

57 한편, 1980년대 초반 Omori 등에 의하여 제안된 asic(s) + bm(s,l) cmxcy(s,l) + asi(s,l) (1) Y2O3와 Al2O3 는 고온 소결과정 중에 액상으로 변 asic(s) + bm(s,l) dmpsiq(s,l) + ac(s,l) (2) 화되어 SiC의 소결을 촉진하는 대표적인 액상 소결 asi(s,l) + ac(s) asic(s) (3) 조제이다.[13] 액상 소결조제는 SiC의 입계에 액상으 bm(s,l) + ac(s) cmxcy(s,l) (4) 로 존재함으로써 Si와 C의 확산을 촉진시키기 때문 bm(s,l) + asi(s) dmpsiq(s,l) (5) 에 1800 내외의 온도에서도 98% 이상의 소결밀 도를 구현하는 것이 가능하다. 액상소결법은 고상소 상기 반응식 (1)과(2)에 나타난 바와 같이 금속 결법에 비하여 낮은 온도에서 소결이 가능하기 때 (M)이 소결조제로 첨가되었을 때 SiC를 분해시킨 문에 산업계에서 널리 사용되고 있다. 첨가한 액상 다면, 각각 금속탄화물(MxCy)과 Si 또는 금속규화 소결조제에 의해서, 또는 소결조제와 SiC 표면에 필 물(MpSiq)과 C을 생성하게 됨으로써, SiC의 소결조 수적으로 존재하는 산화층인 SiO2간의 공융반응으 제로 사용할 수 없게 된다. 위의 반응식 (1)과 (2)는 로 인하여 액상이 형성된다. German에 의하면 액 각각 반응식 (4)-(3), (5)-(3)으로 표시할 수 있기 상 소결기능은, 1) 형성된 액상 내에서 SiC입자가 재 때문에, 이들의 자유에너지는 각각 G04- G03과 배열하는 단계, 2) 용액-재석출 현상에 의하여 SiC G05- G03으로 파악할 수 있다. 그림 1은 다양한 금 의 조대화가 일어나는 Ostwald 숙성 단계 및 3) 최 속원소의 금속탄화물과 규화물 형성에 대한 깁스 종적으로 매우 느린 고상소결이 일어나는 3단계로 자유에너지를 도표화한 것으로, 빗금친 영역은 일 구성이 된다. 하지만 액상 소결조제는 소결 후 반적인 액상 소결온도인 1700 ~ 1850 를 표시한 SiC의 입계에 유리질로 편석되어 고온에서 우선적 것이다.[15] 일반적으로 알려진 Al과 Mg 외에도, 중 으로 용융이 됨으로써 SiC의 고온특성을 저하시키 성자 조사조건 하에서 상대적을 안정하다고 알려진 기 때문에, 그 첨가량을 최소화할 필요가 있다. 효 금속인 Cr, Fe, Ta, Ti, V 및 W을 포함하였다. 그림 율적인 액상 소결조제로 사용되기 위해서는 첨가된 1에서 G03 위에 위치하는 화합물들은 SiC보다 안 소결조제가 1) 고온에서 SiC를 분해시키지 않으며, 정하지 않기 때문에 열역학적으로 생성이 어렵다는 2) 소결온도에서 액상을 형성하고, 3) 형성된 액상 것을 의미하며, 따라서 이들 금속들이 소결과정 중 이 SiC의 입계에 고르게 분포할 수 있도록 젖음성 에 SiC를 분해시키지 않게 되는데, 전형원소 중에는 이 좋을 것, 그리고 4) 고온 소결조건에서 액상의 기 Al과 Mg만이 이에 해당됨을 알 수 있다. 즉, 이외의 화를 최소화하기 위하여 낮은 증기압을 보여줄 필 모든 금속들은 소결과정 중에 SiC를 분해시켜 금속 요가 있다.[15] 탄화물 또는 규화물을 형성하기 때문에 SiC의 소결 [14] 조제로 사용이 어렵다. 거의 모든 금속 전형원소는 1-3. 금속 전형원소를 이용한 SiC 액상 소결조제 1850 까지의 증기압이 1기압보다 낮기 때문에 소 결조제의 휘발 문제는 크지 않음을 열역학적 계산 일반적인 금속 전형원소들은 SiCf/SiC의 소결온도 을 통하여 확인하였다.[15] 인 1700 ~ 1800 에서 용융되기 때문에 액상을 형 이러한 결과를 바탕으로 다양한 금속 전형원소를 성하지만, 고온 소결조건에서 첨가한 금속에 의한 SiC의 액상 소결조제로 첨가하여 소결한 결과, 그림 SiC 분해여부는 깁스 자유에너지를 바탕으로 하는 2의 (a)에 나타난 바와 같이 열역학적 시뮬레이션에 열역학적인 고찰이 필요하다. 아래의 화학반응식을 서 예상한 대로 Al과 Mg를 제외한 모든 원소는 금 바탕으로 하는 깁스 자유에너지 계산을 통하여 금 속 탄화물 또는 규화물을 형성함을 알 수 있다. 또 속원소들의 소결조건 하에서의 안정성을 파악할 수 한, 그림 2의 (b)에 나타난 바와 같이, Al과 Mg이외 있다. 의 금속원소들은 SiC의 소결밀도 증진에 크게 기여 [15] August

58 전략산업 핵심소재 탄화물 기술 개발 동향 및 산업 전망(1) 그림 1. 소결조제로 첨가된 금속 전형원소의 SiC와의 반응을 통한(a) 금속 탄화물 및 (b) 규화물 형성 여부를 파악할 수 있는 깁스 자유에너지 도표. 빗금 친 부분은 SiC의 액상소결 온도구간인 1700 ~ 1850.[15] 그림 2. (a) 다양한 금속원소를 소결조제로 사용한 경우의 XRD상 분석 결과 및 (b) 소결조제 첨가량에 따른 SiC 소결밀도 변화[15] 하지 않음을 1750, 20 MPa 하에서의 열간가압소 한 경우가 대부분이며, 특히 Al2O3, Y2O3 및 MgO 결을 통하여 확인하였다. 그림 2의 (b)에 점선으로 의 혼합물을 주로 사용하였다. 이외에도 Lu2O3 및 표시된 선은 소결조제를 첨가하지 않은 경우의 SiC Al2O3-Y2O3-CaO, Al2O3-Y2O3-SiO2 등의 혼합물 소결밀도이다. 과 Y-Mg-Si-Al-O-N 글래스 계열을 사용한 보고 도 있다. 소결조제인 산화물과 SiC가 고온 소결조 1-4. 금속산화물을 이용한 SiC 액상 소결조제 건에서 반응이 일어나는 경우에 SiC 분해 생성물 로 금속(M), 금속 탄화물(MxCy) 또는 금속 규화물 기존의 연구보고에 따르면 SiC의 액상소결에서 (MpSiq)을 생성하게 되며, 이를 아래의 화학반응식 는 금속보다는 금속산화물을 소결조제로 사용 (6) ~ (8)에 나타내었다.[16] 58 ceramic korea

59 SiC(s) + bmvow(s,l) 2/3SiO2(s,l) + 응을 표기한 (12)의 반응식에서 각각 반응식 (9), 2/ 3 am(s,l) + CO(g) (6) 2/ 3 SiC(s) + dmvow(s,l) 2/3SiO2(s,l) + 속의 경우와 유사한 이들 반응에 대한 깁스 자유 2/ 3 cmxcy(s,l) + hco(g) (10) 및 (11)을 빼줌으로써 얻을 수 있다. 앞의 금 (7) SiC(s) + mmvow(s,l) rsio2(s,l) + 에너지 계산을 바탕으로, 아래 그림 3의 산화물의 1700 에서의 SiC 분해 가능 여부에 대한 결과를 2/ 3 kmpsiq(s,l) + CO(g) (8) 얻을 수 있다. 그림 3에서 빗금 친 영역에 나타난 산 am(s,l) + O2(g) bmvow(s,l) (9) 화물들이 고온에서 안정하여 SiC를 분해시키지 않 (10) 으며, 이외의 영역에 위치한 산화물들은 고온 소결 kmpsiq(s,l) + O2(g) mmvow(s,l) + nsio2(s,l) (11) 과정에서 SiC를 분해시키면서 (a) 금속 탄화물 또 2/ 3 cmxcy(s,l) + O2(g) dmvow(s,l) + eco(g) SiC(s) + O2(g) SiO2(s,l) + CO(g) 2/ 3 2/ 3 2/ 3 (12) 는 (b) 금속 규화물을 생성하게 된다. 따라서 Al2O3, Y2O3 및 MgO 만이 열역학적인 안정성 측면에서 SiC 분해에 따라 금속, 금속 탄화물 또는 규화물 SiC의 소결조제로 활용이 가능하며, 그 외의 산화 을 생성하는 화학반응식 (6), (7), (8)은 SiC 산화반 물들은 소결조제로 사용이 어렵다는 결론을 도출 그림 3. 깁스 자유에너지 계산을 바탕으로 액상 소결조제로 첨가한 금속 산화물의 1700 에서의 (a) 금속 및 금속 탄화물 또는 (b) 금속 및 금속 규화물 형성 여부를 파악하는 계산 결과[16] 그림 4. (a) 다양한 금속 산화물을 SiC 액상 소결조제로 사용한 경우의 XRD 패턴을 바탕으로 하는 상 분석 및 (b) 소결조제 첨가량에 따른 SiC 소결밀도 변화[16] August

60 전략산업 핵심소재 탄화물 기술 개발 동향 및 산업 전망(1) 하게 된다. 그림 3을 바탕으로 판단할 때, Cr2O3, 결조제로 활용할 수 있는 재료는 Al과 Mg 및 이들 Fe2O3, Ta2O5, V2O5 및 WO3 등은 해당 금속이나 금 의 산화물로 매우 제한적이다. 따라서 사용 가능한 속탄화물 또는 규화물을 형성하게 되며, TiO2의 경 액상 소결조제를 보다 넓은 범위에서 모색하기 위 우에는 금속 Ti을 생성하지는 않으나 Ti-탄화물 또 하여 희토류 산화물 및 희토류 질산염을 포함하여 는 Ti 규화물을 생성하게 된다. SiC의 액상 소결조제로써의 활용가능성을 살펴보 다양한 금속 산화물을 SiC의 액상 소결조제로 첨 았다.[17-19] 희토류 원소는 지구상에 존재하는 희귀 가하여 소결한 결과, 그림 4의 (a)에 나타난 바와 한 원소를 지칭하는 말로써, 15종의 란탄계 원소들 같이 열역학적 시뮬레이션 결과와 동일하게 Al2O3, (La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Y2O3 및 MgO를 제외한 모든 산화물은 금속 탄화 Tm, Yb 및 Lu) 및 Sc과Y을 포함하는 17종으로 구 물 또는 규화물을 형성함을 알 수 있다. 또한, 그림 성되며, 이중 Pm은 방사능 원소이기 때문에 SiC의 4의 (b)에 나타난 바와 같이, Al2O3, Y2O3 및 MgO 소결조제로의 활용가능성은 매우 낮다. Pm을 제외 이외의 산화물들은 SiC의 소결밀도 증진에 크게 한 16종의 희토류 산화물의 고온 소결조건에서의 기여하지 않음을 열간가압소결을 통하여 확인하였 액상의 형성가능성을 앞에서 설명한 깁스 자유에너 다. 이상에서 살펴본 바와 같이 깁스 자유에너지를 지를 바탕으로 살펴본 결과, SiC의 표면에 필연적으 이용하여 살펴본 고온 소결조건에서의 소결조제의 로 존재하는 SiO2와 1700 이하의 온도에서 공융 안정성 시뮬레이션 결과는 실제 실험결과와 정확 이 일어나 액상을 형성함을 확인하였다. 실온의 공 하게 일치하기 때문에, 이러한 접근이 SiC 소결조 기분위기에서의 SiC 표면에 SiO2형성에 대한 깁스 제의 선정에 매우 효과적으로 활용할 수 있음을 알 자유에너지는 -785 kj/mol이며, 이러한 큰 깁스 자 수 있다. 유에너지 음의 값은 SiO2 층의 형성이 매우 자발적 임을 의미한다.[17] 또한 투과전자현미경과 상 분석 1-5. 희토류 산화물 및 질산염을 이용한 SiC 액상 을 통하여 SiC 표면에 두께 약 2nm의 SiO2 층이 존 소결조제 위에서 언급한 바와 같이 금속 전형원소 및 이들의 재함을 확인하였다. 그림 5에는 앞에서 설명한 화학 산화물 중에서 SiC를 분해시키지 않으면서 액상 소 바탕으로 희토류 산화물에 대한 (a) 1700 및 (b) 반응식 (6) ~ (12)에 대한 깁스 자유에너지 계산을 그림 5. 깁스 자유에너지 계산을 바탕으로 액상 소결조제로 첨가한 희토류 산화물의 (a) 1700 와(b) 1850 에서의 안정성 여부를 보여주는 그림[17] 60 ceramic korea

61 1850 에서의 열역학적 안정성을 보여주는 그림이 6의 (b)에는 수 마이크로미터의 조대한 희토류 산 나타나 있다. 그림 5에서 빗금 친 영역에 존재하는 화물을 소결조제로 사용한 경우와, 이들의 SiC 내에 희토류 산화물들이 SiC를 분해시키지 않을 액상 소 서의 균일한 분포를 얻기 위하여 고 에너지 밀링을 결조제 조건이며, 실험에 사용한 모든 희토류 산화 통하여 200nm 이하로 분쇄한 희토류 산화물을 첨 물들이 안정하기 때문에 소결조제로 활용 가능함 가한 경우의 SiC 소결밀도가 비교되어 나타나 있다. 을 파악할 수 있다. 또한, 그림 3에서 설명한 바와 미립의 희토류 산화물을 첨가하여 고른 소결조제 같이 Y2O3 또한 안정한 소결조제이므로 17종의 희 의 분포를 이룬 경우가 조대한 희토류 산화물을 첨 토류 산화물들은 SiC 표면의 SiO2와 액상을 형성하 가한 경우보다 모든 경우에 소결밀도를 증진시킴을 여 액상 소결조제로 활용 가능하다는 결론에 도달 확인할 수 있다. 점선으로 나타난 소결밀도(54%) 한다. 는 소결조제를 첨가하지 않고 소결한 SiC의 소결밀 그림 6의 (a)에는 다양한 희토류 산화물 소결조제 도이므로, 모든 경우에 희토류 산화물의 첨가를 통 를 첨가하여 1750, 20 MPa의 압력에서 1시간 동 하여 SiC의 소결밀도를 증진시킬 수 있으며 또한 소 안 열간가압소결을 실시한 SiC의 XRD 패턴이 나타 결조제의 입도를 감소시켜 균일한 분포를 이룬 경 나 있다. SiC를 분해함으로써 생성되는 희토류 금속, 우에 더욱 더 소결밀도를 증가시킬 수 있음을 알 수 탄화물 또는 규화물의 존재를 발견할 수 없으며, 이 있다. 는 열역학적인 계산을 바탕으로 앞에서 설명한 모 그림 6의 (b)에 나타난 바와 같이, 첨가하는 희토 든 희토류 산화물들이 고온에서 안정하다는 결과 류 산화물의 입도를 줄여 분포를 균일하게 함으로 와 일치한다. 그림 6 (a)의 괄호 안에 표시된 값들은 써 SiC 소결밀도 증진이 가능함을 파악할 수 있었 출발물질로 β-sic를 사용한 경우에 열간가압소결 다. 보다 균일한 소결조제의 분포는 고상 물질보다 을 통하여 생성된 α-sic의 분율을 Rietveld 시뮬레 는 액상의 형태로 첨가함으로써 구현할 수 있기 때 이션을 통하여 계산한 값으로, 고온에서의 α-sic에 문에, 희토류 산화물 대신에 희토류 질산염을 에탄 서의 β-sic로의 상전이는 잘 알려진 현상이다. 그림 올에 용해시켜 첨가시키고 동일 조건에서 열간가압 그림 6. (a) 다양한 희토류 산화물을 SiC 액상 소결조제로 사용한 경우의 XRD 패턴을 바탕으로 한 상 분석 결과 및 (b) 조대한 희토류 산화물과 이를 고 에너지 밀로 분쇄하여 미립으로 첨가한 경우의 SiC 소결밀도 변화[17] August

62 전략산업 핵심소재 탄화물 기술 개발 동향 및 산업 전망(1) 그림 7. 다양한 희토류 질산염을 SiC 액상 소결조제로 사용한 경우의 (a) 이온반경과 SiC 소결밀도 및 (b) SiC 평균입경과의 관계[18] 소결을 실시한 후 결과를 분석하였다. 사용한 희토 류 질산염이 고온 소결과정에서 희토류 산화물로 전이됨을 확인하였으며, 이는 SiC의 표면에 존재하 는 SiO2와의 반응에 의하여 나타나는 자발적인 현 상임을 열역학적으로 설명할 수 있다.[18] 그림 7의 (a)에는 사용된 희토류 질산염을 첨가한 경우의 희토류 이온반경과 SiC 소결밀도와의 관계 를 표시하였으며, (b)에는 소결 후에 얻어진 SiC의 평균입경을 나타내었다. SiC 대비 5 wt. %의 희토류 원소를 첨가한 경우에도 SiC의 소결밀도 향상을 살 그림 8. (a) Sc-nitrate 및 (b) Tm-nitrate를 첨가하여 고온가압소결을 실시한 SiC의 입계에 대한 고배율 투과전자현미경 사진[19] 펴볼 수 있으며, 특히 Sc, Yb, Tm, Er 및 Ho을 첨가 한 경우에는 이론밀도에 근접한 SiC 단미체 밀도를 구현할 수 있었다. 그림 (b)에 나타난 희토류 원소별 SiC의 평균입경 결과에서 볼 수 있듯이, Sc의 첨가 의 경우에는 평균 150nm의 미세한 SiC 입경을 구 현할 수 있었다.[18] 이러한 미세한 입경의 구현은 SiC 의 기계적 특성을 향상시킬 수 있기 때문에 매우 바 람직하다. 이러한 Sc 첨가에 따른 입경 감소의 이유를 그림 8에 나타난(a) Sc- 및 (b) Tm-질산염을 첨가하여 열간가압소결을 실시한 SiC 입계의 미세구조를 이 용하여 설명할 수 있다. Sc를 첨가한 경우에는 입계 의 두께가 1nm 이내임에 반하여, Tm을 첨가한 경 우에는 일반적인 용액-재석출 현상에 의한 액상소 결에서 나타나는 5nm 두께의 입계를 보여준다.[19] 따라서 1nm 이내의 입계를 보여주는 Sc 첨가의 경 62 ceramic korea 그림 9. SiCf/SiC의 제작에 사용된 (a) 2차원으로 직조된 Tyranno SA3 SiC 섬유, (b) SiC 섬유표면에 형성된 열분해 탄소층, (c) SiC 분말과 소결조제로 함침한 직조섬유 및 (d) 열간가압소결 후에 섬유 사이에 존재하는 액상 소결조제 사진

63 우에는 용액-재석출 현상이 아닌 contact flatten- 조제의 사용이 바람직하다. 효율적인 SiC의 액상 소 ing 기능에 의한 현상으로 파악할 수 있다. Contact 결조제로 활용되기 위해서는 고온의 소결분위기에 flattening 기능에 의하여 소결된 세라믹의 미세구 서 SiC를 분해시키지 않는 열역학적 안정성과 충분 조는 직선의 입계와 입자성장이 억제되어 미세한 한 액상의 젖음성 및 낮은 증기압 등의 조건이 필 입자크기를 보여주는 것으로 알려져 있다. 요하다. 깁스 자유에너지를 바탕으로 하는 열역학 SiC 섬유강화 SiC 복합체(SiCf/SiC)에서도 SiC단미 적 시뮬레이션과 실험결과를 바탕으로 전형원소 금 체에서와 같은 난소결의 문제점이 존재하기 때문에 속과 금속산화물은 Al과 Mg및 이들의 산화물만이 효율적인 액상 소결조제의 사용이 필수적이며, 이 고온 소결조건에서 SiC 분해시키지 않으며 액상 소 를 위하여 위에서 언급한 바와 같은 접근을 통하여 결조제로 사용이 가능함을 설명하였다. 반면, 거의 1차적으로 SiC에 효율적인 소결조제를 모색할 필요 모든 종류의 희토류 산화물들은 소결조건에서 SiC 가 있다. SiCf/SiC의 제작은 그림 9의 (a)에 나타난 를 분해시키지 않으면서 SiC 표면에 필연적으로 존 2차원으로 직조된 SiC 섬유의 표면에 (b)와 같이 열 재하는 SiO2와의 반응을 통하여 액상을 형성함으 분해 탄소층을 형성하고, 여기에 (c)에 나타난 바와 로써, 효율적인 소결조제로 작용함을 파악할 수 있 같이 SiC와 소결조제를 포함한 기지상을 침착시킨 었다. 또한 SiC 입자들 사이에 첨가되는 희토류 산 후에 열간가압소결을 통하여 구현할 수 있다. 하지 화물의 분포를 보다 균일하게 함으로써 소결밀도 만, 첨가한 액상 소결조제가 그림 8의 (d)에 나타난 를 증진시킬 수 있으며, 희토류 질산염을 용해시켜 바와 같이 SiC의 입계나 섬유 간에 존재함으로써, 액상형태로 첨가하여 보다 균일한 분포를 얻음으로 기계적 특성과 고온 특성을 저하시킬 수 있기 때문 써 소결밀도의 증진을 이룰 수 있었다. 아울러 상대 에 그 첨가량을 최소화할 필요가 있다.[20] 적으로 이온반경이 작은 희토류 원소들이 효율적인 SiC의 소결조제로 작용함을 설명하였으며, 특히 Sc 의 경우에는 SiC의 평균입경을 150nm 내외로 작게 3. 결 론 유지함으로써 기계적인 특성의 향상을 도모할 수 있음을 설명하였다. 이러한 연구결과를 바탕으로 선 탄화규소의 우수한 고온 특성으로 인하여 차세대 정된 희토류 원소를 활용하여, 파괴인성을 보유하면 원자로 및 우주항공용 부품으로 활용가능성이 매 서 우수한 기계적 특성을 보여주는 치밀한 구조의 우 높은 반면, 강한 공유결합성과 낮은 고온 확산계 SiCf/SiC 제작을 위한 노력들이 수행되고 있다. 수 때문에 소결이 어려운 문제점이 있다. 이를 해결 하기 위하여 B, C 및 B4C를 고상 소결조제로 사용 하거나, Al2O3, Y2O3 및 MgO를 액상 소결조제로 첨 참고문헌 가함으로써 SiC 소결을 증진시키고자 하는 노력이 있어 왔다. SiC 단미체의 취성파괴의 약점을 보완하 1. R. Naslain, A. Guette, F. Rebillat, R. Pailler, 기 위하여 제안된 SiC 섬유강화 SiC 복합체(SiCf/ F. Langlais, X. Bourrat, Boron-bearing species in SiC)의 제작에 있어서도 소결성 증진을 위한 소결 ceramic matrix composites for long-term aerospace 조제의 사용이 필수적인데, SiC 섬유의 손상을 최소 application, J. Solid State Chem. 177(2004) 449. 화하는 소결을 위하여 소결온도를 낮추는 것이 바 2. B. Riccardi, P. Fenici, A.F. Rebelo, L. Giancarli, 람직하기 때문에 2000 내외의 온도를 필요로 하 G. L. Marois, E. Philippe, Status of the European 는 고상 소결조제보다는 1800 이하의 온도에서 R&D activities on SiCf/SiC composites for fusion 도 치밀화된 미세구조를 구현할 수 있는 액상 소결 reactors, Fusion Eng. Des (2000) 11. August

64 전략산업 핵심소재 탄화물 기술 개발 동향 및 산업 전망(1) 3. G. L. Haris, Properties of silicon carbide, Ed. G. observations, Mater. Res. Bull. 46(2011) L. Haris, INSPEC, London, (1995). 16. A. Noviyanto, D.H. Yoon, Metal oxide 4. J. S. Nadeau, Very high pressure hot pressing of additives for the sintering of silicon carbide: silicon carbide, Am. Ceram. Soc. Bull. 52(1973) Reactivity and densification, Curr. Appl. Phys (2013) T. Ishikawa, Y. Kohtoku, K. Kumagawa, T. 17. A. Noviyanto, D.H. Yoon, Rare-earth oxide Yamamura, T. Nagasawa, High-strength alkali- additives for the sintering of silicon carbide, Diam. resistant sintered SiC fibre stable to 2,200, Nature, Relat. Mater. 38(2013) (1998) A. Noviyanto, S. W. Han, H. W. Yu, D. H. 6. P. Yonathan, J. H. Lee, D. H. Yoon, W. J. Kim, Yoon, Rare-earth nitrate additives for the sintering J. Y. Park, Improvement of SiCf/SiC density by of silicon carbide, J. Eur. Ceram. Soc. 33(2013) slurry infiltration and tape stacking, Mater. Res Bull. 44(2009) A. Noviyanto, B. K. Min, H. W. Yu, D. H. 7. A. Malinge, A. Coupe, Y. L. Petitcorps, R. Yoon, Highly dense and fine-grained SiC with a Pailler, Pressureless sintering of beta silicon carbide Sc-nitrate sintering additive, J. Eur. Ceram. Soc. nanoparticles, J. Eur. Ceram. Soc. 32(2012) (2014) B. W. Lin, M. Imai, T. Yano, T. Iseki, Hot- 20. P. Yonathan, J. H. Lee, H. T. Kim, D. H. pressing of β-sic with Al-B-C additives, J. Am. Yoon, Properties of SiCf/SiC composites fabricated Ceram. Soc. 69(1986) C67. by slurry infiltration and hot pressing, Mater. Sci. 9. S. Mandal, K. K. Dhargupta, S. Ghatak, Gas Tech., 27(2011) 257. pressure sintering of SiC AlN composites in nitrogen atmosphere, Ceram. Int. 28(2002) S. Jihong, G. Jingkun, J. Dongliang, Hot isostatic pressing of α-silicon carbide ceramics, Ceram. Int.19(1993) S. Prochazka, R. M. Scanlan, Effect of boron and carbon on sintering of SiC, J. Am. Ceram. Soc. 58(1975) 72. 윤당혁 교수 - KAIST 전자재료공학과 학사 - POSTECH 재료공학과 석사 - Clemson대학 재료공학과 박사 - 삼성전기 책임연구원 - 영남대학교 신소재공학부 교수 12. R. L. Coble, Sintering crystalline solids I. intermediate and final state diffusion models, J. Appl. Phys. 32(1961) M. Omori and H. Takei, Pressureless sintering of SiC, J. Am. Ceram. Soc. 65(1982) C R. M. German, Liquid phase sintering, Plenum Press, New York, (1985). 15. A. Noviyanto, D.H. Yoon, One component metal sintering additives for β-sic based on the thermodynamic calculation and experimental 64 ceramic korea 카티 라주 연구교수 - 인도 Kakatiya대학 물리학과 학사 - 인도 Osmania대학 물리학과 석사, 박사 - 영남대학교 신소재공학부 연구교수

65 Special 전략산업 핵심소재 탄화물 기술 개발 동향 및 산업 전망(1) 탄화규소 소재를 이용한 수처리용 세라믹 필터 기술 동향 송 인 혁_ 재료연구소 분말/세라믹연구본부 책임연구원 이 종 만_ 재료연구소 분말/세라믹연구본부 선임연구원 하 장 훈_ 재료연구소 분말/세라믹연구본부 선임연구원 김 영 욱_ 서울시립대학교 신소재공학과 교수 술의 중요성은 증대되고 있으며, 또한 물 산업 구조 1. 서 론 가 대규모 사업화가 가능하도록 패러다임이 변해가 2015년 4월에 7차 세계 물포럼이 대구 경북에서 열 고 있다. 즉 20세기 초반에 성립된 화학 처리제 중 렸으며, 이를 계기로 우리나라에서도 물 문제 해결 심의 수처리 기술 패러다임이 최근 들어 필터의 미 과 그에 따른 수처리 기술 관련 현안에 대한 국가 세한 구멍(Pore)을 통해 오염 물질을 걸러내는 멤브 적인 관심이 집중되고 있다. 전 세계적으로 물은 인 레인(Membrane) 방식의 기술 패러다임으로 전환 류가 행복한 삶을 영위하기 위해 필요한 가장 기본 되고 있다 2,3. 이와 같은 중요성이 증대되는 멤브레 적인 요소지만, 세계 곳곳에서 물 부족과 위생 관 인의 소재는 대부분 유기물로 이루어져 있어, 현재 리에 대한 어려움을 호소하고 있다. 이로 인해 세계 고분자 멤브레인이 시장을 주도하고 있다. 그러나 최 각국에서는 깨끗하고 안전한 물을 확보하고 동시에 근 들어 무기물로 이루어진 세라믹 분리막에 대한 물로 인한 재해로부터 국민들을 보호하려는 노력이 중요성이 증대되고 있다. 수처리용 세라믹 분리막은 커지고 있다. 다양한 무기소재를 이용하여 제조하며 내열성, 내 많은 매체들이 물 산업이 석유 산업을 추월할 것이 약품성, 내유기 용매성 등이 우수하고 기계적 강도 라는 전망을 내놓았고, 앨빈 토플러 등의 미래 학자 도 강하다. 주로 정밀여과와 한외여 후 수처리용 세 들 역시 21세기가 물의 시대가 될 것이라고 전망하고 라믹 분리막 소재는 복합화를 통하여 구조와 기능 있다. 이러한 전망을 바탕으로 많은 기업들이 물 산 특성의 극대화가 가능하여 처리 용량을 증대시키 업을 미래 성장 사업으로 주목하기 시작했으며, 자국 고, 고집적화의 실현을 가능하게 할 수 있다. 물 산업 육성을 위해 각국 정부들도 구체적인 계획 미래 선도적인 신개념의 수처리용 세라믹 분리막 안을 발표하고 있다. 특히 물 산업은 단위 산업으로 소재는 복합화를 통하여 구조와 기능 특성의 극대 반도체 산업이나 조선 산업보다 큰 규모를 갖추고 있 화가 가능하여 처리용량을 증대시키고, 고집적화 다. 이처럼 세계 물산업 규모가 상당히 큰 이유는 국 의 실현을 가능하게 할 수 있다. 또한 분리막 소재 민 생활과 산업 활동에 필수적인 서비스로 전 세계 의 단일기능을 융복합 기능으로, 고에너지 소비를 적으로 산업이 형성되어 있기 때문이다. 저에너지 소비로 수처리 패러다임 변화에 대응함으 1 심각해지는 물 부족 현상으로 인하여 수처리 기 로서, 열악한 미래 환경에 대응하는 소재를 개발하 August

66 전략산업 핵심소재 탄화물 기술 개발 동향 및 산업 전망(1) 는 것은 매우 중요하다. 수처리용 세라믹 분리막 소 있게 된다. 분리막의 구조는 크게 두 가지로, 막의 재는 대부분 알루미나(Al2O3) 소재를 중심으로 연 표면에서 속까지 균일한 구조를 가진 대칭막과 균 구 및 상용화가 이루어지고 있으며, 이외에 지르코 일하지 않은 구조를 가지는 비대칭 막으로 나누어 니아(ZrO2), 타이타니아(TiO2) 소재 및 저가 천연소 볼 수 있다. 세라믹 막은 입자가 소결되어 형성되는 재를 이용한 분리막 소재가 사용되고 있다. 본 고에 것으로 일반적으로 비대칭 막으로 이루어져 있다. 서는 최근 들어 많은 연구가 되고 있으며, 미래 지향 보통은 2층 혹은 3층 구조로 이루어져 있으며, 하 적으로 수처리용 분리막으로 사용이 전망되고 있는 층은 조대한 입자로 구성되는데 이는 투과 저항을 탄화규소(SiC)를 이용한 세라믹 분리막의 연구 동 낮게 하여 높은 투과유속이 얻어지는 역할을 하기 향에 관하여 기술하였다. 위함이다. 물질 분리는 표면의 미세한 입자로 구성 된 치밀한 상층에서 이루어진다.5 멤브레인의 종류는 구멍의 크기에 따라 정밀 여과(MF), 한외여과(UF), 나노여과(NF), 역삼 2. 본론 투 필터(RO)로 나눠진다. 일반적으로 정밀여과 (MF, microfiltration)는 0.1~10, 한외여과 2-1. 세라믹 분리막 분류 (UF, ultrafiltration)는 10~100 nm, 나노여과(NF, 일반적으로 분리막이란 2개 이상의 성분 중에서 특 nanofiltration)는 1~10 nm, 역삼투(RO, reverse 정 성분만을 선택적으로 분리할 수 있는 경계층을 osmosis)는 1 nm 이하를 나타낸다. MF 필터는 탁 말하며, 분리막의 기공 크기나 구조 및 분리되는 입 도를 조절하고 각종 박테리아를 제거할 수 있는 필 자 크기나 성질에 따라 분류한다.4 따라서 멤브레 터이다. 또한 UF 필터는 고분자량의 유기물이나 각 인을 이용한 분리 공정에는 멤브레인에 의해 물리 종 바이러스를 제거할 수 있다. NF 필터는 각종 다 적으로 구분되는 두 가지의 상이 필요하게 되며 이 가의 이온(Ca2+, Mg2+, Fe3+ 등) 과 저분자량의 유기 때의 멤브레인은 나노 다공성(nanoporous), 마이 물을 충분히 제거할 수 있다. RO 필터는 일가이온 크로 다공성(microporous) 또는 매크로 다공성 들을 제거하여 최종적으로 순수한 물만을 통과시 (macroporous)이거나, 이들의 조합으로 이루어져 킬 수 있다. 보통 상/하수 처리 및 담수와 하수 재이 그림 1. 다양한 세라믹 분리막의 형태에 따른 분류6 Monolith type Element type Flat sheet type IN-OUT(pressurized) IN-OUT(pressurized) OUT-IN(submerged) photo: NGK photo: Atech innovations GambH photo: membrane-engineering 0.1 Al2O3 Different pore size and materials, e.g. > 0.1 SiC, Al2O3 < 0.1 ZrO2, TiO2 Different pore size and materials, e.g. > 0.1 SiC, Al2O3 < 0.1 ZrO2, TiO2 15 or 25 m2 area/module e.g. <30 m2 area/module e.g. <2 m2 area/module 66 ceramic korea

67 용의 전처리(Pre treatment)에 MF와 UF가 사용되 아, 제올라이트 등)를 이용하여 제조하며 내열성, 내 며, NF와 RO는 담수와 하수 재이용 처리 부분에 주 약품성, 내유기 용매성 등이 우수하고 기계적 강도 로 사용되고 있다. 도 강하다. 주로 정밀여과와 한외여과용으로 사용 그림 1은 세라믹 분리막의 제조 형태에 따라 특 되나 최근에는 나노 여과 분리막으로도 사용되고 성 별로 분류한 것이다. 허니컴 형태의 모노리스 있으며 고분자로 만들어진 유기 분리막에 비하여 타입의 세라믹 분리막은 약 200개의 유속 채널을 고온의 가혹한 조건에서도 사용될 수 있으므로, 다 보유하고 있으며, 모듈당 15 or 25 m2 의 비교적 양한 하 폐수 처리에 적용될 수 있다. 특히 현재 실 높은 표면적을 보유하고 있다. 한 개의 멤브레인 용화되고 있는 막분리 공정에 사용되고 있는 세라 하우징에는 1개의 멤브레인을 수직으로 장착하 믹 분리막은 고분자 분리막에 비해 표 1과 같은 장 게 되어 있으며, 주로 MF 분리막를 중심으로 활 점을 지니고 있다.7 용되며, 현재 일본을 중심으로 많은 상용화가 이 루어지고 있다. 엘레멘트 타입의 세라믹 분리막 2-2. 탄화규소를 이용한 세라믹 분리막의 중요성 은 약 0.1m 또는 0.2m 의 막면적을 가진 관형의 2 2 세라믹 분리막을 금속 모듈에 조합하여 최종적 일반적으로 탄화규소는 1200 이상의 고온에서도 으로 20 내지 30 m2의 막 면적을 가지는 분리막 그 강도를 유지하며, 고온에서의 강도는 기존의 재 으로 제조 된다. 주로 MF, NF, UF 필터를 중심으 료 중에 가장 높은 값을 보여준다. 또한 화학적으로 로 다양하게 활용된다. 판형의 세라믹 멤브레인 도 내부식성이 우수하여 극한조건에서 이루어지는 은 주로 폐수 처리를 위하여 소형 수처리 시스템 환경요건에 가장 적합한 재료로 각광받고 있다. 특 에 사용하며, 유체의 흐름 방향도 바깥쪽에서 안 히 다공질 소재 분야에서도 디젤엔진의 매연여과장 쪽으로 향하게 설치하며, 주로 MF, NF, UF 필터를 치(DPF: Diesel Particulate Filter) 또는 석탄가스화 중심으로 다양하게 활용되고 있다. 복합발전(IGCC) 시스템의 hot gas 필터 등에 응용 일반적인 수처리 공정에서 고분자 분리막은 처 되고 있다. 이와 같은 탄화규소는 수처리 분리막 분 리 공정 후 수중에 용해되어 있거나 산에 의해 용 야에서도 기존의 세라믹 분리막에 비하여 우수한 해된 Fe, Mn 등이 고분자 분리막 내부에 침적되어 장점을 보유하고 있으며, 이를 간단히 정리하면 다 biofouling을 유발하지만 세라믹 막은 산이나 염기 음과 같다. 에 의한 역세 시 약품에 대한 저항성이 강한 장점이 (1) 높은 유속(highest flux rate) : 있으며 발전소에서 배출되는 고온의 1차 계통수 처 낮은 젖음각에 의한 물의 저항이 작아서 높은 리 등에 특성이 있다. 즉 세라믹 분리막은 무기소재 유속이 가능 (알루미나, 티타니아, 탄화규소, 질화규소, 지르코니 (2) 화학적 안정성(pH 0-14) : 제한 없이 빠른 시간 안에 세정이 가능 표 1. 고분자 분리막과 세라믹 분리막의 비교 7 (3) 800 까지의 열적 안정성 : Properties Organic Membranes In-organic Membranes Membrane Process MF, UF, NF, RO MF, UF, NF Thermal Resistance > 150 > 400 Chemical Resistance(pH) Mechanical Resistance Medium Good 물과 오일 분리에 유리하며, 파울링을 줄일 수 Oxidant Resistance Depends on polymer Good 있음 Compaction Sensitive Very good Life Span 3 to 5 years 10 years 고온 증기 등의 고온 세정 및 고온 응용에 유리 (4) 높은 친수성 : 물과 오일 분리에 유리 (5) 등전점(IEP) ph 2.4 : (6) 우수한 기계적 강도 : 2930 kg/mm3(vickers scale) August

68 전략산업 핵심소재 탄화물 기술 개발 동향 및 산업 전망(1) 그림 2는 탄화규소로 이루어진 분리막이 알루미 나에 비하여 우수 유량 흐름성을 보여 주는 결과 이다. 이는 알루미나 소재에 비하여 탄화규소가 높 은 친수성을 보여 주기 때문이다.8 그림 3은 탄화규 소 분리막이 다른 소재에 비하여 우수한 내 오염성 을 보여 주는 결과이다. 아직 정확한 원인은 규명되 지 않고 있지만 친수성이 우수하기 때문에 오염물 질이 존재하더라도 기본적으로 유속 흐름이 우수하 며, 표면 전하 측면에서도 대부분의 유기 오염 물질 이 표면에 네가티브(-)전하를 보여 주고 있는데 반 그림 2. 탄화규소 분리막의 우수한 유량 하여 탄화규소의 표면도 네가티브(-) 전하를 띠고 있어서 반발력에 의해 유해한 물질이 분리막에 달 라붙는 파울링이 억제되고 이를 통한 유속 증가 및 내오염성이 향상된다. (일반적으로 탄화규소의 경 우 전기적으로 중성을 나타내는 등전점(iso electric point: IEP)이 2-3.5로서 ph 7 등의 중성에서는 표 면에서 네가티브 전하를 띤다. 이에 반하여 알루미 나 소재의 경우에는 등전점이 8-9로서 중성에서 포 지티브(+) 전하를 띤다) 표 2는 탄화규소 분리막을 알루미나 소재 및 고분 자 소재와 비교한 표이다. 세라믹 소재가 고분자 소 재의 분리막에 비해 특성이 우수한 것을 이미 잘 알 려진 사실이나, 가격, 기계적인 취성 등의 문제점 때 문에 고분자 소재가 널리 사용되어 지고 있다. 세라 그림 3. 탄화규소 분리막의 우수한 내 오염성 9 표 2. 탄화규소 분리막의 기존 분리막과 비교8 믹 소재에서 비교해 보면 탄화규소 소재가 작동시 Type 간, 유량, 화학적 저항성, 내파울성, 온도저항성, 강 도, 기공도 측면에서 알루미나 소재보다 우수한 특 성을 보여 주고 있다. 그럼에도 불구하고 탄화규소 Al2O3 Polymer Life time Flux Chemical resistance Energy savings Recovery rate Fouling tendency 는 알루미나에 비하여 다루는 방법이 까다로울 뿐 만 아니라 소성시 높은 온도가 요구된다. 물론 원료 Relaxation time None None Yes Temperature resistance Hardness Porosity 분말의 가격적인 측면에서도 알루미나가 장점을 가 지고 있는 것은 사실이다. 그럼에도 불구하고 최근 분리막 소재 SiC 추세가 좀더 극한 환경에서의 고특성을 요구하기 때문에 탄화규소에 대한 시장도 향후 많이 증대될 것으로 예상된다. 는 2014년에 개최된 무기막 국제 컨퍼런스(호주, 특히 최근 들어 탄화규소 분리막은 향후 쉐일 가 Brisbane, , 2014)의 oil/water session에서 스등 오일 분리를 위한 세라믹 분리막에 가장 최 탄화규소 관련 연구과 최근의 대세임을 나타내고 적의 분리막으로 각광을 받고 있다. 아래의 그림 4 있다. 68 ceramic korea

69 2200 로 매우 높아서 다루기도 어려우며, 높은 공 정 비용을 유발한다. 그러므로 소결온도의 감소는 저가화를 통한 대량생산에 중요한 요소이며, 이에 대한 해결책의 하나로서 다양한 저온 소결 공정에 관한 연구가 요청되고 있다. 탄화규소에 다양한 결 합제(bonding materials)를 사용한 소결온도를 낮 추어 주는 방법으로서 뮬라이트 결합 탄화규소, 실 리카 결합 탄화규소, SiOC 결합 탄화규소, 자체 결 합(self-bonded) 탄화규소 등 다양한 저온 소결 공 정이 있으며, 이와 같은 연구는 서울시립대의 김영 욱 교수팀을 중심으로 연구되고 있으며, 이를 통하 그림 4. 탄화규소 분리막 관련 발표 현황 예시 여 수처리용 분리막에 적용하는 것은 매우 중요한 시점이다. 전술한 바와 같이 탄화규소계 분리막은 다른 소 재의 분리막에 비하여 fouling 저항성이 매우 우수 하고, oil-water emulsion 처리 시 내부식성이 매 2-3. 현재 상용화 되어 있는 수처리용 탄화규소 분리막 현황 우 우수하며, cleaning이 용이한 특성을 지니므로 세계적으로 환경 친화적 차세대 재료로 인정받고 (1) LiqTech사 탄화규소 필터8 있다. 그러나 탄화규소 소재는 일반적인 소결온도가 덴마크 회사에 있는 회사로서 기존의 SiC DPF 필 터 소재를 수처리 분야로 특화시켜 발전시킨 회사 이다. 최근 들어 수처리 분야에 치중하여 사업을 확장하고 있으며, 바이오매스, 쉐일가스 등 다양한 분야로 사업을 확대하고 있다. 그림 5는 대표적인 LiqTech사의 수처리용 분리막으로서 직경은 146 mm 이며, 구형의 다수의 채널을 가지고 있는 압출 필터이다. 그림 5에서와 같이 분리막은 3중 구조를 그림 5. LiqTech사 탄화규소 분리막의 외형 및 미세구조(좌) 외형, (우) 미세구조 가지고 있으며, 이때 지지체는 3 의 기공 크기, 중 간층은 1 의 기공크기, 최종 분리막층은 0.04 의 기공 크기를 가지고 있는 형태이다. 이와 같은 필 터는 COMEM CONDUIT 라는 상품명을 가지고 있으며, 다양한 용액내의 오일이나 고체의 입자들 을 분리하기에 적합한 구조를 가지고 있다. 그림 6은 LiqTech 사에서 판매되고 있는 평관형 탄화규소 분리막의 개념도와 탄화규소 평관막 모 습 그리고 탄화규소 분리막 모듈을 보여 주고 있 다. 평관형 필터는 주로 하폐수 시스템에 적용이 용 이한 구조로서 모듈화 하면 소형 수처리 시스템에 그림 6. LiqTech 사의 평관형 탄화규소 분리막의 모습 (좌로부터 개념도, 탄화규소 평관막, 탄화규소 모듈) 사용하기 적합하다. 그림 7은 LiqTech사의 탄화 August

70 전략산업 핵심소재 탄화물 기술 개발 동향 및 산업 전망(1) 표 3. LiqTech 사 탄화규소 분리막 특성 및 운용 조건 APPLICATION DATA Operating pressure Max 10 bar TMP; recommended below 3 bar TMP Maximum operating temperature Determined by system components Maximum chlorine concentration Unlimited ph tolerance 0-14 Cleaning Chlorine, acid, caustic, solvents. oxidizers Maximum negative TMP 3 bar FLUX Nominal Pore size Typical flux at 25 - On non-fouling 1bar /( h) /( h) 1 10 /( h) 3 >10 /( h) 그림 7. LiqTech사의 탄화규소 분리막 시스템 규소 멤브레인 시스템을 나타내고 있다. 표 3은 LiqTech사의 탄화규소 분리막의 특성을 작동압력, 온도, ph, 세정방법 등으로 구분하여 표기 하였으 며, 필터의 기공 크기에 따라서 1기압 25 에 오염 되지 않은 순수의 유량을 표기하였다. 그림 8. CeraMem Ceramic 필터의 구조 및 수투과 원리의 모습 이 넘는 임직원의 현지 경험과 실질적인 운영 노하 우를 배경으로 수처리 분야에서 다양한 제품, 서비 (2) Veolia사 탄화규소 필터 10 수처리 분야에서 세계 선두주자인 Veolia사는 만명 70 ceramic korea 스, 시스템 및 기술을 바탕으로 포괄적이며 광범위 한 해결책을 제시하고 있다. Veolia사는 세라믹 수

71 처리 분리막 회사인 CeraMem사를 흡수하여 운영 하고 있다. CeraMem사는 1986년도에 미국에 설립 된 세라믹 멤브레인 전문 업체로서, CeraMem 필 터는 탄화규소계 세라믹 필터가 주종으로 MF, UF, NF 필터 및 가스 필터로도 응용이 가능하다. 그림 8은 탄화규소 CeraMem Ceramic 필터 의 구조 및 모습을 나타낸 것으로 전체 분리막 모듈 그림 9. CeraMem Ceramic 필터를 사용한 모듈의 모습 의 크기는(142 mm diameter x 864 mm length) 이며, 막면적은 10.7 m2 이다. CeraMem의 필터의 끝단은 플러깅 되어 있는 허니컴 구조이며, 높은 비 표적으로 높은 유량의 흐름이 가능하다. 그림 9는 탄화규소 CeraMem Ceramic 필터를 사용한 모 듈의 스테인레스 스틸 하우징을 나타낸 모습이다. 이때 모듈에서 압축 스테인레스 스프링(Belleville washers)이 사용되며, Viton boot 씰(seal)이 사 용되었다. 표 4는 Veolia사의 CeraMem 세라믹 필터 특 성 및 운용 조건을 나타낸 것이며, 필터의 기공 크 기에 따라서 1기압 25 에 오염되지 않은 순수를 기준으로 유량을 나타낸 것이다. 또한 그림 10은 CeraMem 필터를 이용한 2차 폐수 살균 시스템의 모습을 나타낸 것이다. (3) 생고뱅(Saint-Gobain)사 탄화규소 필터 11 그림 10. CeraMem 분리막을 이용한 2차 폐수 살균 시스템 생고뱅은 프랑스가 모태인 기업으로 1665년 설립 표 4. CeraMem 세라믹 필터 특성 및 운용 조건 Operating Parameter Maximum Temperature Maximum Trans-Membrane Pressure Range Above 150, dependent on seals and housing selection Above 150 psi(10bar), dependent upon housing selections ph Range 0-14 Recommended Crossflow Velocity 9-12 ft/sec(3-4 m/sec) Volumetric Flow Rate for 12 ft/sec 400 gpm(90 /hr) Pressure Drop at 12 ft/sec for 2mm channel 19 psi(1.3bar), 25 Pressure Drop at 12 ft/sec for 5mm channel 7 psi(0.5bar), 25 Membrane Type(2mm & 5mm channels) Water Flux(Typ.), lmh/bar 0.2 microfilter(mf), SiC 1, nm ultafilter(uf), SiC August

72 전략산업 핵심소재 탄화물 기술 개발 동향 및 산업 전망(1) 그림 11. 생고뱅 탄화규소 필터의 모습(좌) 및 미세구조(우) 된 유리 제조 국영 기업이다. 현재 그룹 본부는 파 표 5. 생고뱅 탄화규소 필터의 운용 조건 및 특성 리에 있으며 유럽, 미국, 아시아 등 세계 각지에 진 Typical properties of Crystar FT(Carrier material) 출하여 전세계 64개 국가에 1200여개의 지사와 생 SiC content 산기지를 가지고 있습니다. 생고뱅은 수세기 동안 Chemical resistance 0 to 14 PH value Maximum application temperature < 1000 C(in air) 누적된 지식과 경험, 기술을 결합한 기업으로 일상 Porosity 40 % 생활에서 미래 최첨단 산업에 이르기까지 범용적인 Thermal expansion( C) 제품 생산을 생산하고 있다. 생고뱅은 다양한 세라 Pore size 믹 제품을 생산하고 있지만, 특히 수처리 분야에서 Flux(carrier) 는 Crystar FT라는 상품명을 가진 재결정 탄화규소 99% 4.8 K micron 140 / /bar/h Back pulse pressure max. 6 bar Cracking pressure > 100 bar 를 이용하여 탄화규소 세라믹 필터를 생산하고 있 Tolerable transmembrane pressure max. 6 bar 으며, 오일 및 가스 분리용뿐만 아니라 재활용 용수 Filter area(ø= 32mm, L = 1000mm) 0.42 및 전처리용으로 활용된다. Weight 그림 11은 생고뱅 SiC필터의 모습 및 미세구조로 < 1000g/m Type Pore size(nm) 서 재결정 SiC 지지체에는 둥그런 형태의 모서리를 FT 가진 사각(r=1/4d)의 채널이 있는 형태이며, 이와 FT 같은 형태는 단순 구형 채널일 때보다 약 14%의 필 FT FT FT 터 면적을 증가시킨다. 또한 이와 같은 탄화규소 지 Flux( / /bar/h*) 지체 위에 분리막층이 코팅되어져 있어서 다양한 기공 크기의 조절이 가능하다. 이와 같은 형태의 필 터는 내부에 코팅이 되어 안쪽에 유입수가 들어가 서 관 밖으로 정제수가 나오는 전형적인 cross flow 2-2. 국내 세라믹 분리막 연구현황 및 재료연구소의 현황 필터에 적합하다. 표 5는 생고방 탄화규소 필터의 운용 조건 및 기공 크기에 따른 오염되지 않은 순수 국내 세라믹 필터 및 분리막 개발과제는 90년대부 의 유량을 나타낸 것이다. 필터는 30.5mm 튜브 형 터 추진해 왔으며, 현재 MF 시장이 형성되는 시점 태이며, 이때 유량은 2시간 운용 후 1기압 25 에서 이다. 그러나 또한 폐수 정화용 알루미나 필터와 측정된 결과이다. 폐유 처리용 알루미나 필터의 개발 등이 제한적으 72 ceramic korea

73 로 진행되고 있으며, 기술수준은 선진국과 격차가 면적 기공제어 세라믹 하니컴 분리막 및 모듈개발 있다. 과제가 도출되어 나노, 한국세라믹기술원, 재료연 국내 세라믹스 분리막에 관한 연구는 주로 압출 에 의한 제조공정 연구로서, 응용분야는 탈질용 담 구소, KCC 등의 컨소시엄에서 6월부터 시작되어 향 후 5년간 수행될 예정이다. 체 및 자동차 배기가스용이며, 관련 소재기업으로 환경부에서는 수처리 관련 다양한 연구과제가 도 는 세라컴, 칸세라, 나노, 코센테크, 화인테크 등이 출되었으나, 대부분 고분자 분리막을 이용하였으며, 있다. 또한 국가출연연구소로는 한국세라믹기술원, 세라믹 소재를 이용한 분리막 연구에 관해서는 보 한국화학연구원, 재료연구소 등에서 부분적인 연 수적으로 진행되었다. 2014년 12월부터 납석을 이 구가 진행되고 있다. 현재 수처리용 세라믹스 필터 용한 세라믹 분리막 연구가(주)칸세라, 한국과학기 의 가장 큰 단점 중의 하나인 여과면적을 극대화 술원, 재료연구소가 참여하는 실증 사업이 진행되 시키는 기술을 개발하는 것이 최대의 과제이며, 여 고 있다. 이외에도 한국화학연구원과 재료연구소에 과대상 물질에 따른 세라믹스 분리막의 소재 개발 는 2014년부터 기관고유사업을 재원으로 융합연구 및 시스템 업체와 공동 연구가 필요하다. 효성엔지 사업인 기능성 무기소재 기반 고도 수처리 분리막 니어링(주)과 수자원공사 주도로 2005년 이후부터 핵심기술 개발 이라는 제목으로 세라믹 분리막 관 200m3/day 규모의 pilot 플랜트를 경북 G정수장에 련 연구가 진행되고 있다. 이에 따라 국가적으로도 시험 운행을 하고 있으나 사용된 세라믹 분리막은 세라믹 분리막 관련 연구가 정책적으로도 중요하며, NGK insulators사(일본)의 소재를 수입하여 사용 이에 따른 연구의 필요성의 중요도는 확인된 것으 하고 있는 실정이다. 로 판단되며, 점차적으로 향후 국내 연구가 활성화 세라믹 분리막의 경우 선진 기업과의 기술격차뿐 되면 관련 시장도 확대될 것으로 판단된다. 그러나 만 아니라 장기간 축적된 신뢰도 장벽을 극복하는 대부분의 세라믹 분리막 연구의 소재가 알루미나 데 어려움이 있고, 특히 원천 소재 기술은 국내에 를 기본으로 하고 있으며, 본고에서는 다루고 있는 전무한 상태이므로 원천 소재 기술의 자립을 위해 탄화규소를 이용한 세라믹 분리막에 대해서는 집중 서는 세라믹 분리막 소재개발에서 시스템에 이르는 적인 연구가 이루어지고 있지는 않다. 분리막 수처리 기술 전반에 대해 정부의 장기 전략 에 근거한 정책적 지원이 필요하다. 본 고를 집필한 재료연구소에서는 수처리용 다공 성 세라믹 분리막 제조 기술 관련 연구를 집중적으 최근 들어서 정부에서 세라믹 분리막 소재에 관 로 수행하고 있다. 구체적으로는 연구 분야를 세라 심을 가지기 시작하였다. 2013년에는 산업통상자원 믹 지지체 기공제어 분야와 기능성 부여 분야, 세 부에서 주관하는 세라믹 R&BD 발전 전략 핵심기 라믹 지지체 압출 공정 제어 분야 등으로 구분하 술 보고서에서 개발테마로서 압출공정 기반 고기 여 연구가 추진 중에 있다. 재료연구소에서는 기존 능 내환경성 수처리용 세라믹스 분리막 소재 기술 의 알루미나 소재와 저가의 천연소재 이외에도 탄 개발 등이 도출되었다. 또한 2014년 First Mover 소 화규소계 소재를 이용하여 기존 소재 대비 높은 강 재 부품 R&D전략 세라믹 소재 분야 핵심소재 보 도 및 통기율을 보이는 필터 지지체를 개발 하였다. 고서에서 선도산업 유지형 소재로서 플랜트용 다 또한 다양한 코팅 공정을 통하여 기공크기 조절 및 중 기공 구조 세라믹 분리막 소재 기술 이 도출되었 기능성을 부여하고 있다. 특히 수처리 필터용 지지 으며, 선도산업 창출형 소재로서 자연 복원과 순환 체 제조를 위해서는 비표면적 증대 및 내구성을 증 을 위한 미래오염물질 제거용 청정 세라믹 소재 가 가시킬 수 있는 압출 공정을 기반으로 하였다. 즉 도출되었으나 과제화 되지는 않았다. 2015년에는 전 압출 공정 시스템은 수처리 필터를 제조하기 위한 략적 핵심소재 기술개발사업으로 수처리용 고비표 핵심 공정으로서, 세라믹 분말을 이용하는 형상 제 August

74 전략산업 핵심소재 탄화물 기술 개발 동향 및 산업 전망(1) 그림 12. 재료연구소에서 압출한 탄화규소 수처리 필터의 모습(좌) 및 필터의 특성 평가 모습(우) 어 기법의 하나로서 압출 공정을 통하여 관형, 허니 력이 요구되어지는 시점이다. 본고를 통하여 아무쪼 컴, 평관형 등의 다양한 형태로 성형이 가능하였다. 록 많은 관심 있는 연구자들이 탄화규소를 포함한 그림 11은 재료연구소에서 압출 공정에 의해 제조 다양한 수처리 관련 세라믹 소재에 많은 관심을 가 된 다양한 형상의 수처리용 세라믹 지지체의 모습 지기를 바란다. 이다. 감사의 글 3. 결 론 본 연구는 한국기계연구원 부설 재료연구소 주요사 세라믹 소재를 이용하는 수처리 분리막 시스템은 업의 지원으로 이루어진 결과입니다. 기존의 고분자 위주의 분리막을 이용한 수처리 시 스템으로 달성할 수 없는 조건에서 청정 조건을 달 성할 수 있는 친환경적인 미래 전략기술이다. 아직 참고 문헌 세라믹 분리막 분야는 국내에서 체계적인 연구가 이루어 지지 않는 상태여서 선진국과 기술격차는 1. H. H. You, LG Business insight, 7/22(2009) 2. 큰 편이다. 현재 미국, 일본, 유럽 등은 이미 수처리 2. Frost & Sulivan, Global Desalination Plant 용 세라믹 분리막 상용화가 진행되어 플랜트가 설 Market(2009). 치되고 있는 시점이지만, 향후 국내의 세라믹 소재 3. Richard Alley et. al., Change 2007: The Physical 관련 기반기술 수준을 고려할 때 집중적인 연구개 Science Basis, Summary for Policy makers, WMO, 발을 통하여 기술격차를 줄일 필요가 있다고 판단 (2007). 된다. 특히 탄화규소 수처리 분리막은 외국에서는 4. H. K. Lonsdale, J. Membrane Sci., 43, (1989) 1. 기술 개발이 진전되어 상용화 되고 있으며, 향후 더 5. K. Keizer and J. Burggraaf, Proceedings of 14th 욱 중요해 질 것으로 판단된다. 그럼에도 불구하고 international conference on science of ceramics(the 국내의 경우에는 아직 알루미나 소재를 중심으로 institute of ceramics, state-on-trent, UK(1987) 43. 연구가 진행되고 있으며, 향후 탄화규소와 같은 미 6. Uwe Mueller, Techneau, Ceramic membrane 래 지향적 분리막 소재를 개발하기 위하여 많은 노 applications for filter backwash water treatment, 74 ceramic korea

75 Technical report, 17/01/08 Jan B. Hofs, J. Ogier, D. Vries, E. F. Beerendonk, 7. CEO 360 Degree Perspective on the Global E. R. Cornelissen, Separation and Purification Membrane-based Water and Wastewater Treat- Technology 79(2011) ment Market, technical report, Frost & Sullivan, com/ceramem/en 송인혁 - 고려대학교 금속공학과 학사 - 고려대학교 금속공학과 석사 - 한국과학기술원 재료공학과 박사 - 현재 한국기계연구원 부설 재료연구소 책임연구원 - 현재 UST 신소재공학과 겸임교수 이종만 - 동국대학교 화학공학과 졸업 - 광주과학기술원 신소재공학과 석사 졸업 - 광주과학기술원 신소재공학과 박사 졸업 -미 국 Wake Forest Institute for Regenerative Medicine 박사 후 연수 -현 재 한국기계연구원 부설 재료연구소 선임연구원 하장훈 - 한국과학기술원 재료공학과 졸업 - 한국과학기술원 신소재공학과 석사 졸업 - 한국과학기술원 신소재공학과 박사 졸업 - 삼성전자 LCD사업부 책임연구원 - 현재 한국기계연구원 부설 재료연구소 선임연구원 김영욱 - KAIST 재료공학과 박사 - KIST 선임연구원, 연구원 - 일본 NIRIM 객원연구원 - Univ. of Toronto, Visiting Professor - 현재 서울시립대학교 교수 August

76 FocusⅠ 제5회 첨단세라믹 전시회 ACEInternational Advanced Ceramics Exhibition 신기술 분야 5개 전시회와 합동 개최 - 파인세라믹 관련 산 학 연 부스 30여개 마련 국내 세라믹 산업 발전을 위해 산업통산자원부와 미래창조과학부가 주최하고 한국파인세라믹협회, 나노융합산업연구조합에서 주관하 는 ACE(첨단 세라믹 전시회) 가 지난달 1일부터 3일까지 서울 코엑스에서 열렸다. 전시회 후원은 본지 세라믹 코리아를 비롯해 강원 TP세라믹신소재클러스터산업단, 전남TP세라믹산업종합지원센터, 한국세라믹기술원,한국세라믹학회, 중국상해규산염공업회가 맡았 다. 올해 ACE 전시회는 지난해 전시와 마찬가지로, 신기술 5개 분야(나노, 레이저, 3D Print, 마이크로, 바이오) 전시회와 합동 개최되 었다. 국내 유일한 첨단 세라믹 전시회, ACE 올해 ACE 전시회에는 쌍용머티리얼 (대표 김진영), 미 코(대표 전선규) 등 첨단 세라믹 대표 기업을 포함한 28개 기 업과, 한국세라믹기술원(원장 김민), 강원TP 신소재클러스 터사업단(단장 김상호), 전남TP 세라믹산업종합지원센터 (센터장 김광진) 등 7개의 유관 기관이 참여했다. 지난해 전 (좌) 한국세라믹기술원 부스에서 기술 설명을 듣는 ACE 운영위원 및 초청 주요 인사, (우) 쌍용머티리얼 부스의 제품을 살펴보는 ACE 운영위원 및 초청 주요 인사 76 ceramic korea

77 시(19개 업체, 7개 유관기관 참여)보다 10여개 업체가 늘어 난 결과다. ACE 전시회는 2011년 처음 개최된 이후 해를 거 듭할수록 그 규모가 커지고 있다. ACE 를 포함, 5개 신기술 분야 합동 전시회로 개최된 올 해 나노 코리아 엔 18개국 394개사 565부스가 참가했다. 전 시 기간 동안엔 초청강연, 해외기관 세미나 등 각종 부대 행 사가 마련되었다. 전시회 첫날인 1일, ACE 2015 운영위원회, 주요인사 간담 회 가 코엑스 Lu; 오찬장에서 열렸다. 간담회에는 국제첨단 세라믹전시회 대회장을 맡은 한국파인세라믹스협회 전선규 회장을 포함해 쌍용머티리얼 김진영 사장, 강원TP 신소재 클러스터사업단 김상호 단장, 전남TP 세라믹산업종합지원 센터 김광진 센터장 등 첨단세라믹관련 운영위원 및 초청 주 요 인사 14명이 참석했다. 내 외빈은 오찬장에서 오찬을 마 친 후, ACE관 부스를 돌아보며 참가 업체를 격려하는 시간 을 가졌다. 메르스 여파 이겨내고 성황리에 개최 ACE관 부스는 접근성이 좋은 A홀 출입구 쪽에 자리 잡았 다. 한국세라믹기술원, 미코가 가장 큰 규모의 부스를 마 련해 관람객의 눈길을 끌었다. 쌍용머티리얼, 세원하드 페이싱(대표 곽찬원), 미래세라텍(대표 김성현), 케이택 (대표 이광희) 등 세라믹 업계 유명 기업들도 주력 상품을 진열해 관심을 모았다. 세라믹 기업 참여 업체 부스 August

78 ACE 전시장 탐방 한국세라믹기술원 전시품. 세라믹 기술원은 이번 전시에 CFD를 이용한 탄화규소의 CVD 공정모사 기술 및 그 응용, 폐열활용 열전발전 모듈, 융합바이오세라믹소재, 초음파를 이용한 배출관 막힘 방지 기술을 선보였다. 미코의 세라믹 부품 기능성 세라믹 소재(AlN,Y2O3,Al2O3) 부품(AlN Heater, Ceramic Electrostatic Chuck, Ceramic Substrate)을 선보였다. 이영세라켐의 히터세라믹 부품과 가공 원료. 이영세라켐은 전자 및 반도체 소재산업에 사용되는 각종 첨단세라믹과 무기화합물을 공급하는 업체다. 쌍용머티리얼(주) 세라믹 소재 전시품. 수도용 디스크와 사출제품, 세라믹과 금속 접합기술인 메탈라이징을 소개했다. (좌) 알루미나, 지르코니아, 블랙 세라믹 등 세라믹 부품을 제조하는 맥테크 제품, (우) 반도체, LCD 장비용 정밀 세라믹 부품을 생산하는 CEK 세라믹 제품 78 ceramic korea

79 (좌) 지르코니아 부품 전문 생산 기업 M.I,D의 세라믹 시계줄, (우) 커터코리아의 세라믹 칼 전남TP 세라믹 종합지원센터 참여 기업 코멕스카본 : 카본 부품제조 분야 전문 2. KC : 국내 최초 특수알루미나 제조 3. 메카세라 : 파인세라믹스제품(SiC, AlN 등) 생산 4. YJC : 고온소성용, 양극활물질 열처리용 내화물 생산 5. 티피에스 : 사파이어 가공품, 블루 필터, B4C, 산화세륨 파우더 주력제품 4 5 주최 측은 참가기업의 사업성과를 위해 다양한 프로그램 을 무상 지원했다. 이중 사전에 바이어가 기업 정보를 검색 해 온라인상에서 사전 1 : 1 미팅이 가능한 Match mailing System 이 호응을 받았다. 한 업체 관계자는 해외 바이어들 과 미리 연락을 해 전시장에서 만나기로 했다 며 메르스 여 파로 작년보다 해외 바이어가 줄어들어, 사전에 연락을 해 놓은 바이어들에게 성과를 기대하고 있다 고 밝혔다. 올해 전시회는 갑작스런 메르스 사태로 걱정 속에 이뤄졌 다. 중국 세라믹 기업 등 해외 참여 기업이 불참을 통보해와 아쉽게 교류가 무산되기도 했다. 그러나 주최 측과 참여 기 업 기관들의 노력으로 전년대비 확대된 규모로 행사를 마 무리 할 수 있었다. 올해 나노 코리아에는 40여 개국 1만 여 명의 관람객과 바이어가 참석한 것으로 집계되었다. 전선규 국제첨단세라믹전시회 대회장은 세라믹 산업이 어려운 와중에 산 학 연에서 ACE 전시회에 관심을 기울여 줘서 전시회를 잘 마무리 할 수 있었다 며 내년에는 다양한 비즈니스 프로그램 및 교류를 확대해 ACE가 더욱 전문적인 세라믹 전시회로 면모를 갖추겠다 고 감사 인사를 전했다. 내년 ACE(국제첨단세라믹전시회)는 국내 최대 전시장인 일산 킨텍스로 자리를 바꿔 7월 13일부터 15일까지 열릴 예 정이다. 주학님기자 [email protected] August

80 FocusⅡ 2015 월드클래스 300 및 글로벌 전문기업 육성 산업 대상 기업 선정 - 지난달 1일, 소공동 롯데호텔에서 수여식 열려 - 세라믹 기업, 쌍용머티리얼, 원익 QnC, 케이씨 선정 산업통상자원부(장관 윤상직)와 중소기업청(청장 한정화)가 2015 월드클래스 300 프로젝트 및 글로벌 전문기업 육성사 업 지원 대상 중소 중견 기업 30개를 최종 선정했다. 올해 는 작년 10월 발표된 한국형 히든챔피언 육성정책 에 따라 중소기업청과 산업통상자원부에서 각각 운영하던 월드클 래스 300 과 글로벌 전문기업 육성산업 을 통합해 처음으로 지원대상 기업을 공동 선발했다. 말부터 산 학 연 전문가를 평가 위원으로 구성해 50일 간 4단계 심층 평가를 실시했다. 4단계 심층 평가로 요건심사, 글로벌 지향성과 혁신성, 성장성이 자격 요건 월드클래스 300 및 글로벌 전문기업 육성 산업 선정 대상 은 글로벌 지향성과 혁신성 및 성장성을 갖춘 기업이다. 이 번 선정을 위해 산업통상자원부와 중소기업청은 지난 4월 선정서 수여식에서 오한석 KIAT중견기업지원단장이 결과보고를 하고 있다. 80 ceramic korea

81 표1. 선정기업 지역별 분포 지 역 수 도 권 동 남 권 영 남 권 충 청 권 호 남 권 경기 서울 인천 부산 경남 경북 대구 충북 전북 전남 선정기업 (30개) 분야평가, 현장실사 및 평판 검증, 종합평가가 이뤄졌다. 올해 선정된 기업은 총 30개 사로, 중견기업이 11곳, 중소 기업이 19곳이 선정되었다. 각 기업의 평균 매출액은 1,064 억 원으로 평균 수출액은 5천 9백만 불로 집계되었다. 지역 별로는 수도권 지역 14개사, 비수도권 지역 16개사 기업이 선정되었다. 이번 30개 기업 선정 중엔 세라믹 관련 기업 세 곳이 포 함되어, 세라믹 업계의 위상을 확인할 수 있었다. 선정된 기 업은 쌍용머티리얼(대표 김진영), 원익 QnC(대표 박근원), 케이씨(대표 박주정) 이다. 수여식에 30개 선정 기업 대표 참여 월드클래스 300 및 글로벌 전문기업 육성 산업 선정 기업 수여식은 지난달 1일, 소공동 롯데호텔에서 진행되었다. 수 여식엔 한정화 중소기업청장, 정재훈 한국산업기술진흥원장, 윤동한 월드클래스 300기업협회장을 비롯해 올해 선정 기 업 대표들이 참석했다. 수여식 행사에선 선정 결과보고와, 선정서 수여, 기념 만 월드클래스 300 및 글로벌 전문기업 육성 양성 선정기업 수여식 찬 및 축하공연 등이 진행되었다. 올해 선정된 30개 기업은 향후 10년간 정부 지원을 받게 된다. 정부는 연구&개발, 해외 시장 진출 전략 및 인력, 해외 마케팅 지원 등을 선정된 기업에게 제공할 예정이다. 중소기 업 조종래 중경기업 정책 국장은 월드클래스 300과 글로벌 전문기업 육성사업 기업을 처음으로 공동 선정한 만큼, 중복 되는 지원 프로그램을 배제하고 효율성을 높여 사업의 시너 지를 극대화 하겠다 고 밝혔다. 주학님기자 [email protected] 한정화 중소기업청장과 쌍용머티리얼 김진영 대표 쌍용머티리얼 은 세라믹 절삭공구 국내1위, 구조세라믹스 M/STEM(전자레인지 전자기 파를 발생시키는 마그네트론의 절연 제품)세계 1위 성과를 인정받아 선정되었다. 한정화 중소기업청장과 원익 QnC 박근원 대표 원익 QnC 는 Quartz Ware(반도체 제조공정 웨이퍼 보호용) 생산판매 국내 1위, 세계 2위의 성과를 인정받아 선정되었다. 한정화 중소기업청장과 케이씨 박주정 대표 케이씨 는 국내 유일 수산화알루미늄 생산 기업으로 인정받아 선정되었다. August

82 정책동향Ⅰ 산업부, 탄소섬유복합재 등 첨단소재를 가공하는 기계솔루션 기술개발 착수 - 향후 3~5년간 탄소섬유복합재(티타늄, 사파이어 글래스 등) 미래 유망소재에 대한 가공기술 개발에 426억원 투자 계획 산업통상자원부(장관 윤상직)는 부터 정부의 핵심개 혁과제인 제조업혁신 3.0전략의 일환으로 3개 첨단소재 가 공시스템 기술개발사업을 시작했다고 지난달 12일 밝혔다. 탄소섬유복합재(CFRP, Carbon Fiber Reinforced Plastic) 는 티타늄, 인코넬, 강화흑연강(CGI, Compacted Graphite Iron), 사파이어 글래스 등으로 가볍고 높은 열에 잘 견디며 마모 및 부식이 잘 안 되는 뛰어난 기계적 성질을 가지고 있 어 첨단소재로 알려져 있다. 올해 초까지 산업부는 탄소섬유복합재, 티타늄 등 특수금 속, 사파이어 글래스 등 3종류의 첨단소재를 가공할 수 있는 공정기술, 가공기계 등을 종합적으로 개발하는 3개 과제에 각각 중소기업/대학/출연연구원 등으로 구성한 컨소시엄을 개발자로 선정하고 협약을 체결했다. 최근 초경량, 고강도의 성질을 가진 첨단소재는 각국의 환 경규제 및 연비향상 요구로 인해 수요가 증가하고 있으며, 세 계시장 규모 는 약 300억 달러로 추정하고 있다. 이에 따라 첨단소재를 가공하는 기계에 대한 수요도 증가세에 있다. 특히, 첨단소재의 가격이 지속적으로 감소함에 따라 항공 그림 1. CFRP소재 부품 그림 82 ceramic korea

83 그림 2. 티타늄, 인코넬소재 부품 그림 그림 3. 사파이어소재 이용 미사일 탐색기 부품 기, 자동차 등 연비에 민감한 제품을 중심으로 첨단소재의 사용이 확대되고 있으며, 휴대폰 등을 중심으로 사파이어 글래스 등 고강도 소재의 사용이 확대되는 추세다. 탄소섬유는 보잉사의 B787 항공기 기체의 50%, BMW 전 기자동차(i3)의 섀시 등 중요 부품에 사용되고 있으며, 티타 늄은 터빈블레이드, 사파이어 글래스는 미사일 적외선탐색 창에 사용 중이다. 이러한 세계적인 첨단소재의 수요확대에 따라 국내에서도 탄소섬유 생산을 위한 시설투자가 확대되는 등 관심이 증가 하고 있다. 다만, 첨단소재는 초경량, 고강성 등 기계적 성질 이 우수한 반면 절삭 성형이 어려운 특성이 있어 그간 가공 장비를 전량 수입에 의존하는 등 소재산업의 발전에 발맞춰 갈 기계장비의 역량이 부족했다. 산업통상자원부는 이러한 문제를 해결하고 증가하는 첨 단소재의 수요에 대응하기 위해 공정기술, 장비, 제어기 등을 종합적으로 포함하는 첨단소재 가공시스템 을 개발하여 소 재와 가공기계의 균형적 발전을 유도하기로 했다. 산업부가 추진하는 첨단소재가공시스템의 개발은 선진국 동향을 감안하고, 가공기계 업체, 대학, 수요기업이 공동으로 참여하며 크게 3가지 제품을 개발하는 방향으로 추진하기 로 했다. 첫째, 탄소섬유복합재 가공시스템 개발사업에 5년간( 15~ 19) 290억 원을 투자하며, 15개 기관이 참여하는 산 학 연 컨소시엄을 담당했다. - 개발기관 : 한국생산기술연구원, 한국정밀기계, 기가비스, 씨에스캠, 시그널링크, 티오피에스, 한국기계연구원, 한국 탄소융합기술원, 연세대학교, 중앙대학교, 경북대학교, 빅 토리아대학교(University of Victoria), 광주과학기술원, 영 남대학교, 울산과학기술대학교 - 탄소섬유복합재는 경량, 내열성, 내마모성, 전기절연성이 좋아 항공기, 자동차, 조선, 레저산업 등에 사용이 확대될 것으로 예상 둘째, 특수금속(티타늄, 인코넬, CGI 등) 가공시스템 개발사 업에 4년간( 15~ 18) 78억원을 투자하며, 8개 기관이 참여하 는 산 학 연 컨소시엄이 담당한다. - 개발기관 : 한국기계연구원, 한국생산기술연구원, 창원대 학교, 한양대학교, 보로츨라프공대(Wroclaw University of technology), 두산인프라코어, 대성하이텍, 신명정보 통신 - 티타늄, 인코넬, 강화흑연강 등의 특수금속은 고강도, 고 내열성, 고부식성 등을 요구하는 항공 우주, 자동차, 바이 오산업 등에 활용될 것으로 예상 셋째, 사파이어 글래스 가공시스템 개발에는 3년간( 15~ 17) 58억 원을 투자하며, 8개 기관이 참여하는 산 학 연 컨소시 엄이 담당한다. - 개발기관 : 옥산기계(주), 한국생산기술연구원, 이화다이아 몬드공업(주), 일진디스플레이(주), 지앤피테크놀로지, 국민 대학교, 동명대학교, 금오공과대학교 - 사파이어 글래스는 경도가 높고 내마모성을 필요로 하는 디스플레이, 미사일, 태양광 기판 등에 수요가 증가할 것 으로 예상됨. 이번 기술개발에 있어서 특히 수요가 조기에 확대될 것으 로 예상되는 사파이어 글래스를 가공하는 공정기술과 기계 개발은 당초 5년 계획을 3년 안에 개발해 초기 시장형성에 August

84 적극 대응하기로 했다. 현재 사파이어글래스 가공기계는 14 공정, 1,200m/min 작업성능이나, 공정 고도화 및 기계시스 템 개발을 통해 양면 고속가공(6공정, 1,600m/min)의 고성 능 제품을 출시 예정이다. 이러한 기술개발이 완료되어 상용 화할 경우 23년까지 1,000억 달러에 달할 것으로 예상하는 전세계 첨단소재 가공기계분야의 수요에 대응해 국내 공작 기계 산업이 이 분야에 진출하고, 소재를 사용하는 수요산업 의 발전에도 이바지할 것으로 기대하고 있다. 산업통상자원부는 기술개발의 실효성을 높이기 위해 올해 하반기에는 수요기업, 개발기업 전문가 등이 참여하는 포럼 을 운영하여 성과물의 지속적 수요창출 확대방안과 정부부 처 공동 지원사업을 검토하기로 했다. 또한 16년부터는 개발 된 첨단소재 가공시스템의 성능 검증을 위한 검사장비를 구 축하는 첨단소재 가공시스템 기술기반구축사업 도 추진함 으로써 개발제품의 신뢰성을 높이기로 했다. 2. 첨단소재 가공시스템의 개념 - 초경량, 고강성 등 기계적 성질이 우수한 반면 절삭ㆍ성형 이 어려운 소재들을 가공(운영 솔루션 포함)하여 최종제 품을 양산하는 시스템을 의미함. 첨단소재란 내열성, 내식성 및 내마모성이 우수한 CGI(Compacted graphite Iron), 티타늄, 인코넬, 고강도ㆍ초경량 복합소재인 CFRP(Carbon fiber reinforced polymer) 등의 신소재 - 첨단소재는 기존 공정으로는 생산효율이 낮아 소재의 가 공성을 높이거나 새로운 공구, 공정, 장비 및 시스템 등을 패키지로 개발 필요 3. 첨단소재 가공시스템의 중요성 첨단소재의 초경량, 고강성 성질로 인해 고부가가치 산업(항 공/우주, 자동차, 디스플레이)을 중심으로 적용 확대 중이며 수요산업의 경쟁력을 견인할 핵심기술임 [첨단소재 가공시스템 개념] 1. 첨단소재 가공시스템의 필요성 첨단소재의 가격하락, 시장확대, 선진국의 강력한 환경규제 및 글로벌 기업들의 기술적 독점 등 빠른 산업환경 변화에 대응 필요 4. 산업 트랜드 변화 소재의 가격하락, 각국의 환경규제 및 연비향상 요구로 첨단 소재 적용제품 급성장 Boeing 787(50%를 탄소섬유 사용, 연료 효율 20% 향상), 자동차(벤츠, BMW, 포드 등 내/외장 부품 적용 착수, 3천톤 사용/ 11년 9천톤 사용/ 15년) 출처: 미국 테네시대학교 우주연구센터 그림 4. 첨단 소재의 가격하락과 적용범위 증가 현황 84 ceramic korea

85 정책동향Ⅱ 내년도 산업부 R&D중점투자방향 확정 년 산업R&D의 키워드는 스마트화, 안전, 친환경, 실버 웰빙, 무인화, 경량화 산업통상자원부는 내년도 추진할 R&D과제기획의 방향을 제시하는 2016년 산업기술R&BD전략(이하 R&BD전략 ) 을 수립하고, 지난달 17일 산업R&D조정위원회(공동위원장: 산업기반실장 박희재 산업통상자원R&D전략기획단장) 를 개최하여 확정하였다. 산업기술 R&BD전략은 산업기술평가관리원, 산업기술진 흥원, 에너지기술평가원이 각각 분산 수립하던 R&D투자계 획을 13년부터 통합했다. R&BD전략은 글로벌 산업트렌드, 국내외 R&D투자동향 분석을 바탕으로 창의 소재부품 시 스템 에너지 산업분야(42개 세부산업), 279개 핵심기술개발 테마를 발굴 제시하였다. 산업부 R&D 정책자문기구로서 민 간전문가로 구성된 R&D전략기획단 주도하에 업계 전문가회 의를 수차례 거치는 등 산학연관 협력 방식으로 수립되었다. 산업부는 원칙적으로 핵심기술개발테마 범위내에서 내년 도 R&D신규과제를 기획 지원할 계획이므로 R&BD전략은 산업부 R&D지원의 나침반 역할을 한다고 볼 수 있다. 산업부는 산업기술 R&BD전략이 정부 R&D는 물론 민간 투자에도 방향성을 제시할 수 있도록, 2017년 전략 수립시에 는 산업 트렌드 및 대내외 민간 정부 R&D 투자동향을 보다 [2016년도 중점투자방향] 메가트렌드에 부응한 신산업 육성 주력산업의 고부가가치화 新 교역환경에 따른 산업경쟁력 제고 글로벌 에너지 이슈 대응 고령화, 삶의 질 향상, 창의 감성의 중요성 부각 등에 대응하여 신기술 신시장 지속 창출 소재부품(철강, 화학, 반도체 등), 시스템(조선, 기계, 자동차 등) 등 주력산업에 IT 신기술을 접목하여 고도화 한중 FTA 체결, 중국의 급속한 기술추격, 일본기업 부활, 신흥국 주도 시장재편 등에 대응 기후변화, 안전 등을 중심으로 에너지 분야 현안이 全 세계적 수준으로 확대 등의 내용을 담고 있다 엄밀히 분석하여, R&D투자의 포트폴리오전략을 보다 명확 히 제시할 예정이다. [2016년 R&BD전략의 특징] 1) 한정된 재원을 효율적으로 배분하고 국가 R&D의 효과성 을 제고하기 위해 핵심투자대상과 테마수를 대폭 축소. - 핵심투자대상 : 2015년 195개 2016년 113개 - 핵심기술개발테마 : 2015년 387개 2016년 279개 2) 산업간 연계가 필요한 대형과제 중심으로 5개 융 복합 핵 심투자대상(라이프케어 서비스, 고효율 전력소자, 3D프린 팅, 무인기, 제로에너지 테크놀로지) 발굴. 3) 전년대비 ICT와 제조업 융합에 기반한 산업 고부가가치화 와 신기술 신시장 창출에 중점. 4) 한중 FTA 대응, 제조혁신 3.0, 산업엔진, 에너지신산업 육 성 등 주요 정책과 연계성 강화(총 124개 테마). - (한 중 FTA 대응) 폴리우레탄 중간체를 이용한 고부가가 치 소재 기술, 셰일가스 대응 올레핀 제조 고부가가치화 기술 등 54개. - (제조혁신 3.0) ICT 융합 의류제조업 혁신, 스마트 가공 시 스템, 스마트공장 대응 제조용 로봇 등 35개. - (산업엔진) 고유연 전극 및 전해질 소재 기술, 자율주행 기술 개발, 신공정 및 첨단소재 가공시스템 기술 등 23개. - (에너지신사업) ESS 통합서비스, 발전소 온배수열 활용, 에 너지 자립섬, 전기자동차, 태양광 리스대여 등 12개. 5) 고령화 개인화 등 인구구조 변화에 따른 산업적 변화, 감 성 가치 창의의 중요성 대두, 융복합 가속화 등 글로벌 트 렌드 분석에 기반하여 기술혁신의 편익이 실생활에서 체 감되게 하는 스마트화, 안전, 친환경, 실버 웰빙, 융합, 무 인화, 경량화, 공정혁신 등 8개 키워드를 도출하고, 키워드 중심으로 테마 발굴(총 133개 테마). August

86 독자기고 중국 상해 국제공업세라믹전시회 (SIC China 2015) 참관기 정 봉 용_ 한국산업기술평가관리원 세라믹 PD 프롤로그 >> 매년 중국 상해에서 개최되는 국제공업세라믹전시회(SIC China 2015) 가 올해로 7년째를 맞이했다. 지난 6월 10일(수)에서 12일(금)까지 3일간 신국제전시장에서 열린 이 전시회에 필자는 세라믹산업의 글로벌 트랜드와 최신 시장현황 및 연구개발 동향 파악, 전문세미나 참가 및 기업방문과 간담회 등의 목적으로 참가했다. 필자는 세라믹과 관련 융합소재를 연구 개발하 는 연구원으로서 그동안 국내외 세라믹 전시회에 여러 차례 다녔다. 이번 전시회 참관은 세라믹 PD(Program Director)로 서의 첫 번째였기에 기존과는 다른 느낌이었다. 글로벌 경기침체와 최근 메르스(중동호흡기증후군) 사태, 그리고 한중FTA의 영향이 가시화되면서 우리나라 산업은 가쁜 숨을 내쉬고 있다. 특히, 중소기업 위주의 세라믹산업은 그야말로 생존을 위해 발버둥을 치고 있다. 국내총생산(GDP) 대비 R&D 투자율이 경제협력개발기구(OECD)의 34개 회원국 중 1위지만, 동시에 투자 대비 성과 창출이 너무 미미하다는 분석 이 나와 많은 숙제와 고민을 던져주고 있다. 사실 정부의 투자금만을 따지면 24% 수준으로 이는 독일 30%나 미국 37% 등 에 비해 훨씬 낮은 규모이긴 하다. 그렇다면 중국은 어떨까? 중국은 우리나라 세라믹산업의 등 뒤에 있는 것일까? 고개를 돌려 뒤를 봤을 때 중국이 보이지 않을 수도 있다는 불안감은 비단 내게만 느껴지는 기분일까? 압전세라믹 기업 방문 >> 전시회 탐방에 앞서 중국 압전 세라믹 기업을 방문했다. 상해 시내에서 1시간 30여분 거리에 있는 PANT사( 社 ) 는 압전세라 믹 외길 30년을 걷고 있는 중국 최고의 압전세라믹 전문기업이다. 최근 스마트폰 산업의 활황과 더불어 수년간 영업 이익률 25%의 고공행진을 이어가고 있는 기업이다. 일찍이 연구개발의 중요성을 인식한 PANT사( 社 ) 는 지속적인 R&D 투자를 통 해, 박사급 연구원이 5명 포함 36명의 연구원을 갖춘 기술연구소를 자랑한다. 이곳의 潘 鐵 淸 대표이사는 우리 일행이 도착 하자마자 담배를 권해 나를 놀라게 했다. 테이블에는 친절하게도 재떨이가 놓여있고 본인 또한 연신 줄담배를 피워가며 회 사 소개와 생산제품 설명을 하는 게 아닌가! 대륙인의 기질이랄까? 사무실에서 담배를 물고 비즈니스 회의를 하다니말이다. 비흡연가인 나로서는 딱히 환영할만한 상황은 아니였지만 중국 문화의 하나로서 멀리서 온 손님을 융숭히 접대하려는 마 음이 보였다. 압전세라믹은 말 그대로 압력을 가하면 전기가 발생되고 그 반대로 전기를 흘려주면 변위가 발생하는 특이한 소재다. 일 상생활에서는 가스렌지와 라이터의 점화장치가 그렇고 초음파 가습기가 대표적인 압전세라믹 응용제품이다. 우리나라 세 86 ceramic korea

87 라믹 업계와 연구계에선 이미 압전세라믹에 대한 굉장히 많은 연구개발을 진행하고 있다. 올해의 산업소재핵심기술개발사업 수요조사에서도 스마트카용 압전센서 세라믹 소재와 플렉시블 박형 압전디바이스 등과 같은 테마가 포함되어 있어 압전세 라믹에 대한 관심과 수요는 끊이지 않고 있다. 최근의 핫이슈인 IoT 산업의 성공 열쇠는 센서가 쥐고 있다고 해도 과언은 아닐 정도다. 그 중심이 되는 소재가 바로 세라 믹이다. 인간의 오감을 구현할 수 있는 유일한 소재가 세라믹이기 때문이다. 허나, IoT 산업에서 중국 업체들 추격이 맹렬하다. 분야에 따라서는 이미 추격을 허용하는 상황도 속출하고 있다. 이번에 방문한 PANT사( 社 ) 역시 그렇다. 지속적인 연구개발 과 저렴한 인건비, 중국 정부의 압도적인 지원 정책을 등에 업은 중국 세라믹 기업들의 상승세를 그저 지켜만 봐야하는 우리 나라 기업들의 속은 바싹바싹 타들어가고 있는 실정이다. 그러나 아직 희망은 있다. 세라믹 산업을 바라보는 우리나라 정부 의 시선이 달라졌기 때문이다. 필자 또한 세라믹 PD로서 해야 할 일들이 산적해 있음을 실감할 수 있던 업체 탐방이었다. 기술세미나 >> 매번 상해 전시회에 빠지지 않는 행사 중 하나가 중국 상해 규산염연구소와 상해세라믹협회가 주관하는 기술세미나 다. 중 국, 일본, 한국 등의 세라믹 전문가를 초빙하여 최근 기술 이슈와 동향을 발표하고 논의하는 자리다. 이번 세미나에선 30여 명의 관련 청중들이 참석해 진지한 질문과 토의가 이뤄졌다. 내화물 기술개발동향과 세라믹 코팅소재 관련 발표가 매우 인 상적이었다. 옥의 티라면 발표자 대부분이 주어진 발표시간을 너무 많이 초과했다는 점이었다. 덕분에 많은 내용들을 들을 수는 있었지만 행사 관계자들의 보다 매끄러운 진행이 아쉬웠다. 삼각형 모양으로 구성된 전시관 건물 중앙엔 엄청난 규모의 쓰레기가 산처럼 쌓여 있었다. 며칠 전 큰 행사가 치러진 모양 이다. 쉽게 짓고 쉽게 부수는 것을 반복하며 전 세계가 주목할 만한 비약적인 발전을 거듭하고 있는 중국의 한 단면을 보여 주는 모습이라 생각이 들었다. August

88 기술협력 간담회 >> 금번 상해 세라믹전시회를 총괄 기획한 임직원과 상해 세라믹협회 관계자 및 전남TP 사업화 지원 담당자, 해외마케팅 전담 회사 대표 등과의 기술협력 간담회를 가졌다. 지난 십여 년 동안 한국의 파인세라믹스협회는 중국의 세라믹협회, 상해규산 염연구소 등과의 인적교류를 통해 양국간 세라믹산업의 현황과 전문기술 교류 등 많은 성과를 만들고 있다. 무엇보다도 중 국인의 특성상 시(우리말의 관계) 를 매우 중요시하기에 지난 세월 동안 쌓아온 시는 향후에도 우리나라 세라믹 업체 의 중국시장 진출 등에 음으로 양으로 큰 기여를 할 것임은 의심할 여지가 없다. 간담회에선 특히 요즘 중국 제품에 대한 논평이 흥미로웠는데, 중국 측은 신용과 품질이라는 두 마리 토끼를 모두 잡기 위해 중국 당국에서도 관리와 계몽 강화 등 부단히 노력중이며 업체들 또한 과거와는 확실히 다른 자세로 세라믹 비즈니스 에 임하고 전했다. 또한, 중국이든 한국이든 협회와 협회가 단지 만나서 악수하고 MOU 체결하는 것으로 그쳐서는 안 되며 보다 실질적인 협력방안 논의와 가시적인 성과 창출에 더욱 힘을 써야할 것이라는 뼈 있는 코멘트를 전했다. 중국은 이미 한국산 첨단세라믹 제품 수입을 꾸준히 늘려가고 있으며 올해 또한 전년 대비 15% 수준의 증가 추세를 보이 고 있다. 이는 시진핑 주석의 개방정책에 따른 성과로써 우리나라 세라믹 기업들의 중국 진출 기회가 점차 확대되고 있음을 의미하는 신호이다. 또한, 중국 세라믹 관련 유통 및 수입업자들은 한국 업체로부터의 고품질의 세라믹 제품을 안정적으로 공급받고자 하는 수요가 크게 증가하고 있다. 이런 기회를 십분 살리고자 전남TP에서 의욕적으로 사업화 지원사업을 추진 하고 있으며 그에 따른 결과로서 해외 유수의 수요기업들에 대한 이메일, 텔레마케팅, 온라인 미팅 등의 입체적인 전략을 통 해 가능성을 확인하는 가시적인 성과를 거두고 있다. 실제 43건의 구매상담, 8건의 바이어 매칭, 1건의 관계자 협의회를 개 최했다. 특히, 프랑스의 세계적인 유리 제조사인 쌩고뱅과 CIS사의 고순도 알루미나 분말 관련 매우 높은 수준의 기술상담 이 진행되었으며, 쌩고뱅의 내마모 세라믹 제품에 채택을 위한 쌩고뱅 연구소의 자체 시험이 이루어지고 있다는 소식이다. 매우 고무적인 성과라 하지 않을 수 없다. 최종적으로 국내에서 제조한 알루미나 분말 소재가 세계 최고의 프랑스 회사에 납품되어 국내 세라믹 원료 업체들의 위상 제고는 물론 우리나라 원료산업 발전의 신호탄이 되어주길 간절히 바란다. 중국 상해 국제공업 세라믹 전시회 SICChina2015 >> 중국 상해 국제공업 세라믹 전시회(SIC) 는 세계 56개국, 12,000여 방문객이 참관하는 세라믹 전문 전시회로서 중국 현지 에서만 만여 명, 그 이외 국가에서 이천 여명의 전문 참관자가 모이는 커다란 기술 및 산업전시회다. 금번 세라믹전시회가 열리는 상해 신국제전시장은 얼마 전까지만 해도 세계 최대 규모를 자랑했었다. 그러나 불과 수개월 전, 상해 홍차오 공항 부근에 새로운 전시장이 들어서면서 그 타이틀을 내주게 되었다. 물론 세계 최대 규모며, 축구장 49개 를 모아놓은 면적과 같다. 우리나라 코엑스 전시장의 13배 규모다. 어쨌든 이번의 전시장도 크기가 만만찮기에 발품 팔며 돌 88 ceramic korea

89 아다니노라면 입에서는 단내가, 발바닥에는 불이 날 각오를 해야 한다. 전시회 분위기는 전반적으로 차분했다. 그동안 여러 번 중국과 일본의 세라믹 전시회를 다녔었지만 이번처럼 분위기 자체 가 밍밍한 경우는 드물었다. 이럴 때도 애꿎은 메르스(중동 호흡기증후군)에게 탓을 돌리면 될까? 홍콩의 경우, 한국발 비행 기 승객들은 따로 몰아 체온 체크를 하지만, 중국은 평소와 다름없었기에, 메르스 탓만 하기엔 좀 그렇다. 허나, 국내 전시팀 중에는 메르스 때문에 출장을 포기한 경우가 있었으니 전혀 무관하지 않다고 볼 순 없다. 뿐만 아니라, 금번 일정에 포함되었던 중국 상해규산염연구소 방문 또한 상대방의 정중한 방문자제 요청을 수용할 수밖 에 없었으니 가장 아쉬운 대목 중의 하나였다. 어쨌거나 저쨌거나 그나마 번듯하게 전시부스를 꾸며놓은 업체는 몇 개 되지 않았으니, 참관 내내 창의적이고 획기적이며 사이즈가 압도적인 등의 차별화된 부스 구경하는 재미는 포기해야 했다. 세라믹 소재는 일반인들의 눈에 그저 하얀 가루 그 이상도 이하도 아니다. 그 원료를 밀가루처럼 분말을 만들기 위해 업 체들은 분말을 정제하고 또 혼합하여 용도에 맞는 최적의 배합 비를 얻기 위해 부단한 노력을 한다. August

90 세라믹 제품을 만드는 과정은 제빵 과정과 놀랄 정도로 닮아있다. 매우 곱고 불순물이 섞이지 않은, 잘 정제된 밀가루에 효모나 첨가물을 넣고 잘 배합하여 반죽하고 특정한 틀에 넣어 오븐에 넣고는 일정한 온도로 구우면 비로소 맛있는 빵이 된다. 이 과정을 그대로 따라하면 세라믹 제품이 되는 것이다. 즉, 세라믹 원료(Al 2 O 3, ZrO 2, TiO 2 etc.) 분말을 필요로 하는 만큼의 고순도로 정제하여 최적의 비율로 혼합하는데 이때 희토류나 제2, 제3의 첨가원소를 가미함으로서 특정한 조성을 갖는 원료소재를 만든다. 이를 요구되는 형상이 되도록 금형에 넣어 프레스 등으로 성형을 한 후 경우에 따라서는 1,000 이상의 고온 소성로에 넣어 소결을 시키면 비로소 전자세라믹이나 구조세라믹 등의 세라믹 소재 부품이 완성되는 것이다. 빵의 맛을 결정하는 것은 밀가루의 순도와 배합조성과 온도와 시간 등이 결정하며 세라믹 제품 또한 그 특성을 좌우하는 것은 세라믹 원료의 순도와 조성비와 소성 온도와 시간이다. 제조 공정은 흡사하지만 가격은 천지차이다. 식빵 하나에 3천 원이라면 와인 잔 하나 가득 담은, 좁쌀보다도 훨씬 더 작은 크기의 고성능 MLCC(적층 세라믹콘덴서) 가격은 무려 1억 원 이 넘으니 말이다. 중국은 온갖 광물 자원이 넉넉한 국가인지라 국가 차원에서 세라믹과 희토류 등의 원료 소재를 전략 물자화 하는 속도는 점차 빨라지고 있는 것 또한 현실이다. 결국 앞선 기술 개발이 유일한 대안이다. 전시회장을 돌아다니다가 세라믹 원료 소재 업체의 전시부스에 늘어놓은 형형색색의 바가지에 담긴 순백의 세라믹 원료를 손가락에 묻혀 비벼보았다. 지문의 골과 마루 에 미세한 가루 알갱이들이 바스락거렸다. 일본과 중국의 틈 사이에 끼어 소위 넛크랙커 신세가 되어가는 우리나라 산업, 특 히 세라믹산업의 힘겨운 분발소리가 들리는 듯했다. 한국관은 9개 첨단세라믹업체와 5개의 세라믹 유관기관이 공동으로 전시부스를 마련했다. 한국이라는 브랜드를 걸고 메 이드 인 코리아 제품을 홍보하고 마케팅하는 공간이며, 각각의 업체들은 자사의 주력 제품을 세일즈하고 기관들은 중국어 통역인력 지원을 하며 참가 기업들과 밀착 지원을 펼치는 공간으로 마련되었다. 한국관은 전시기간 3일 내내 북적였다. 특히, M사의 마케팅 성과가 돋보였다. 적색 계열의 색상 발현에 강점을 보유하고 M사는 주로 지르코니아를 이용한 다양한 악세사 리류를 전시했는데, 현지 참관객들의 큰 관심을 모았다. 특히, 중국의 한 투자자는 모든 아이템을 현지에서 직접 생산할 수 있는 일괄 생산라인 구축을 요청했으며 만일 계약이 실현될 경우 그 투자 규모는 1,800여억 원에 이르는, 말 그대로 잭팟을 터트릴 수 있는 성과로 기대된다. 이번에 출품된 제품 중 사파이어가 흥미를 끌었다. 모스 경도가 다이아몬드 다음으로 높은 최강의 물질이 사파이어이며 원소는 알루미늄과 산소가 결합된 알루미나다. 물론 세계 경기 불황의 여파로 국내 사파이어 제조사들의 상황은 녹록치 않 다. 한때 애플사가 아이폰 커버글라스로 사파이어를 채택한다는 기대감이 팽배했으나 역시 가격 부담은 결론을 무기한 연 기하게 만들었단다. 애플이 요구하는 납품단가는 3만 원 정도라면 업계가 받아내야만 하는 가격은 7만원이 넘기 때문이란 다. 그 가격 간극이 안드로메다와 지구 사이의 거리처럼 멀지만 기술은 가히 빛의 속도로 발전하고 있으니 조만간 사파이어 가 유리를 대체하며 스마트폰 등의 모바일 기기 커버글라스로 화려하게 등장할 날은 그리 멀지 않을 것이다. 그때 우리나라 90 ceramic korea

91 기업의 비상을 소망하는 마음 간절하다. 중국의 기술력을 과연 어느 정도 인정을 해야만 할까? 우리나라와 중국을 놓고 볼 때 누가 first mover이며 누가 fast follower인가? 점점 넛크랙커 신세가 되어가는 우리나라 산업에 있어서 중국은 어떤 존재일까? 중국과 한국을 비교해보자. 13억 명 vs. 0.5억 명이다. 지구 최고의 자원보유국 vs. 거의 없다시피 하다. 한때는 무조건 싸게만 만들 수 있었던 중국이었 지만, 그래서 품질은 형편없었던 중국이었지만 이제는 아니다. 외국 선진 기술을 배우기 위해 그 회사를 아예 통째로 사들 여 기술을 흡수하는 중국이며 수많은 젊은이들이 선진국에서 유학을 하고는 돌아가 돈을 벌 수 있는 바탕이 굳건해지고 있 는 나라가 바로 중국이다. 가격 대비 성능이 좋은 제품이 중국제품이라는 이미지가 강해지고 있다. 게다가 중국인들의 대륙 적인 기질과 대국이라는 자존심은 곧 자신감으로 표출되고 있으니 세계를 움직이는 G2 국가로서의 위상은 도저히 넘을 수 없는 벽이 되어만 가고 있다. 그런 것들은 중국 출장길에서 늘 느끼는데 그럴때면 오싹해진다. 대한민국의 미래는 과연 무엇 에서 담보되어질 수 있을까? August

92 사진에서와 같이 천도가 훨씬 넘는 고온에서 구워 만든 세라믹 부품들은 거의 모든 산업에서 쓰이지 않는 곳이 없을 정 도로 중요한 역할을 맡고 있다. 대부분 기능성 제품들이다. 금속의 진화물이 바로 세라믹이란 생각을 필자는 오래전부터 갖 고 있다. 금속에 산소나 질소 혹은 탄소 등이 결합되면 세라믹이 되는 식이다. 즉, 알루미늄과 산소의 만남은 알루미나이며 질소와의 결합은 질화알루미늄이 된다. 지르코늄과 산소는 지르코니아가 되며 티타늄과 산소의 우아한 만남은 티타니아라 는 세라믹이 되는 것이다. 세라믹은 어쨌든 약방의 감초이며 산업의 비타민일 뿐만 아니라 부품을 부품답게, 그리고 시스템이 될 수 있게 하는 소재 다. 세라믹 소재는 보이지 않는 곳에서 묵묵히 본연의 기능과 임무를 수행한다. 스마트폰 부품의 70%, 이차전지의 80% 이 상이 세라믹 소재로 만들어졌다는 사실은 빙산의 일각이다. 마치 아름다운 눈코 입을 가진 얼굴을 받치고 있는 것은 골격 같이 참관한 한국 파인세라믹협회, 기업, 테크노파크 관계자들과 기념 촬영 92 ceramic korea

93 이며 그것이 바로 세라믹 소재로 구성되어 있는 것과 다르지 않다. 이번 전시회에 한국관 공동부스의 일원으로 참가한 우리나라 첨단세라믹 업체 관계자들에 의하면 짧은 3일간의 일정이 었지만 성과는 나쁘지 않다고 한다. 전시회라는 것은 하나의 축제마당이며 커다란 시장이다. 막연히 부스를 차려놓고 지나 가는 막연한 참관객들의 발길을 붙잡아 사업을 해보겠다는 생각은 폐기처분되어야 하는 고리타분한 유물이다. 따라서 사전 에 충분히 해외 바이어들을 파악하고 연결을 시도하고 제품과 기술을 홍보하고 기술 상담을 제의하고 궁극적으로는 상해 세라믹전시회에서의 미팅을 이끌어내는 전략만이 유효하다. 이번에 참가한 많은 업체들은 올해 10월 독일 뮌헨에서 3년 주 기로 개최되는 세라믹박람회를 기대하고 있다. 이때, 전술한 선제적이고 입체적인 전략을 구사함은 물론이다. 세라믹 PD로 서 그들과 고민을 함께해야 하는 이유다. 에필로그 >> 최근 우리나라는 중국과의 FTA 체결로 산업 전반에 걸쳐 직간접적인 영향을 받고 있다. 특히, 세라믹산업의 경우 저가의 중 국산 제품들이 관세 즉시 철폐로 인해 물밀 듯이 수입되는 상황이 예상되며 이로 인한 국내 세라믹 업체들의 경영난 가중이 불가피하다고 하겠다. 또한, 범세계적인 경기침체는 세라믹산업에도 직격탄을 날리고 있으며, 그 여파로 전시회 규모는 매년 축소 추세다. 고성능의 고가 제품은 일본이, 저가의 대량생산 제품은 중국이 점차 그 점유율을 늘려가고 있으며 국내 세라 믹산업의 시대적 흐름에 대한 적응과 대비가 시급하다. 코트라 등의 정부지원을 받아 그나마 해외 전시회에 참여 기회를 얻고 있는 실정이지만 극히 일부에 한정될 뿐이기에 보 다 적극적인 지원 확대가 필요하다는 업계의 요구가 높아가고 있다. 이때, 중소 세라믹 업체 대상의 해외 수요기업과의 비즈 니스 물꼬를 트기 위한 맞춤형 전문 컨설팅과 체계적 지원 프로그램 강화가 필요다고 생각된다. 언제까지나 등 뒤에서 쫓아만 올 줄 알았던 중국이 어느새 어깨를 나란히 하고 있는가 싶더니, 분야에 따라서는 우리나 라가 중국의 등을 바라보며 뛰어야 하는 시대가 되고야 말았다. 희토류를 포함한 어마어마한 광물자원 대국인 중국은 더욱 엄청난 인구와 강력한 산업화 정책 추진으로 가히 미국과 견줄 수 있는 G2 국가로 탈바꿈하고 있다. 세라믹산업 또한 중국 과의 경쟁이 곧 생존여부를 판가름할 수 있는 잣대가 되고 있는 실정이다. 세라믹 PD로서 국가 R&D 예산이 한 푼도 헛되이 쓰이지 않도록 최고효율의 세라믹 R&D 기획을 함으로서, 시시각각 생사의 기로에서 고군분투하는 대한민국 세라믹 기업에 힘을 보태야 한다는 사명감이 다져진다. 정봉용 박사는 인하대학교에서 금속재료공학 학 석사, 세라믹코팅으로 박사 학위를 취득했다. 캐나다 McGill 대학에서 재료공학 Postdoc., Research Assistant, 코리아티타늄(주) 연구소장, 한국세라믹기술원 책임연구원, 산업통상자원부 섬유세라믹과 전문관 등을 역임한바 있으며, 현재 한국산업기술평가관리원 세라믹PD로 재직 중이다. August

94 Intervew 강원테크노파크 신소재사업단 김상호 단장 강릉과학산업단지 내에 위치한 강원테크노파크 신소재사업단 은 2005년 발족되어 10여 년간 강원지역 세라믹 신소재 연구 및 생산거점 역할을 해왔다. 신소재사업단은 세라믹신소재지원센터를 비롯해 SoP 지원센터, 반도체부재공장, 신소재 제1,2 밴처공장을 강릉 과학단지에 설립하여 세라믹 소재 생산 및 기술, 인력양성에 주력하고 있다. 올해 4월 22일, 김상호 전 대구테크노파크 나노융합실용화센터 소재분야 팀장이 강원테크노파크 신소재 사업 신입 단장으로 선임되었다. 김상호 단장은 10년간 다양한 소재 사업을 이끈, 현장 경험이 많은 전문가로 평가받고 있다. 취임 후 바쁜 시간을 보내고 있는 김상호 단장에게 강원테크노파크 신소재 사업단 현황과 앞으로의 목표를 전해 듣는 시간을 마련했다. 94 ceramic korea

95 강원테크노파크 신소재 사업단 전경 늦었지만 강원테크노파크 신소재 사업 단장으로 취임되신 걸 세 라믹분야 독자를 대표해서 다시 한 번 축하드립니다. 취임한지 약 3개월이 되어갑니다. 그간 소회에 대해 한 말씀 부탁드립니다. 8월의 시작을 앞두고 인사드립니다. 산업 특성상 열을 가까 이 하는 일이 많은 세라믹관련 분야에서는 더욱 여름나기가 힘이 들 줄 압니다. 막바지 더위에 기력 잃지 않도록 건강관 리 잘하시기 바라며, 곧 다가올 청명하고 시원한 가을의 기 운처럼 저희 강원테크노파크 신소재 사업단도 여러분들과 함께 하기 위한 새로운 도약을 위해 힘차게 노력할 것을 약속 드립니다. 단장님은 10여 년간 대구테크노파크 나노융합실용화센터 책임 연구원으로 종사하면서 센터 운영 노하우를 쌓아 오신 걸로 알고 있습니다. 앞으로 강원테크노파크 신소재사업단 의 운영계획과 차후 나아갈 방향에 대하여 소개 부탁드립니다. 테크노파크에 처음 근무하게 된 것이 2004년 11월 이었으니 어느새 10년이 넘는 시간동안 관련 업무를 수행하고 있습니 다. 처음에는 정확히 어떤 업무를 하는 곳인지 감을 잡지 못 하고 지역 R&D사업을 중심으로 사업 기획보고서 작성을 도 우며 일을 했습니다. 자연스럽게 나노센터의 인프라구축, 기 반구축사업, 기업지원사업, R&D사업 등으로 업무영역이 확 대되었고, 기업체와의 소통과 나노사업의 홍보를 위해 각 회 사를 방문하여 소개하는 일 등을 무던히 직원들과 함께 진 행하며 좋은 결과를 이끌어낸 것 같습니다. 강원테크노파크 신소재사업단은 2005년 세라믹 신소재 산업 클러스터 조성 운영 사업 을 시작으로 세라믹산업 관 련 인프라구축과 기업지원, 인력양성, R&D 사업 등을 통한 기업육성과 유치 등의 과정을 통해 국내 대표적인 세라믹산 업 클러스터를 조성하였습니다. 튼튼하게 조성된 세라믹산업 기반을 활용하여, 현재 진행 하고 있는 기업 지원 사업을 더욱 강화할 예정입니다. 향후 엔 지역자원과 에너지, 융복합 분야의 소재산업까지 그 영역 을 확대, 다양화하여 신소재산업과 강원 지역경제를 위해 노 력할 예정입니다. 또한 직원 개개인의 역량을 높이는 교육을 실시해, 직원들이 소재분야 전문가로서 기업을 서포트 할 수 있도록 하는 것이 목표입니다. 강원지역의 특화된 소재 기업을 양성하기 위해 강원테크노파크 신소재사업단 이 어떤 노력을 하고 있는지, 앞으로의 계획이 궁금 합니다. 우선 국내에서 가장 다양하고 많은 부존자원을 확보하고 있 는 강원도 지역의 특성을 활용해 세라믹 산업을 이끌어 나 갈 예정입니다. 강원도에는 석회석, 규석, 텅스텐, 석탄 등이 부존되어 있습니다. 세라믹 소재와의 융합을 통해 다양한 분 야의 원료와 소재로 활용이 가능한 만큼 지역 부존자원을 활용한 신소재산업을 집중 육성하고자 하며, 이후 에너지산 업과 융복합 분야의 소재, 부품 분야로 확장해 나갈 계획입 니다. August

96 소재, 부품 기업들과의 공동 연구개발 사업을 추진하고 있으 며, 신소재 지원팀 은 시설, 장비 등 인프라의 지속적인 활용 과 관리, 유지보수 등을 지원하고 있습니다. 기업 맞춤형 통합지원프로그램 등 강원권만의 특성을 고려한 여 러 지원사업이 있다고 알고 있습니다. 사업단이 추진하고 있는 주 세라믹 소재뿐만 아니라 신소재 전반을 다루는 사업단으로 발전해 나갈 예정 강릉은 지역적 한계를 극복하고 관광도시에서 과학 도시로 발돋 움하고 있습니다. 이에 대하여 신소재사업단이 많은 역할을 해왔 다고 알고 있습니다. 입주기업에 대한 인센티브 등 입지여건과 사 업단의 기업에 대한 지원사업에 대해 설명 부탁드립니다. 지역적 한계를 극복하고 성공적인 신소재산업 클러스터를 조성할 수 있었던 원동력은 지자체의 강력한 신소재산업 육 성의지에서 찾을 수 있습니다. 강원도와 강릉시의 적극적인 관심과 지원을 바탕으로 지역주력산업으로 선정하여 지원하 고 있으며, 강릉과학산업단지를 조성함으로써 산업인프라와 산업 집적지 기반을 구축하였습니다. 이러한 노력의 결과 강릉에는 강릉과학산업단지와 지원센 터, 벤처공장 등의 입주시설과 함께 R&D 및 시험생산장비 등을 확보하여 창업단계에서부터 중견기업까지 기업의 성장 단계에 맞춘 지원시설과 장비를 제공하고 있으며, 그에 따른 기업지원과 인력양성 프로그램을 지원하고 있어 세라믹산업 과 관련된 모든 것을 One-Stop으로 지원할 수 있는 시스템 을 갖추고 있습니다. 요 기업지원사업에 대하여 소개 부탁드립니다. 현재 강원테크노파크 신소재사업단의 기업지원사업은 크게 두가지 프로그램으로 운영되고 있습니다. 첫번째로 세라믹 신소재산업 클러스터를 조성하면서 집적된 강릉권의 세라 믹 기업들을 대상으로 시제품제작지원, 제품고급화, 기술지 도, 특허 및 인증지원, 마케팅지원 등의 기술 및 사업화 지원 프로그램을 운영하여 기업의 경쟁력 강화를 유도하고 있습 니다. 두 번째로 강원도로 이전하는 광물자원관련 공공기관 과 연계, 지역자원을 활용하여 신소재 분야에 적용이 가능 한 강원도 내 원료 및 소재기업들을 대상으로 시험생산, 수 요패키지 등의 기업지원 프로그램을 운영함으로써 세라믹산 업 뿐만 아니라 신소재산업의 Supply Chain과 연계한 전후 방 산업으로 사업영역을 확대하여 기업을 지원할 수 있는 시 스템을 갖추고 있습니다. 강원테크노파크 신소재사업단은 그동안 창업기업을 위한 장비 등 기업지원 인프라를 구축해온 것으로 알고 있습니다. 주요 장 비 및 인프라와 추후 추가 설치계획에 대해서 소개 부탁드립니다. 앞서 언급했듯, 강원테크노파크에서는 신소재 지원센터, SoP 지원센터, 반도체 부재공장, 신소재 1, 2 벤처공장을 건립하 고, 기업의 연구개발과 시험생산에 필요한 장비를 갖추어 세 라믹기업의 육성과 성장을 One-Stop으로 지원 시스템을 갖 추고 있습니다. 사업단 내 각 팀(신소재 지원팀, 신소재 육성팀, R&D 사업팀)이 현재 주력하고 있는 사업에 대해 설명 부탁드립니다. 강원테크노파크 신소재사업단은 신소재 육성팀, R&D 사 업팀, 신소재 지원팀, 총 세 개 팀으로 구성되어 있으며, 각 각의 역할과 기능이 구분되어 있습니다. 신소재 육성팀 은 신 소재기업의 기술 및 사업화지원을 위한 기업지원사업과 전 문인력 수급을 지원하는 인력양성사업을 추진하고 있으며, R&D 사업팀 은 사업단의 인프라와 기술을 활용한 세라믹 신소재 사업단 회의 모습 96 ceramic korea

97 김상호 단장 profile 학력 1997 ~ 2000 동경공업대학교 원자핵공학 박사 1993 ~ 1995 동경공업대학교 원자핵공학 석사 주요경력 ~ 현재 강원테크노파크 신소재사업단 총괄 단장 ~ 나노융합실용화센터 책임연구원 ~ 경북대학교 연구교수 ~ 한국원자력연구원 연구원 강원테크노파크 신소재 사업단 단체 사진 신소재 지원센터 내에는 신소재관련연구(기초실험, 박막 증착, 복합재료평가) 및 시제품생산(전자실장, 적층, 전기로, 사출성형)지원장비가 구축되어 있고, 신소재 벤처 1공장에 는 세라믹 신소재 원료 가공(분쇄, 분산, 분급, 혼합, 코팅) 제조 장비들이 있으며, SoP 지원센터에는 SoP(System on Package)용 부품소재 신뢰성 평가(고온, 항온항습, 열충격, 전자부품 검사 측정 접합)의 특화된 장비들을 구축하였습 니다. 마지막으로 반도체부재공장에는 반도체 부자재용 대 형 세라믹 시제품 제조(원료조합, 성형, 소성, 가공) 장비가 구축되어 있으며, 대표적인 성형공정에 필요한 대형 CIP 장 비를 도입하여 전국의 수요기업을 대상으로 장비를 운영하 고 있습니다. 최근 중앙정부에서는 장비에 대한 신규 투자보 다는 기존에 구축된 장비 인프라의 공동활용 등을 통해 민 간시장의 효과적인 활용방안을 찾고 있어 신규 기반구축사 업 보다는 사업단 대내외부적인 협조와 보다 적극적인 노력 을 통해 기존 인프라의 개선, 성능향상, 재활용 등에 초점을 맞춰 인프라를 확충할 계획입니다. 우리나라 각 지역 지원기관들이 많은 장비들을 구축하고 있지만 장비운영 전문요원 부족으로 활용하고자 하는 기업들이 어려움 을 호소하고 있습니다. 이에 대한 사업단의 장비운영 전문요원 확 보와 운영 계획에 대해서 소개 부탁드립니다. 모든 일이 그렇듯이 어떤 성과를 얻기 위해서는 시간과 돈을 꾸준히 투자해야 좋은 결과로 나타나게 됩니다. 현실적으로 신소재사업단 뿐만 아니라 전국각지의 지역특화센터 및 지 원기관들도 마찬가지로 예산, 인원문제 등으로 장비담당자 확보 및 처우 문제에 한계가 있고 결과적으로 지원 기업들에 대한 장비지원 서비스 품질 저하로 이어지고 있습니다. 저희 신소재사업단에서는 신소재지원팀과 R&D사업팀의 연구원 5명을 장비관리인력으로 배치하여 운영을 하고 있습 니다. 향후에는 현재까지 축적된 노하우와 장비특성, 활용기 업의 수요 등을 기반으로 보다 효율적인 관리운영을 위해 전 담인원의 확보와 효율적인 연구원 배치 등을 통해 사용하는 기업들의 애로사항과 불편을 최소화 할 수 있도록 노력하겠 습니다. 마지막으로 인터뷰 중 미진했던 부분이나 세라믹 코리아 독자와 소재분야 종사자들에게 알리고 싶은 내용이나 강조하고 싶은 부 분이 있다면 말씀해 주십시오. 그동안 지자체와 직원들의 노력으로 튼튼한 기반을 구축한 강원테크노파크 신소재사업단이 한 단계 더 도약할 수 있도 록 기업의 목소리에 더욱 귀를 기울이고, 신소재 기업의 꿈 을 이루어주는 True Partner 가 될 수 있는 기업밀착형 지원 기관으로 거듭날 것을 약속드립니다. 감사합니다. 주학님기자 [email protected] 기업에 실질적인 도움이 될 수 있도록 다양한 지원 방법 모색 August

98 연구개발Ⅰ 세계 최고 효율 삼원색 양자점 발광다이오드 개발 - 이달의 과학기술자상 7월 수상자로 선정 미래창조과학부(장관 최양희)와 한국연구재단(이사장 정민근)은 상온에서 세계 최고 효율을 갖는 삼원색(적색 녹색 청색) 양자점 발광다이오드를 개발한 서울대학 교 이창희 교수( 李 昌 熙, 50세)를 이달의 과학기술자상 7월 수상자로 선정하였다고 지난달 1일 밝혔다. 이달의 과학기술자상은 과학기술 마인드 확산과 과학 기술자의 사기 진작을 위해 1997년부터 우수한 연구개 발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 연구개발자를 매월 1 명씩 선정하여 미래창조과학부장관상과 상금을 수여하 고 있다. 양자점 발광다이오드가 상용화되기 위해서는 유기발 광다이오드와 같이 5~20%의 발광효율과 수만 시간 이 상의 수명이 확보되어야 한다. 그러나 기존의 양자점 발 광다이오드의 발광효율은 1~2%정도 수준이고, 수명도 수 십 시간 수준에 머물러 있었다. 이창희 교수는 기존의 양자점 발광다이오드 구조에 서 양극과 음극의 위치를 바꾼 역구조 양자점 발광다 이오드 를 세계 최초로 개발하여 기존 소자보다 3배 이상 높은 발광효율(5~7%)과 100배 이상 긴 수명(약 1000시간)을 확보하는 선도적인 연구 성과를 달성하였 다. 연구 결과가 권위 있는 학술지인 나노레터스에 게재 되어 120회 이상 인용되었고 이창희 교수는 국제디스플 레이학회의 특별 공로상(2014)을 수상하여 연구의 우 수성을 인정받았다. 최근에 연구 성과를 활용하여 세계 최초로 고효율 백색 양자점 발광 다이오드와 순수 자외 선을 방출하는 양자점 발광다이오드를 개발하였다. 이창희 교수는 앞으로도 양자점 및 유기반도체 기반 의 발광다이오드, 디스플레이, 태양전지의 성능을 월등 히 높일 수 있는 연구를 통해 학문 및 산업 발전에 기여 하겠다 고 수상소감을 밝혔다. [연구개발 이야기] 인간과 정보기기를 연결해 주는 통로인 디스플레이는 우리에게는 눈과 같이 중요하며 세상을 보는 창 이라고 할 수 있다. 특히 스마트폰, 노트북, TV 등의 제품에서 디스플레이는 핵심 부품이며, 디스플레이 시장규모는 2014년 1,450억 달러가 넘어서 전 세계적으로 기술 경 쟁이 치열하게 진행되는 분야이다. 지난 10년간의 디스플레이 기술의 주요 변화를 살펴 보면 브라운관(CRT)은 찾아보기 어렵게 되었고 액정디 스플레이(LCD)와 경쟁하던 플라즈마 디스플레이(PDP) 도 올해 생산이 중단되어 역사 속으로 사라지게 되었으 며, 유기발광 다이오드(OLED)가 액정디스플레이(LCD) 와 경쟁하기 시작했다. 유기발광다이오드는 뛰어난 디스플레이 성능을 가지 고 있을 뿐 아니라 휘거나 투명하게 만들 수 있어 장차 시장을 주도하는 디스플레이가 될 것으로 예상되며, 앞 으로도 디스플레이 기술의 진화는 멈추지 않고 유기발 광다이오드를 능가하는 새로운 혁신적인 신기술이 계속 등장할 것이다. 유기발광다이오드 제품이 양산되기 시작한 2007년 부터 이후의 차세대 디스플레이 기술에 관심을 가지면 98 ceramic korea

99 그림 1.(좌) 본 연구진이 개발한 역구조 양자점 발광다이오드의 모식도. (우) 양자점의 구조와 청색, 녹색, 적색 양자점 발광다이오드 사진. 사진 내부의 빨간색 숫자는 각 소자의 구동전압을 나타냄. 서 반도체 양자점(Quantum Dot, QD)의 우수한 광학 적 특성에 주목하게 되었다. 양자점은 나노미터 크기의 반도체 나노결정으로 양자 역학적 현상에 의해 기존의 벌크 반도체와 다른 독특한 에너지구조와 광학적 특성을 나타낸다. 특히 양자점은 크기 조절을 통하여 빛의 삼원색을 포함한 가시광선 전 체에서 원하는 파장의 빛을 내게 할 수 있고 발광선폭 이 좁아서 다른 형광체보다 색순도가 우수한 장점을 가 지고 있어서 디스플레이 재료로 유망하다. 지난 1994년에 최초로 양자점을 이용한 발광다이오 드(Quantum Dot light emitting diode, QLED)가 발표 된 이후에 많은 연구를 통해 성능을 향상시켜 왔지만, 유기발광다이오드에 비해 발광효율과 수명이 아주 낮은 문제점이 있었다. 특히 양극 및 양공을 전달하는 층(양 공수송층)과 양자점이 닿는 면에서 에너지 장벽이 높아 서 양공이 양자점 내부로 잘 주입되지 않고 반대 전극 으로 누설되거나 소자 내부에 갇히는 등 발광효율과 소 자의 성능이 급속히 떨어졌다. 이 문제를 해결하기 위해 본 연구팀은 2012년에 기존 의 양자점 발광 다이오드에서 양극과 음극을 반대로 뒤 집은 역구조 양자점 발광다이오드(inverted QLED)를 세계 최초로 개발하였다. 이 경우 양자점의 원자가띠와 에너지 차이가 작고 양공 전달성이 우수한 유기반도체 를 양자점 박막 위에 쉽게 형성할 수 있어서 양공이 양 자점 내부로 원활히 들어갈 수 있게 되어 문제를 해결하 였다. 그런데 기존 소자와 구동방향이 정반대인 역구조 양 자점 발광다이오드에서는 일함수가 큰(약 4.8 ev) 인듐 주석산화물(ITO) 전극이 음극으로 동작하고, 일함수가 작은(약 4.2 ev) 알루미늄 전극이 양극으로 동작할 수 있도록 해야 하는 어려운 문제가 있었다. 본 연구진은 오랜 기간 유기발광다이오드와 유기태양 전지를 연구한 경험을 바탕으로 산화아연(ZnO)을 도포 하는 방법을 창안하여 이 문제를 해결할 수 있었다. 투 명하고 일함수가 낮은(약 4.0 ev) 산화아연(ZnO) 나노 입자를 인듐주석 산화물(ITO) 전극 위에 도포하면 전 자는 산화아연(ZnO) 층에서 주입되므로 이 문제를 해 결할 수 있었다. 또한, 몰리브덴 산화물(MoO 3 ) 박막을 양공수송층과 알루미늄(Al) 전극사이에 넣어 양공이 효과적으로 주입될 수 있도록 하였다. 이를 통해 기존 양자점 발광다이오드보다 성능이 월 등하게 우수한 세계 최고 성능의 삼원색 양자점 발광다 이오드를 개발하였다. 기존 소자의 최고 기록을 3배 이 상 뛰어넘는 발광효율(적색 : 7.3%, 녹색 : 5.8%, 청색 : 1.7%)과 100배 이상 높은 수명을 달성했다. 그림 2. 플라스틱 기판 위에 제작한 플렉시블 양자점 발광다이오드 August

100 이 연구 성과는 양자점 발광다이오드의 큰 문제점을 해결한 것으로 학술적 가치뿐만 아니라 산업 기술적 중 요성도 인정받고 있다. 본 업적에서 개발된 양자점 발광 다이오드의 효율과 휘도는 현재 상용화된 유기형광물질 에 기반한 OLED에 근접한 수준으로, 양자점 발광다이 오드의 실용화 가능성을 한 단계 끌어올린 것이다. 본 연구의 성과를 인정받아 2014년에 미국디스플레 이 학회에서 수여하는 특별공로상을 수상하였고 다수 의 세계적인 학술대회에서 초청강연을 했다. 특히 양자 점 분야의 세계적 대가들이 참가하는 미국 로스알라 모스 국립연구소 주최 20 Years of Quantum Dots at Los Alamos (Santa Fe, New Mexico, ) 컨퍼런스의 양자점 발광다이오드 분야에서 초청 강연 을 하였다. 이창희 교수 - 서울대학교 학사(물리학) - 서울대학교 석사(물리학) - University of California, Santa Barbara 박사(물리학) - LG화학기술연구원 선임연구원, OLED Project Leader - 인하대학교 물리학과 조교수, 부교수 - 국제전기기술위원회 OLED 표준화그룹 초대 의장 - 서울대학교 전기 컴퓨터공학부 부교수 - 미국 스탠포드대학교 재료공학과 방문교수 - 현재 : 서울대학교 전기정보공학부 교수 - 현재 : 서울대학교 공과대학 연구부학장 겸 연구지원소장 = 용 어 설 명 = 1. 양자점( 量 子 點, quantum dot) - 물질의 크기가 나노미터 영역으로 감소하게 되면 그 이상 의 크기에서 나타나지 않던 독특한 특성이 나타나게 되며, 특히 반도체성 물질은 양자역학적 효과에 의해 전기적, 광 학적 성질이 크게 변화하게 되는데 이런 반도체 나노입자를 양자점이라고 부른다. - 양자점은 크기를 조절하면 원하는 파장의 빛을 낼 수 있고 높은 발광효율로 순수한 색을 내는 장점을 가지고 있어서 이를 이용한 발광다이오드는 차세대 디스플레이 기술로 각 광을 받고 있다. 2. 발광다이오드(light emitting diode, LED) - 발광다이오드는 반도체에 양극과 음극 전극을 접합한 구조 의 소자로 전기장을 가하면 음극에서 주입된 전자와 양극 에서 주입된 양공(hole)이 재결합하면서 빛을 방출한다. - 유기반도체 박막을 발광층으로 사용한 경우에는 유기발광 다이오드라고 하며 휴대폰(삼성전자의 갤럭시 시리즈 등), 대형TV(LG전자의 55, 65, 77인치 OLED TV) 등으로 상 용화되었음. 3. 양자점 발광다이오드(quantum dot light emitting diode, QLED) - 양자점 박막을 발광층으로 형성한 발광다이오드로 전기장 을 가하면 음극에서 주입된 전자와 양극에서 주입된 양공 (hole)이 양자점 내부에서 재결합하여 빛을 낸다. - 일반적인 양자점 발광다이오드는 인듐주석산화물(ITO) 전 극과 금속전극을 각각 투명한 양극 및 음극으로 사용하고 전자와 양공 수송층 사이에 양자점이 박막 형태로 삽입되 어 있다. 4. 역구조 양자점 발광다이오드(inverted QLED) - 기존의 양자점 발광다이오드 구조와는 양극과 음극이 반대 인 양자점 발광다이오드. 즉, 일함수가 상대적으로 큰 인듐 주석산화물(ITO) 전극이 음극으로 동작하고 일함수가 작 은 금속 전극이 양극으로 동작함. - 기존의 양저점 발광다이오드 구조에서는 양공수송층 역할 을 하는 유기박막 위에 양자점 박막을 형성해야 되어서 유 기용매에 녹지 않도록 열경화 또는 광경화가 되는 유기 물 질만 양공수송층으로 사용할 수 있었음. - 역구조 양자점 발광다이오드에서는 양자점 박막 위에 유기 박막을 형성하면 되므로 다양한 양공수송용 유기물질을 사 용할 수 있는 장점이 있음. 5. 발광효율( 發 光 效 率, efficiency) - 단위시간당 발광다이오드에 주입된 전자의 수 대비 방출되 는 광자(photon)의 수를 백분율로 표시한 값. 6. 수명( 壽 命, lifetime) - 발광다이오드의 초기 휘도(brightness)가 반으로 감소하 는 시간. 7. 양공( 陽 孔, hole) - 반도체에 원래 전자로 채워져 있는 에너지상태에서 전자가 빠진 상태(전기장을 가하면 음의 전하를 가진 전자와 반대 방향으로 움직이므로 상대적으로 양의 전하를 가지고 있는 것처럼 보임). 8. 일함수(work function) - 금속 또는 반도체의 표면에서 한 개의 전자를 진공으로 빼 내는 데 필요한 에너지. 9. 원자가띠( 原 子 價 帶, valence band) - 반도체에서 전자들로 채워지는 띠(energy band) 중 최상 위에 있는 띠로 전자가 일부 비어 있어서 양공(hole)이 자 유롭게 이동할 수 있음. 10. 전도띠( 傳 導 帶, conduction band) - 반도체에서 전자가 비어 있는 띠(energy band) 중 가장 낮 은 띠는 전도띠( 傳 導 帶, conduction band)라고 하며 전자 가 자유롭게 이동할 수 있음. 11. 에너지 장벽(energy barrier) - 두 물질 계면에서의 에너지 준위 차이. 100 ceramic korea

101 연구개발Ⅱ 냄새 맡는 전자피부 개발 - 차세대 플렉서블 디스플레이 및 웨어러블 기기 등 적용 확대 기대 앞으로는 스마트 폰이나 로봇이 우리 주변에서 유해가 스가 발생하는 즉시 냄새 를 맡아 알려주거나, 접촉한 사람의 체온과 땀의 정보를 분석하여 건강상태를 체크 해주는 일 등이 가능해질 전망이다. 미래창조과학부 글로벌프런티어 나노기반 소프트일 렉트로닉스연구단 은 촉각, 온도, 습도는 물론, 인간의 피부가 감지할 수 없는 다양한 유해가스 및 유기용매 등 을 분별하는 후각 기능이 보완된 냄새 맡는 전자피부 를 세계 최초로 개발하였다고 밝혔다. 연구진이 개발한 전자피부는 전기용량 이라는 특성 을 이용한 것으로, 우선 화학기상증착법(CVD)을 통해 전기전도도와 탄성이 높은 탄소나노튜브 섬유를 합성 하였고, 이를 기반으로 착용형(웨어러블) 압전전기용량 (piezo-capacitive) 방식의 소자를 만들었다. 이 소자는 휘어지고 늘어나는 피부로서의 특성을 가지면서도, 지 금까지 보고된 촉각 감지 중심의 전자피부와는 달리 하 나의 소자가 촉각과 후각을 동시에 감지 가능함을 확인 하였다. 전자피부(e-skin)는 웨어러블 건강진단기기, 감각을 느끼는 디스플레이, 다기능성 로봇 피부 등 응용 분야가 다양하기 때문에 최근 많은 관심을 받고 있는 연구 분야 이다. 그러나 보고된 대부분의 전자피부들은 압력, 응력, 터치와 같은 촉각형 자극에 대한 민감성 향상에만 초점 을 두고 있어서, 생리학적으로 촉각형 자극뿐만 아니라 온도와 습도변화를 복합적으로 감지하는 인간의 피부를 모방하는데 큰 한계점을 가진다. 그림 1. 촉각과 후각(화학용매)을 감지하는 전자피부 실험 결과 August

102 별 연구를 통해 미래형 전자기기 산업을 선도할 수 있는 핵심 원천기술과 시장을 선점한다는 계획이다. [연 구 결 과 개 요] 그림 2. 나노기반 소프트일렉트로닉스연구단의 연구단계별 목표 연구를 주도한 숭실대 유기신소재 파이버공학과 김도 환 교수는 이번에 개발한 착용형 냄새 맡는 전자피부 는 미세한 물리적인 변형(압력, 응력)에 의한 전기용량의 변화를 감지할 수 있을 뿐만 아니라, 터치 혹은 유해가 스 및 유기용매의 미세한 변화를 감지하여 사용자 주변 환경 및 생체신호를 진단할 수 있다는 점에서 향후 차세 대 플렉서블 디스플레이, 극한 환경 및 사고 감지용 스마 트 로봇피부 등 인간 친화적 전자기기 구현을 위한 원천 기술로 응용되어 큰 부가가치를 창출할 것으로 기대된 다 고 연구의의를 밝혔다. 숭실대 김도환 교수, 박사과정 김소영 연구원, 정영진 교수 연구팀이 주도한 이번 연구는 미래창조과학부 글로 벌프런티어사업(나노기반 소프트일렉트로닉스연구단) 과 신진연구자지원사업의 지원으로 수행되었고, 연구결 과는 재료과학분야 국제학술지 어드밴스드 머터리얼스 (Advanced Materials) 2015년 28호 표지논문(Front Cover)으로 게재되었다. 현재 연구팀은 관련 기술로 2건 의 국내특허를 출원한 상태다. 한편, 나노기반 소프트일렉트로닉스 연구단은 지난 2011년 글로벌프런티어 연구단으로 선정되었으며, 기존 실리콘 소재의 고성능과 유기소재의 유연성을 모두 지 니는 휴대성, 변형성, 사용성이 우수한 유연한 나노 전 자소자 구현을 목표로, 휴대 또는 착용이 가능하고 정 보 송수신, 영상정보 표시, 환경 감지, 자가발전 등의 다 양한 기능이 인간 친화적으로 융합되어 있는 나노기반 의 유연 전자소자를 개발하고 있다. 이는 미래 전자기기 가 우수한 성능뿐만 아니라 사용자의 편의, 착용감, 감 성, 주위 환경과의 자유로운 소통이 가능한 인간중심적 인 형태로 발전할 것으로 예측됨에 따른 것이다. 연구단은 나노 소재 공정 소자 기술 개발을 3대 핵심 과제로, 개별 요소기술 개발(1단계) - 기술 시스템 융합 (2단계) - 성능최적화 사업화(3단계)로 이어지는 단계 1. 연구배경 최근, 웨어러블 헬스모니터링, 촉각 혹은 햅틱디스플레 이, 그리고 스마트 로봇피부와 같은 인간친화형 소프트 일렉트로닉스 분야의 응용을 위해 스트레쳐블 전자피 부(e-skin)가 큰 관심을 받고 있다. 그러나 기존의 전자 피부들은 대부분 압력, 응력, 터치와 같은 촉각형 자극 에 대한 민감성 향상에만 초점을 두고 있어서, 생리학적 그림 3. 매우 미세한 압력센싱이 가능하고, 인간과의 감정적인 교감 (온도, 습도, 및 터치센싱)이 가능할 뿐만 아니라, 사용자 환경감지(가스센싱)가 가능한 고전도성, 고신축성 탄소나노튜브 마이크로섬유 기반의 냄새 맡는 전자피부 모식도 그림 4. 전자피부 센서가 부착된 손 이미지 102 ceramic korea

103 그림 5. 접히고, 뒤틀리고, 늘어나는 전자피부 모습 으로 촉각형 자극뿐만 아니라 온도와 습도변화의 복합 감지를 통해 상대방의 감정을 인지하는 인간의 피부를 모방하는데 큰 한계점을 가진다. 더 나아가 인간의 피부 기능을 넘어선 사용자 환경감지 기능이 보완된 슈퍼전 자피부 개발이 요구되고 있는 실정이다. 2. 연구내용 본 연구에서는 건식방법의 CVD를 통해 합성된 고전도 성, 고탄성 탄소나노튜브 마이크로섬유 및 탄성고무 기 반의 웨어러블 압전전기용량(piezocapacitive) 방식의 소자를 통하여 인간의 피부와 같이 촉각, 온도, 습도를 동시에 센싱하는 스마트 전자피부를 개발하였다. 더 나 아가 인간의 피부가 센싱할 수 없는 다양한 유기용매를 분별하는 후각기능이 보완된 냄새 맡는 전자피부 를 최 초로 제안하였다. 이번에 개발한 냄새 맡는 웨어러블 전 자피부는 미세한 사용자 반응형 물리적인 변형(압력, 응 력)에 의한 전기용량의 변화를 감지할 수 있을 뿐만 아 니라, 터치 혹은 유해가스 및 유기용매의 쌍극자 모멘트 에 따른 프린지 전기용량의 변화를 감지하여 사용자 환 경 및 생체신호를 진단할 수 있다. 3. 기대효과 사용자의 촉각감지와 사용자의 주변 환경감지가 동시에 가능한 신개념의 복합감지형(촉각센싱과 후각센싱) 웨어 러블 전자피부가 개발됨에 따라, 향후 차세대 센서임베 디드 플렉서블 디스플레이 개발과 극한 환경 및 사고 감 지용 스마트 로봇피부 개발에 새로운 가능성이 열렸다. 또한, 지금까지 보고된 촉각센싱 중심의 전자피부 시스 템과는 달리, 하나의 픽셀소자가 촉각과 후각을 동시에 감지할 수 있는 냄새 맡는 웨어러블 전자피부 를 개발한 것은 지금까지 보고되지 않은 원천기술로 기대된다. 향 후 이 연구가 차세대 인간친화형 웨어러블 일렉트로닉스 구현을 위한 원천기술로 응용되어 큰 부가가치를 창출 할 것으로 기대된다. 김도환 교수 - 한양대학교 화학공학과 학사 - 포항공과대학교 화학공학과 석사 - 포항공과대학교 화학공학과 박사 - 포항공과대학교 고분자연구소 박사후연구원 - 삼성종합기술원 디스플레이랩 책임연구원 - 스탠퍼드대학교 화학공학과 박사후연구원 - 현재 숭실대학교 유기신소재 파이버공학과 조교수 = 용 어 설 명 = 1. 양자점( 量 子 點, quantum dot) 촉각, 온도, 습도를 센싱하는 인공피부. 최근 반창고 같이 인체의 피부에 붙이거나 체내에 내장해 이용하는 센서나 전 자회로를 이용하는 연구분야를 통칭함. 2. 촉각디스플레이 터치기능과 질감표현기능이 동시에 발현되는 디스플레이. 3. 화학기상증착법(CVD, Chemical vapour deposition) 화학반응을 수반하는 증착기술로써 부도체, 반도체, 그리 고 도체 박막의 증착에 있어 모두 사용될 수 있는 기술. 4. 탄소나노튜브(CNT, Carbon Nanotube) 원기둥 모양의 나노구조를 지니는 탄소의 동소체. 5. 압전전기용량 방식 압력에 따른 전기용량의 변화를 이용하는 방식. 6. 쌍극자 모멘트 분자의 극성이나 분포의 분리 정도를 나타내는 물리량. August

104 세라믹라이프 소재와 예술의 만남 KCDF 기획전 소재의 무한한 가능성 합( 合 ) 우리는 소재에 대해 얼마나 알고 있을까? 자연이 제공하고 인간이 발전시켜온 소재는 누군가의 손에선 산업제품으로, 누군가의 손에선 예술작품으로 변모한다. 소재는 단순한 재료가 아니다. 인간을 발전시키는 하나의 가능성이다. 지난 6월 26일부터 7월 20일까지 열린 KCDF(한국공예디자인문화진흥원) 기획 전시 소재의 무한한 가능성 합( 合 ) 은 소재 를 통해 수공예 작업을 들여다볼 수 있는 기회를 제공했다. 전시 이모저모를 살펴보며, 소재에 대한 새로운 시각을 가져보자. 제1전시. 소재의 다양성 우리가 나무를 나무 로, 세라믹을 세라믹 이라 인식할 수 있 는 이유는 소재의 특성 때문이다. 소재는 특성에 맞게 활용 된다. 산업에서는 제품의 성격에 맞는 소재가 선택되고, 예 술에서는 예술가가 자신의 생각을 가장 효과적으로 보여줄 수 있는 소재를 선택한다. 제1전시 소재의 다양성 에 전시된 작품들은 이러한 통념 을 깨버린다. 가장 친숙한 소재가 낯설게 활용되어 있다. 소 재의 특성이 사라지면서 소재가 가진 새로운 가능성이 나 타난다. ARTIST : 디자인메소즈 작 품 명 : Woody Wool 이 작품 소재가 목재라고 생각했다면, 작가의 실험은 성공한 것이다. 나무의 모양과 질감을 가졌지만, 이 작품의 소재는 Wool이다. 이 작품은 재료의 새로운 면모를 발견해 그 디자인과 기능성을 산업에 이용하고자 시작된 프로젝트의 결과물이다. 104 ceramic korea

105 ARTIST : 서정화 작 품 명 : Material container 소재의 물성에 대해 끊임없이 탐구중인 작가는 다양한 촉감을 가지고 있는 소재들을 일정한 형태로 가공하여 가구를 만들어 낸다. 금속, 목재, 석재 등 30여개 소재로 조합된 다양한 가구를 만들어 내기 위해 작가는 전통 공예기법부터 기계 부품 생산 기법까지 다양한 기술력을 응용하고 있다. ARTIST : 김진식 작 품 명 : Half Half 석재와 금속의 대비를 통해 새로운 디자인을 실험한다. 자연물인 석재와 금속은 디자인의 변화에 따라 자연과 벗어난 전혀 다른 사물로 재해석 된다. 금속과 대리석이 형태적으로 완벽히 결합되어 하나의 가구로 탄생했다. ARTIST : 이광호 작 품 명 : The moment of eclipse 재료 그 자체에 집중하는 작가는 각각의 재료가 표현할 수 있는 가장 조화로운 비례와 형태를 찾는 작업을 한다. 석재 등 평범한 재료를 어떻게 가공하느냐에 따라 새로운 결과물이 나온다. 작가는 다양한 형태와 기법을 재료에 적용한다. 특히 칠보기법을 사용한 점이 인상적이다. ARTIST : 노일훈 작 품 명 : Rami & Luno 작가는 산업에서 많이 사용되는 첨단소재인 탄소섬유 로 작품을 만든다. 탄소섬유 는 가볍고 튼튼하다는 장점이 있다. 이러한 소재의 특성을 살려 탄소 섬유 실타래를 삼차원 형태로 수작업해 작품을 제작한다. 한국의 전통매듭, 기와지붕의 곡선 등 전통적인 한국의 미를 접목한 실험 결과물을 지속적으로 선보이고 있다. August

106 제2전시. 수공( 手 工 )의 가능성 공장에서 나온 제품과 공예품의 차이는 무엇일까. 시대가 지나도 손으로 만드는 행위가 이어지는 이유는 무엇일까. 제 2전시 수공의 가능성 이 여기에 답을 제시할 수 있을 것 같 다. 수공에 가능성 전시에선 작가가 다양한 소재를 사용해 치열하게 결과물을 만들어내는 과정 을 느낄 수 있다. 작품 은 작가 개개인의 사상을 표현하는 과정이 담긴 결과물이기 때문에, 공산품과 다르게 유일무이하다. 획일화되고 있는 현 대 사회에서 다양성을 드러낼 수 있는 하나의 가능성이 바 로 수공( 手 工 )이다. ARTIST : 박홍구 작 품 명 : Blackwood 작가에겐 결과물 보다 그 결과물을 만들어 내는 과정이 더 중요하다. 진흙을 바른 나무를 훈제해 나온 무늬는 결코 의도해서 나올 수 없는 무늬이다. 깎아 놓은 나무 그릇은 시간이 흐르면서 자연스럽게 뒤틀린다. 그의 모든 작업은 목재의 본질에 접근하고자 하는 과정이다. ARTIST : 돌도끼 작 품 명 : Archetype Series 도구는 재료 표현을 극대화시켜 준기 때문에 예술가에게 무엇보다 중요하다. 소재도구의 중요성을 누구보다 절실히 깨달은 작가는 표현 욕구를 충족시키기 위해 직접 가죽 소재 전문 도구를 만들기 시작했고, 그 결과물이 수십여 개의 가죽 전용 툴 로 나타났다. 과정을 위한 도구 하나하나가 작품으로 변모했다. 현재 그가 만든 도구 툴은 외국 장인, 기업에서 주문제작할 정도로 인기가 많다. ARTIST : 허명욱 작 품 명 : Pastime 하나의 작품엔 무수히 많은 선택이 들어 있다. 작가는 작품의 용도에 맞춰 소재를 고르고, 색, 질감, 패턴을 선택한다. 색은 옻칠 기법으로 작품에 입혀져 그 멋을 더한다. 나무, 세라믹, 금속 등 작가가 사용하는 소재는 사용하는 색만큼 다양하다. 실용적이면서 아름다운 작품을 만들고자 하는 과정이 드러난다. 106 ceramic korea

107 제3전시. 공예와 산업의 만남 제3전시 공예와 산업의 만남 에선 한국공예가 꿈꾸는 새로 운 변화를 보여준다. 한정된 사람들의 공예가 아닌 대중의 공예가 되기 위해 노력의 결과물이 전시되었다. 전국 무형문화재와 다양한 지역 장인이 디자이너와 협업 해 만든 50여 점의 수공예품을 선보였다. 각 지역의 소재와 전통 제작방식을 따르되, 현대 디자인을 접목해 실용성을 높인 작품들이다. 합리적인 가격으로 각 지역, 협회 공예 매 장에 판매되고 있는 수공예품이기도 하다. 제3전시관에 전시된 수공예품의 기능을 설명하는 구병준 큐레이터 이번 전시를 기획한 구병준 큐레이터는 공예의 소재 가 공 방법과 다양한 적용방식의 과정을 보여주는 전시를 목 표로 했다 며 소재의 물리적 한계를 넘어 실생활에 적용할 수 있는 공예의 가능성을 생각해보는 전시로 남았으면 좋겠 다 고 밝혔다. 주학님기자 ARTIST : 물건연구소 작 품 명 : Radius From your hand 각각의 손 모양이 다르기 때문에 접시도 각각 달라야 한다. 수공예 작업은 다양성에 있다는 기조 아래 작가는 50여명의 손을 리서치해 각각의 손에 맞는 나무그릇을 제작하는 프로젝트를 진행했다. 산업화로 잃어버린 사물의 촉감을 되살리는 과정이다. 제3전시관 모습 August

108 Solar Technology Brief 페로브스카이트 박막의 대면적 보완 기술 개발 유기/무기 페로브스카이트(Perovskite) 소재는 태양 에너지를 전기 에너지로 전환하는 분야에서 거대한 응용 전망이 있다. 최근 4년 동안 거듭되는 연구 개발을 통해 페로브스카이트 태양전지의 전환 효율이 기존의 9%에서 현재 20%를 넘어섬으로써 효율 전 환에서 다결정 실리콘 수준에 도달했다. 그림. 페로브스카이트 소재의 흡수와 탈 기체, 구조 재구성 과정 및 대면적 보완 행위. 중국 과학원 칭다우( 青 岛 )바이오에너지 프로세스연구소 연구진 은 장기간 페로브스카이트 신소재와 대규모 제조 공법 개발에 매 진했다. 이를 통해 연구진은 포름아미딘 이온(Formamidine ion) 을 메틸아민 이온(Methylamine ion)으로 대체하는 방법을 이용 하여 더 좋은 밴드갭과 고온 안정성을 갖춘 신형 페로브스카이트 소재(FAPbI 3)를 개발했다. 또한 용액법(Solution method)을 이 용해 막을 개발하는 공법에서 전구체(Precursor) 반응의 제어가 페로브스카이트 박막의 균일성에 대한 제약 작용을 제고하는 연 구를 추진했다. 위의 연구 성과를 기반으로 연구진은 미국 브라운대학(Brown University), 중국 샤먼워이화( 厦 门 惟 华 )광에너지공사와 손잡고 기체 형성 후에 보완하는 새로운 기술을 개발했다. 이 기술은 페 로브스카이트 박막의 균일성을 해결하였다. 관련 연구 성과는 국 제 학술지인 독일 응용화학(Angew. Chem. Int. Edit.) 에 발표 되었다(논문명: Methylamine-Gas Induced Defect-Healing Behavior of CH 3NH 3PbI 3 Thin Films for Perovskite Solar Cells). 대면적의 고품질 페로브스카이트 박막을 제조하는 것은 페로브 스카이트 태양전지 산업을 발전시키는데 핵심으로 꼽히고 있다. 현재 흔히 활용되고 있는 용액법은 소면적의 페로브스카이트 박 막 제조에만 적용된다. 페로브스카이트 소재의 자체가 쉽게 결 정이 형성되고 용액제가 상대적으로 늦게 휘발되는 특성이 있어 분무, 도료 등을 기반한 기술을 활용할 경우 페르브스카이트 박 막 제조에서 많은 결함적 구조가 나타나며 또 균일성에도 차질이 빚어지고 있다. 이러한 결함은 공간 전기장의 불균형 분포를 초 래한다. 이는 광유발 캐리어(Photo induced carrier)의 복확률 (Compound probability)을 향상시켜 제품의 수출성능에 영향을 미친다. 연구진은 연구를 통해 페로브스카이트 소재는 메틸아민 기체와 직접 반응하여 유동이 가능한 액체를 생성할 수 있다는 것을 발견 했다. 이와 같은 양호한 유동 특성은 소재 중의 결함적 구조를 보 완할 수 있다. 여기서 흥미로운 것은 외부 환경을 변화시키면 소재 의 기체가 자체적으로 이탈하게 된다는 점이다. 이러한 과정은 하 나의 호흡과정과도 비슷하며 몇 초라는 시간 내에 페로브스카이 트 박막 중의 결정체 구조의 재구성이 완성된다. 뿐만 아니라 재 구성 후의 격자 취향이 뚜렷하게 높아진다. 이는 페로브스카이트 내부에서 캐리어의 분리와 전송에 유리하다. 이와 같은 기체 보완 공법은 작은 틈 코팅 기술을 이용하여 대면 적의 페로브스카이트 박막을 제조하는 데서 그 우수성이 나타났 다. 협력 파트너인 샤먼워이화( 厦 门 惟 华 )광에너지공사는 이 공법 을 사용하면 크기나 기본 소재에 제한 없이 균일성을 갖춘 대규모 의 페로브스카이트를 생산할 수 있다는 것을 입증했다. 한편 연구진의 연구 성과는 중국 과학원청년촉진회, 국가자연과 학기금위원회, 중국 산둥성( 山 东 省 ) 자연과학기금, 칭다우시( 青 岛 市 )기초과학연구 프로젝트 등의 자금 지원을 받아 수행되었다. 또 한 연구진은 관련 연구 성과를 기반으로 특허를 출원했다. GTB 추운지방에서 태양광 효율을 위한 비교 연구 Schulich학교 공학부는 태양광패널이 어떤 종류(흰색, 녹색, 기 타)의 지붕에서 따뜻한 기후와 추운기후에서 가장 잘 작동하고 비 용 면에서 효과적인가에 대해 비교 연구하였다. 지금까지는 미국의 북부 이웃 캐나다와 같은 시원한 날씨 기후에 가장 잘 작동 할 것이라고 알고 있었다. 이를 뒷받침하기 위해서 옥상 기술의 라이프 사이클을 비교한 첫 번째 연구가 될 것이다. 보도 자료에 따르면, 캘거리 Joule Bergerson가 이끄는 팀의 대 학은 지붕의 세 가지 유형을 분석하였다. 연구에 따르면 흰색(서늘 하고 빛을 반사하는), 녹색(식물로 덮여있는), 기타의 태양광자사 의 연구 보고서를 만들기 위해 최초의 라이프사이클을 기준으로 옥상 기술의 일관된 비교를 하였다. 이 연구는 평가 및 시뮬레이 108 ceramic korea

109 션 소프트웨어 및 라이프 사이클 데이터 배이스를 통해 에너지 성 능 건물에 대한 연구를 하였다. 그림. Schulich학교 공학부 Joule Bergerson와 Eduard Cubi의 연구에서 지붕에 정착된 태양전지패널은 캘거리의 추운 기후에서 최고의 성능이 지속 가능한 기술로 나타났다. 이들의 연구 결과는 학부 에너지 수업에 의해 시작된 산업생태학 저널에 발표되었으며, 이 태양광 지붕의 운송에 영향을 주고 모 든 단계에서 최고의 작동을 보여주었다. 배출, 표준 사무실 건물 의 지붕에 태양전지를 추가하는 것은 도로에서 15차량의 동등한 온실가스 배출을 막는 것과 같다고 Bergerson는 보도에서 밝혔 다. 캐나다와 같이 추운 기후에서, 흰색 지붕의 건물은 난방을 위 해 더 많은 에너지를 사용하고 기존의 지붕을 가진 건물 보다 더 많은 온실 가스를 배출하게 됩니다. 결과는 비교적 낮은 태양 복 사 및 상대적으로 깨끗한 발전 시스템과 밴쿠버와 같은 도시에서 도 효과적입니다. 태양광뿐만 아니라 더 나은 에너지 및 온실 가 스 배출 절감뿐만 아니라, 우리가 녹색 지붕이 더 잘 수행 할 것으 로 예상되고 수생 생태 독성은 다른 영향 범주에 있었다 고 설명 했다. 우리는 또한 흰색 지붕이 온실 가스 배출을 포함한 대부분 의 카테고리에서 총 부정적인 영향을 미칠 것을 보고 놀랐습니다. 우리의 연구결과는 캐나다 지역에서 일관하게 들어났습니다 라고 Bergerson는 덧붙였다. 녹색 지붕은 도로에서 0.2차량 온실가스 배출 예방 효과로 나타 났다. 모든 지붕을 정형화할 수 없지만, 녹색 지붕을 배포 할 수 있 는 방법은 다양하다고 본다. 이 연구의 기여는 다양한 방식으로 이용될 수 있는 전위자원은 옥상에 있다. 연구팀은 사람들이 지역 구체적인 세부 사항을 고려하고 그들이 주택 또는 건물을 구성 할 때 환경성과에 따라 선택할 수 있도록 하기 위해 이 정보를 사용할 수 있기를 바란다고 전했다. 이 논문은 Which type of sustainable rooftop technology is best in cold climates? 의 제목으로 게재되었다. ACB 三 井 住 友 建 設, 수상설치 태양광발전용 플로트 시스템 개발 복수 메이커에 대응 三 井 住 友 建 設 은 물 위에 설치하는 태 양광 발전용 플로트 시스템을 개발했 다. 태양광 패널을 장착하는 플로트와 플로트를 잇는 연결판, 연결판을 고정 하는 밴드로 구성된다. 대부분의 메이커들이 설치하는 태양광 패 널에 대응할 수 있다. 용수지와 저수지, 호수, 댐, 공업용수지 등을 이용한 태양광 발전에 이용할 수 있다. 이 시스템은 하나의 플로트에 태양광 패널 한 장을 부착한다. 설 치할 수 있는 패널 치수는 폭1500mm-1700mm 깊이980mm-1000 mm 높이35mm-50mm. 플로트 내부에 발포제를 채워 손상되었을 경우에도 침수를 막는다. 중공( 中 空 ) 제품과 비교하여 3-5배의 강성( 剛 性 )을 확보했다. 일간공업 石 川 光 學, 소형태양광 발전기 발매 - 스마트폰 1시간 만에 충전 石 川 光 學 造 形 研 究 所 ( 東 京 都 品 川 區, 사장 石 川 洵 )은 창가나 베란 다 등 협소한 장소에서 발전할 수 있는 소형 태양광 발전 세트 쥬 덴히요리( 充 電 日 和 ) 를 발매했다. 발전효율이 좋은 각도로 태양전 지를 세트하고 사용하지 않을 때 는 접어둘 수 있다. USB전원 대응 기기로 이용 가능하여 스마트폰 은 약 1시간 만에 충전할 수 있다. 가격은 4만9800엔(소비세 제외). 그림. 태양전지의 최대 정격( 定 格 )은 30W. USB단자 두 개를 자사 홈페이지에서 취급한다. 별 준비하였고 출력은 5V. 크기는 폭520mm 깊이450mm 높이340mm. 도 구입에 의한 모바일 배터리와 조합시킴으로써 안정적인 출력을 얻을 수 있다. 주간에 발전한 전 기를 배터리에 축전하여 야간에 스마트폰이나 태블릿단말기(휴대 형 정보단말) 등을 충전할 수 있다. 형광등의 전원으로도 사용할 수 있다. 또 재해 시의 비상용 전원이나 태양에너지를 배우는 교 재, 아웃도어 활동의 전원 용도로도 전망한다. 일간공업 야간에 태양 에너지를 저장하는 새로운 저장 전지 미국 텍사스 대학 알링턴 캠퍼스(University of Texas at Arlington) 재료공학부 소속의 연구진은 어두울 때조차 대규모 태양 에너지(solar energy)를 저장할 수 있는 새로운 에너지 전지 August

110 남아 있다. 이 논문에서, WO 3/TiO 2 하이브리드 광전극(hybrid photoelectrode)이 광전기 화학적 태양 에너지 전환과 저장을 수행하는 것을 목표로 하는 전체 바나듐 광전기화학 전지(PEC; photoelectrochemical cell)를 새롭게 개발했다. 제로 저항 전류계(ZRA; zero-resistance ammetry)와 전기 화학적 임피던스 분광계(EIS; electrochemical impedance spectroscopy)가 조사와 어두운 조건 하에서 모두 태양 에너지 를 전환 및 저장하는 이러한 시스템의 광전기화학적 반응을 연구 그림. Dong Liu(왼쪽), Zi Wei(중앙) 및 재료공학부 교수인 Fuqiang Liu (energy cell)를 개발했다. 최근에 이룬 혁신은 동력 공급원으로 일광을 즉시 사용하는데 의 존하는 가장 일반적인 태양 에너지 시스템에 상당한 개선을 가져 왔다. 이러한 시스템은 야간 또는 구름이 낀 조건일 때, 태양 에너 지 사용을 방해 받는다. 연구팀은 야간에조차 효율적이고 대규모의 태양 에너지 저장 을 가능하게 하는 전체 바나듐 광전기 화학적 흐름 전지(allvanadium photo-electrochemical flow cell)를 개발했다. 연구 팀은 현재 보다 더 큰 시제품을 연구 중이다. 이 연구는 우리가 태양 에너지를 어떻게 저장 및 사용하는지에 대 하여 다시 쓸 기회를 주었다고 연구팀을 주도한 재료공학부 소속 의 조교수인 Fuqiang Liu는 밝혔다. 재생 에너지는 점점 더 유행 하고 있으며, 태양 에너지를 저장하기 위한 능력과 재생 가능한 대안으로 태양 에너지를 사용하는 것은 에너지 부족과 관련된 문 제에 대한 지속 가능한 방안을 제공한다. 또 일광으로부터 고갈되 지 않는 에너지를 효과적으로 이용할 수 있다. 관련 연구는 미국 화학학회 ACS Catalysis 저널의 최신판 에 전체 바나듐 광전기 화학적 저장 전지에 가역적인 전자 저 장: 바나듐 산화환원 반응과 하이브리드 광촉매 사이의 시너지 (Reversible Electron Storage in an All-Vanadium Photoelectrochemical Storage Cell: Synergy between Vanadium Redox and Hybrid Photocatalyst) 라는 제목으로 발표됐다. 광전기 화학 전지(PECs; photoelectrochemical cells)를 이용 한 엄청난 태양 에너지 전환과 저장 연구는 과거 40년에 걸쳐 수 행되어 왔다. 그러나 일광의 간헐적인 특성에도 불구하고 아직까 지 일광 에너지를 어떻게 효율적으로 이용하는 것은 도전과제로 하기 위하여 배치됐다. 예비 결과는 태양 에너지를 저장 및 방출하는 이러한 접근이 어두 운 조건에서조차 실현 가능하다는 것을 입증했다. 또한 이 결과는 수소 텅스텐 브론즈(hydrogen tungsten bronze)가 반도체로부 터 광으로 유발된 전자의 저장과 방출에 책임이 있다는 것을 보여 주었다. 또 결과는 전자 저장과 전체 바나듐 전해질 사이의 중요 한 시너지가 우수한 가역성, 높은 용량의 전자 저장 및 광전류에 서 상당한 개선 등을 제공할 가능성이 있다는 것을 암시했다. 새 로운 시스템의 관찰된 광전기 화학적 및 전기화학적 임피던스 행 동 양식을 보다 더 잘 이해하기 위하여, WO3 전자 저장 메커니즘 과 전체 바나듐 PEC에서 광으로 유발된 전하 운반자 경로를 밝히 는 모델을 제안했다. 공과대학 학장인 Khosrow Behbehani는 획기적인 연구가 우리 가 에너지를 생성하고 소비하는 방법에 긍정적인 영향을 초래할 가능성이 있다 고 밝혔다. Liu 박사와 그의 동료 연구진이 보다 더 지속 가능한 미래를 구축하는데 도움을 주고 있으며, 우리가 이용할 수 있는 보다 더 큰 에너지 자원 중 하나인 일광을 이용하 고 사용할 수 있는 인간의 능력을 개선하기 위한 혁신적인 단계를 달성했다 고 Behbehani는 밝혔다. 이 논문의 주저자인 Dong Liu는 현재 태양 기술의 주요 단점이 어두운 조건 하에서 에너지를 저장하는 데에 따르는 한계에 있다 고 밝혔다. 연구진이 태양 에너지와 전지에서 전자를 동시에 가역적으로 저 장할 수 있다는 것을 증명했다고 Dong Liu는 밝혔다. 어두운 조 건 하에서 저장된 전자의 방출은 태양 에너지 저장을 지속적으로 유지시키고, 따라서 24시간 내내 간헐적인 저장을 가능하게 할 것 이라고 Dong Liu는 밝혔다. 이 논문의 또 다른 저자인 Wei는 이 연구가 더 큰 규모에 대하여 110 ceramic korea

111 훨씬 더 높은 용량에서 태양 에너지를 저장할 수 있게 해준다고 밝혔다. 전체 바나듐 광-전기화학 전지를 사용하는 것은 다른 시 스템에 유리한 에너지 저장 방안을 제공한다고 Wei는 밝혔다. 이 전지는 보다 더 작은 단위에 더 높은 에너지 용량을 보유할 수 있 게 해준다. GTB 태양에너지를 생산하는 고속도로용 소음 장벽 네덜란드 덴 보쉬(Den Bosch) 지역 근처의 A2 고속도로를 따라, 태양에너지를 생산하는 소음 장벽이 설치되었다. 공식적으로 6월 18일부터 시작된 이 실용적인 시험의 목표는 이러한 형태의 에너 지 생산 소음 장벽의 경제적 타당성과 기술적 타당성을 평가하는 것이다. 시험 과정에서 핵심적인 역할을 하는 것은 엘에스씨 패널 (LSC panels)로서, 에인트호번 기술대학교(TU/e, Eindhoven University of Technology) 연구원인 미카엘 데비제(Michael Debije)씨가 개발한 것이다. 반투명의 컬러 패널은 에인트호번 기술대학교(TU/e)에 의해 공 동으로 개발된 새로운 형태의 에너지 소스이다. 이 발광형 태양열 집광장치(LSC, luminescent solar concentrators)는 태양광선 을 수용하고 그것을 패널 쪽으로 가이드 한다. 그곳에서, 기존 태 양전지의 집광형 형태로 안착하게 된다. 발광형 태양열 집광장 치(LSC)는 많은 색깔을 가지고 있어서 시각적으로 매우 매력적 이기 때문에, 기존 환경에서 많은 다른 환경에서 사용하기에 이상 적이다. 추가적인 장점으로는 사용되는 방식이 저렴하며 많은 원 하는 색깔의 형태로 생산할 수 있고 내구성이 좋으며 구름이 낀 날씨에도 작동된다는 사실이다. 이것은 엄청난 가능성을 보여주 는 것 이라고 이 패널에 대한 연구를 수년 동안 수행하여 온 이 대 학교 화학공학 및 화학과의 데비제(Michael Debije)씨는 설명했 다. 그는 이 주제에 관한 가장 최신의 연구결과를 지난 3월 네이처 (Nature)지에 발표한 바 있다. 6월 18일, 1년 기간의 실제 시험이 네덜란드 덴 보쉬 지역에서 시 작되었는데, 이 시험은 건설회사인 하이즈만(Heijmans)사가 주 도했다. 연구진들은 소음 방책 또는 소노브(태양열 소음 방책, SONOB, Solar Noise Barriers)에 통합된 태양전지를 이용하여 전기를 생산하는 것에 대한 타당성을 평가하고자 한다. 이 시험은 실제 생활 크기로 수행되는 것으로는 네덜란드에서 최초의 일이 다. 이 프로젝트의 목표는 이러한 반투명형 소음 스크린 시스템이 다른 조건에서 얼마나 많은 전기를 생산할 수 있는지에 대한 이해 를 제공하는 것이다. 반달리즘에 대한 저항성과 유지관리 조건과 같은 측면에 대한 평가도 이번 시험의 일부이다. 실외에서 이 시험 을 수행하는 것은 연구진들이 가치 있는 데이터를 획득할 수 있도 록 할 것이다. 만약 이렇게 하지 않으면, 연구원들은 실험실 환경 에서는 이러한 데이터를 확보하기 어려울 것이다. 실제 시험에 사용된 2개의 소음 방책은 각각 폭이 5m, 높이가 4m이며, 서로 간의 비교를 원활히 하려고 기존의 태양전지를 잡 은 반투명형 발광형 태양열 집광장치(LSC) 패널을 포함하고 있 다. 최초의 연구결과에 의하면, 에너지 하베스팅 소음 방책 1km 는 50개의 주택에 충분한 전기를 공급할 수 있을 정도로 에너지 를 생산한다. 네덜란드는 충분한 소음 방책을 보유하고 있으며, 필요한 태양전 지 기술도 보유하고 있다. 우리의 실용 시험은 단순한 결과를 요구 하는 것으로, 이를 통해 우리는 태양전지 기술이 튼튼하고 시각적 으로 미려한 방식으로 다른 인프라시설에 통합될 수 있는지를 확 인하는 것 이라고 하이즈만(Heijmans)사의 프로젝트 리더인 슈 티진 베르쿠일렌(Stijn Verkuilen)씨는 말했다. 소노브(태양열 소음 방책, SONOB) 프로젝트의 파트너로는 하 이즈만(Heijmans)사, 에인트호번 기술대학교(TU/e), 반 캄펜 인더스트리(Van Campen Industries)사, [SEAC]사, 에어버 스 디펜스 앤 스페이스 네덜란드(Airbus Defence & Space Netherlands) 그리고 [ECN]사가 있으며, 이 시험은 덴 보쉬 (Den Bosch) 주정부, [Willemspoort], [SPARK] 캠퍼스, 경제 부 그리고 [Scheuten]의 지원을 받고 있다. GTB 태양 에너지를 더 저렴하게 저장할 수 있게 하는 자기 조립된 2차원 재료 태양 에너지를 수소 연료로 저장하는 방법은 재생 에너지 시스 템을 발전시킬 수 있는 유망한 수단이다. 이것을 달성하기 위해 서, 기존의 태양전지 패널은 물 분자를 산소와 수소로 분리하는 데 전류를 사용한다. 수소는 태양 연료로 고려되고 있지만, 물 분 리 기술들을 상용화할 수 있는 효율적인 태양전지 패널을 만드 는데 너무나 많은 비용이 든다. EPFL의 연구진은 태양 에너지 로 저렴하게 수소를 제조할 수 있는 고품질 태양전지 패널을 제 조하는 간단한 방법을 개발했다. 이 연구결과는 저널 Nature August

112 Communications에 게재되었다. 많은 상이한 재료들이 태양 에 너지를 수소로 전환하는 기술에 사용되려고 고려되었지만, 그중 에서 2차원 재료들이 유망한 후보자라는 것을 최근에 확인했다. 일반적인 재료들 중에서, 그래핀은 독특한 전기적 특성들을 가진 다. 그러나 사용 가능한 정도의 태양 에너지를 수확하기 위해서는 큰 면적의 태양 패널을 필요로 하지만, 2차원 재료로 박막을 제조 하는 것은 어려울 뿐만 아니라 비용이 많이 든다. 이와 같은 방법으로 제조된 박막은 동일한 재료지만 다른 방법으 로 만들어진 박막보다 우수한 효율을 가진다는 것을 확인했다. 아 직 개념 증명 단계이지만, 태양 에너지의 수소 연료로의 전환 효율 은 약 1%이다. 이것은 다른 방법으로 제조된 박막보다 매우 향상 된 수치이다. 또한 향후에 더 높은 효율을 달성할 수 있는 상당한 잠재력을 가지고 있다. 더 중요한 것은 이런 액체-액체 방법이 쉽 게 확장될 수 있다는 점이다. 이것은 대면적 롤-투-롤(roll-toroll) 처리에 적합하다 고 Kevin Sivula가 말했다. 이 재료들의 안 정성과 적층 방법의 용이성을 고려하면, 이것은 태양에너지의 수 소 연료로의 경제적인 전환에서 중요한 진전이 이루어졌다는 것 을 보여준다 고 Sivula가 덧붙였다. 이 연구결과는 저널 Nature Communications에 Self-assembled 2D WSe2 thin films for photoelectrochemical hydrogen production 이라는 제목으로 게재되었다. GTB 그림. 플렉서블 Sn:In2O3 (ITO)으로 코팅된 PET 플라스틱 위에 증착된 단일 박편 WSe2 박막의 이미지. 이번 연구진은 두 개의 비-혼합성 액체 간의 계면을 사용하는 혁 신적이면서 저렴한 방법으로 이 문제를 해결했다. 이번 연구진은 텅스텐 디셀레나이드(tungsten diselenide) 라고 불리는 최고의 2차원 재료들 중의 하나에 초점을 맞추었다. 이전 연구들은 이 재 료가 높은 안정성을 가지면서 태양 에너지를 수소 연료로 직접 전 환시킬 수 있다는 것을 증명했다. 텅스텐 디셀레나이드 위에 박막 을 만들기 전에, 이번 연구진은 재료의 균일한 분산을 달성해야 했다. 이것을 수행하기 위해서, 이번 연구진은 아주 얇은 2차원 박 편으로 박리되도록 음파 진동을 사용해서 액체 용매와 텅스텐 디 셀레나이드 분말을 혼합시켰다. 그 후에 이 혼합물을 안정시키기 위해서 특별한 화학물질을 첨가했다. 이번 연구진에 의해서 개발 된 이 기술은 잉크 또는 페인트와 유사하게 박편 위에 균일한 분 산을 시킬 수 있다. 이번 연구진은 고품질 박막을 생성하기 위해서 새로운 혁신적인 방법을 사용했다. 그들은 혼합되지 않는 두 개의 액체 간의 계면에 텅스텐 디셀레나이드 잉크를 주입했다. 이런 오일-물 효과를 이 용함으로써, 그들은 균일한 고품질 박막을 형성하도록 두 액체의 계면을 사용했다. 이 액체들은 조심스럽게 제거되었고, 박막은 플 렉서블 플라스틱 지지체로 전사되었다. 이것은 기존의 패널 제조 공정보다 훨씬 더 저렴하다. 태양광 발전의 잉여분으로 250대의 축전지 충전 규슈에서는 태양광 발전이 확대되어 주간 공급량이 지역의 수요 를 웃돌아 버릴 가능성이 있다. 이러한 잉여분을 대용량의 축전지 에 충전하여 수급 밸런스를 조정하는 시도가 시작된다. 후쿠오카 (Fukuoka, 福 岡 ) 현 화력 발전소의 구내에 250대의 축전지를 도 입하여 최대 5만 kw의 전력을 충전할 수 있도록 할 계획이라고 한다. 후쿠오카 현 동부에 있는 규슈 전력의 부젠(Buzen, 豊 前 ) 발전 소 의 구내에 세계에서 최대급인 축전지 시스템을 도입한다. 충전 방전할 수 있는 전력은 최대 5만 kw까지 합계로 30만 kwh 의 전력을 저장하는 능력이 있다. 이론상 출력이 50MW의 대규모 메가 솔라(mega solar) 전력을 6시간 이상에 걸쳐서 충전할 수 있게 된다고 한다. 규슈에서는 태양광 발전의 도입량이 급속하게 증가하였기 때문에 골든 위크와 같이 주간의 전력 수요가 낮아지는 계절에는 태양광 발전의 전력이 남아 버리는 사태가 예상되고 있다. 이러한 상황이 되면 전력회사가 일부 태양광 발전 설비의 출력을 억제하게 되지 만 잉여 전력을 축전지에 저장할 수 있으면 출력 억제를 회피하는 것도 가능하다. 규슈 전력이 부젠 발전소에 도입하는 축전지 시스템은 일본 NGK 주식회사의 제품인 NAS 전지(지식리포터 주)와 미쓰비시 112 ceramic korea

113 대용량의 축전지용으로 사용되고 있다. 다만 충전 방전의 동작이 늦고 태양광이나 풍력에 의한 짧은 주기의 출력 변동에는 대응하 기 어려운 결점이 있다고 한다. 규슈 전력은 2016년도까지 실증 운전을 계속하고 대용량 축전지 시스템에 의한 잉여 전력의 조정효과를 검증한다. 기존에는 양수 식 수력 발전소가 잉여 전력의 조정 기능을 이루어 왔다. 규슈 전 력의 관내에서는 사가(Saga, 佐 賀 ) 구마모토(Kumamoto, 熊 本 ) 미야자키(Miyazaki, 宮 崎 ) 3개 현에 양수 발전소가 있다. 양수 식은 대규모 댐을 2개소에 만들 필요가 있기 때문에 새로운 발전 축전지커밋 교류변환장치 그림 1. 대용량 축전지 시스템의 설치 이미지(상)와 구성(하) 소의 건설은 어렵다. 향후 대용량의 축전지 시스템을 각 지역에 도 입하여 양수식의 역할을 보완해 나갈 필요가 있다고 한다. GTB 파나소닉, 주택용 태양전지 일본 내 생산 능력 증강 축전지와 세트 제안 축전지 모듈 NAS전지 파나소닉은 주택용 태양전지의 일본 내 생산능력을 증강함과 동 시에 축전지와 세트로 제안하는 등의 사업전략을 발표했다. 영업 강화책을 전개함으로써 경합 타사에 대해 선수필승( 先 手 必 勝 )으 로 나서겠다 고 岡 山 秀 次 에너지시스템 사업부장은 말했다. 발전 효율 탑클래스인 태양전지와 함께 축전지, 파워컨디셔너 등의 주 변기기 전부를 자사 제품으로 제안할 수 있다는 강점을 살려서 경 그림 2. (상) NAS 전지의 구성 / (좌하) 단전지의 내부 구조 / (우하) 충전 방전의 원리 (Mitsubishi)전기 제품인 파워 컨디셔너로 구성된다. 넓이가 1만 4,000평방미터인 부지에 1대당 출력이 200kW의 NAS 전지를 합계로 250대, 800kW의 파워 컨디셔너를 63대의 조합으로 설 치할 계획이라고 한다(그림 1). 부젠 발전소는 석유 화력으로 최대 100만kW의 발전 능력이 있 다. 지역의 수급 상황에 맞추어 화력발전의 출력을 조정하면서 잉 여 전력을 파워 컨디셔너로 교류로부터 직류로 변환하여 축전지 에 저장한다. 야간에 태양광 발전의 출력이 없어지면 저장한 전력 을 다시 교류로 변환하여 송전하는 구조라고 한다. 축전지 시스템 의 운전 개시는 2015년도 중으로 예정하고 있다고 한다. 합 타사를 물리치겠다는 전략이다. 태양전지 각 사는 전력회사의 계통접속제한 등으로 시장이 축소되고 있는 산업용에서 견고한 성장이 전망되는 주택용으로 변경할 방침이다. 주택용 패널은 경 쟁이 격화되어 가격 하락은 확실할 것으로 보인다. 파나소닉은 2014년도의 주택용 태양전지 시장에서 판매 점유율 을 전년 대비 8포인트 신장시켜 20%대 후반의 탑클래스에 있을 것으로 보인다. 앞으로 세트 가격을 낮추는 캠페인과 2015년도 무상보증, 적극 영업 등의 총공세로 점유율을 더욱 확대시켜 타사 를 앞지르겠다는 계획이다. 태양전지의 생산능력은 2016년 3월 까지 95억 엔을 투자하여 滋 賀 工 場 과 島 根 工 場 의 모듈과 셀 생산 능력을 연간 생산 합계 15만kW 정도 증강한다. 말레이시아 등도 포함한 세계 생산능력은 100만kW 이상으로 확대한다. 일간공업 축전지 시스템에 채용한 NAS 전지는 나트륨과 유황이 화학반응 을 일으키는 것으로 전류가 발생하고 충전과 방전을 반복할 수 있 다(그림 2). 일반적으로 축전지에는 리튬 이온 배터리를 사용하는 경우가 많지만 NAS 전지는 비용을 염가로 제조할 수 있기 때문에 August

114 Technology Brief 日 本 하이린 등, 나노섬유 이용 전해질 초박막 개발 저가습으로 높은 발전 특성 日 本 하이린은 首 都 大 学 東 京 의 川 上 浩 良 교수와 공동으로 나노 파이버를 이용한 전해질 초박막을 개발했다. 폴리벤즈이미다졸 (PBI) 나노파이버에 주목하여 제작한 시작품은 저가습의 조건에 서 시판되고 있는 불소계 전해질 막에 비해 우수한 발전특성을 보 였다. 자동차용 고체 고분자형 연료전지(PEFC)는 전해질 막의 고 성능화가 요구되고 있는데 기존 품에서 발전효율을 높이기는 어 렵다. 따라서 개발품과 기존의 전해질 막을 조합시키는 등 개발을 거듭하여 제품화로 연결시킨다. 개발에 있어 산성 물질이 표면에 부착되기 쉬운 PBI 나노파이버 에 주목, 일반적인 일렉트로 스피닝법 을 사용하여 PBI 나노파이 버를 작성했다. 그 틈에 전해질 수지를 복합화하여 복합막을 만들 었다. 넓은 온도역에 대응하면서 저 가습으로도 우수한 막 저항을 실현했다. 시작품은 섬유 지름 200nm(나노미터)의 PBI 나노파이 버를 20% 복합화하여 두께 5μm(마이크로미터)의 복합막을 제작 했다. 순수( 純 水 ) 80, 30분의 상태에서 치수변화(면( 面 ) 방향) 를 조사한 결과, 시판의 불소계 전해질 막의 2분의 1 이하의 수치 로 낮출 수 있다는 것을 확인했다. 셀 온도 80 에 저가습인 조건에서는 시판 불소계 전해질 막과 비 교하여 우수한 발전 특성을 보였다. 이번 연구는 신에너지 산업기 술총합개발기구(NEDO)의 고체고분자형 연료전지 실용화 추진 기술개발/차세대 기술개발 의 위탁으로 실시했다. 일간공업 大 同 特 殊 鋼, 터치패널 도전막용 소재 개발 대형이라도 높은 응답 성능 실현 大 同 特 殊 鋼 은 터치패널의 도전막에 사용하는 메탈메쉬용 구리합금 막 소재를 개발, 발매했다. 터치패널의 투명도전막으로 일반적으로 사용되 는 산화인듐주석(ITO)의 시트 저항 치는 Ω인데, 개발한 소재는 약 0.2Ω을 실현. 높은 도전 성으로 화면 사이즈 10인치 이상의 대형 터치패널에서도 우수한 응답 성능을 발휘한다. 월간 1억 엔의 판매를 목표로 한다. 구리가 주체인 금속을 사용하여 쉽게 선폭( 線 幅 )을 몇 μm - 10μm 정도로 세선화( 細 線 化 )할 수 있다. 유리나 수지 등의 기판과 밀착 성이 높은 이외에 ITO에 비해 1kg 당 20-30% 정도로 가격을 낮 추었다. 도전선( 導 電 線 )을 의도적으로 검은색으로 하는 등 반사 율을 10% 정도로 낮추어서 의사적( 疑 似 的 )으로 투명하게 만들 었다. 일간공업 東 工 大, 액정성( 液 晶 性 ) 을 가진 새로운 유기 트랜지스터 재료 개발 東 京 工 業 大 學 像 情 報 工 學 研 究 所 의 半 那 純 一 교수, 飯 野 裕 明 준 교수 등은 액정성 을 가진 신규 유기 트랜지스터를 개발했다. 균 일하고 평평한 박막을 만들 수 있는 액정 박막을 사용하여 결정을 만들고 소자를 시작했다. 기존의 유기 재료를 사용한 트랜지스터 에 비해 3배 이상의 성능(이동도)를 가진다. 앞으로 디스플레이를 구부릴 수 있는 액정 텔레비전과 유기 일렉트로 루미네센스(EL) 디스플레이의 구동재료로 사용될 가능성이 있다, 개발한 것은 알킬기가 한쪽에만 치환된 구조를 가진 Ph- BTBT-10 라고 하는 재료이며, 결정상에 지극히 가까운 스멕틱E 상( 相 ) 이라는 액정상을 가진다. 이것을 사용하여 제작한 결정 박 막은 온도가 상승하면 액정상으로 전이하는데 막의 형상은 유지 되고, 온도가 낮아지면 결정 박막으로 되돌아간다. 따라서 트랜지 스터의 배선공정 등에 필요한 200 까지의 높은 내열성을 만족 시킨다. 지금까지의 저분자 유기 트랜지스터 재료에서는 어려웠던 균일성 이 우수한 결정박막 제작을 가능하게 하여 100 정도로 낮았던 내열성을 크게 개선. 소자 사이의 흩어짐을 억제할 수 있기 때문 에 실용성이 높은 반도체 재료로 사용할 수 있다고 한다. 또한 제작한 결정박막을 120 에서 약 5분 간 열처리하면 결정구 조가 변화하여 이동도가 약 10배가 된다는 것도 발견했다. 실제로 트랜지스터를 제작하여 실증하여 산화물 반도체에 필적하는 높 은 이동도를 보인다는 것을 확인했다. 현재는 스핀코트로 박막을 제작하고 있는데, 잉크젯이나 인쇄기 술에도 응용 가능. 용액 프로세스와 인쇄기술로 저렴하게 소자를 제작하는 프린티드 일렉드로닉스에 적용할 수 있게 되면 액정성 유기반도체 로 액정 텔레비전을 구동할 수도 있을 것으로 본다. 분 자 구조가 상이한 다른 저분자계 트랜지스터 재료에도 응용할 수 있을 가능성이 있다. 과학기술진흥기구(JST)의 프로젝트의 일환 으로 개발했다. 일간공업 114 ceramic korea

115 物 材 機 構 등, 고출력 백색 조명용 단결정 형광체 개발 300 에서도 성능 유지 物 質 材 料 研 究 機 構 光 學 単 結 晶 그룹의 島 村 清 史 그룹리더와 가르 시아 비전 주임연구원 등은 타무 라 製 作 所, 光 波 ( 東 京 都 練 馬 區 )와 그림. 개발한 YAG 단결정 형광체 잉곳 공동으로 고출력 백색 조명용 형 광체를 개발했다. 형광체로서의 성능이 300 의 고온에서도 저 하하지 않기 때문에 강력한 빛을 조사할 수 있다. 타무라 製 作 所 가 2015년도 내에 양산을 시작하며, 레이저 프로젝터나 레이저 헤드 라이트 등에 제안해 나간다. 청색 레이저 다이오드(LED)의 빛을 형광체를 이용해 백색으로 바꿀 수 있다. 이번엔 이트륨 알루미늄 가넷(YAG) 형광체의 단결 정을 개발했다. 단결정을 소결로 제작한 형광체 분말에 비해 결정 의 품질이 높다. 소결분말 형광체는 300 에서 성능이 저하되는 데 단결정은 성능을 유지할 수 있었다. 열 방산성( 放 散 性 )도 높아 고출력 LD와의 조합이 가능. 소결분말 플레이트가 300 로 가열 되어 버릴 정도의 고출력의 빛을 쏘아도 단결정 플레이트의 온도 는 40 였다. 라이트의 방열 기구를 간략 화할 수 있다. 타무라 製 作 所 가 양산화를 추진하고 있으며 자동차 헤드라이트에 대한 채 용을 목표한다. 일간공업 理 研 과 올림퍼스, 초고속 셔터 탑재의 형광현미경 개발 살아있는 채로 바이러스 관찰 理 化 學 研 究 所 生 命 시스템 연구 센터의 岡 田 康 志 팀리더는 올림 퍼스와 공동으로 종래의 100분 1초의 셔터 속도로 세포 내의 미 세구조를 관측할 수 있는 초해상 그림. (위) 미트콘드리아 외막의 구조를 형광현미경을 개발했다. 광학현 종래의 형광현미경으로 촬영한 화상, (아래) 개발한 초해상형광현미경으로 촬영한 화상. 미경으로는 불가능했던 약 100nm(나노미터) 크기의 바이러스를 살아있는 그대로 관찰할 수 있어 증식이나 감염의 구조 판명과 치료법의 개발로 이어질 것 으로 기대된다. 연구팀은 다수의 핀홀이 배치된 디스크를 회전시키면서 복수의 레이저빔으로 시료를 주사( 走 査 )하여 고속 촬영하는 스피닝 디스 크형 공통 초점 현미경 의 원리에 주목했다. 미세한 대상물을 관측 할 수 있는 초해상도형광현미경법의 하나를 적용할 수 있도록 현 미경을 연구했다. 또한 카메라와 조명용 레이저를 개량함으로써 1초 동안에 100코 마의 화상을 촬영할 수 있는 초해상형광현미경을 완성시켰다. 초해상형광현미경의 발명은 생명과학연구에 큰 진전을 가져왔다 는 의미에서 2014년 노벨화학상을 수상했다. 광학현미경에 비해 약 2배의 정도( 精 度 )로 미세한 대상물을 관측할 수 있는데, 한 장 의 화상을 촬영하는데 몇 초에서 몇 분의 시간을 요한다. 대상물 이 움직임으로써 화상이 흔들리므로 살아있는 세포의 관찰이 어 려웠다. 일간공업 北 熱, 심혈( 深 穴 ) 내면에 다층 PVD코팅막을 생성시키는 기술 개발 北 熱 ( 富 山 市, 사장 政 誠 一 )은 냉 간( 冷 間 ) 단조금형이나 분말소결 금형 등 복잡한 심혈 내면에 다층 PVD(물리적 증착) 코팅막을 생성 시키는 기술 dixis(딕시스) 을 개 발했다. 내경( 內 徑 )의 5배 이상 그림. 복잡한 심혈 내면에 다층 PVD 코팅막을 생성시키는 기술로 속까지 보호막을 생성한 관 길이의 심혈에 대응한다. 사업화 를 위해 양산기술을 확립, 실증실험을 한 후 2017년의 수탁가공 개시를 목표로 한다. 가공장치도 최초로 제조했다. 진공 속에 대상물이 되는 금형을 설 치하고 심혈 양측에서 질화티탄 등 원료를 조사한다. 이온빔으로 심혈 내면의 원하는 부분에 효율적으로 경질의 보호막을 생성시 킨다. 인접한 2기( 基 )의 전극에 이종( 異 種 )의 원료를 설치하고 교 대로 플라즈마 방전시킴으로써 다층보호막도 가능하게 된다. 표면을 이온빔으로 봄버드(충격)처리해서 산화막 등을 깎아내어 신생면( 新 生 面 )을 드러냄으로써 밀착성도 향상된다. 각종 금형의 비약적인 수명화를 기대할 수 있다. 장치는 신에너지 산업기술총 합개발기구(NEDO)의 조성과 협력기업의 지원을 받아 약 1년에 걸쳐서 개발했다. 자동차와 가전, 생활용품 등의 금형은 복잡형상 화하고 있다. 종래의 PVD코팅으로는 입구 부근뿐 심혈 내면에 대 한 보호막 생성이 어려워서 마모 진행에 의한 원가의 증대가 과제 였다. 일간공업 August

116 鐵 道 総 研, 초전도 플라이휠 축전 시스템의 실증기 완성 鐵 道 総 合 技 術 研 究 所 는 초전도 자기 베 어링을 사용한 초전도 플라이호일 축전 시스템의 실증기를 완성, 시운전을 시 작했다. 플라이휠 축전 시스템은 전력 을 플라이휠(관성 바퀴)의 회전 에너지 그림. 초전도 플라이휠 축전 시스템의 실증기 로 변환하여 축적할 수 있는 시스템. 초 전도 자기 베어링을 이용한 플라이휠(중량 4t, 직경 2m)로서는 세 계 최대 수준이 된다. 올 여름에 山 梨 縣 米 倉 山 에 있는 山 梨 縣 의 메가솔라 발전소와 접속하여 연계 실험을 한다. 이 실증기의 개발은 신에너지 산업기술총합개발기구(NEDO)의 프로젝트로 실시. 鐵 道 総 研 이외에 쿠보테크, 古 河 電 氣 工 業, 미라 프로, 山 梨 縣 企 業 局 과 공동으로 추진해 왔다. 실증기는 출력이 300kw, 축전 용량이 100kwh. 플라이휠의 최고 회전수는 매분 6000회전. 초전도 베어링으로 플라이휠을 비접촉 상태로 부상시 켜 회전할 수 있다. 플라이휠 축전 시스템은 전력을 반복하여 넣었다 뺐다 할 수 있어 장기간 사용이 가능하다. 태양광발전의 발전 상황에 맞추어 전력 을 저장하기도 하고 방출하기도 함으로써 안정적인 전력 공급이 가능하다. 재생가능 에너지용이나 철도의 회생전력을 활용한 축 할 필요가 없으며, 8단계의 합성 반응을 자동화했다. 산화환원반응이나 탄소 - 탄소 결합, 불제( 不 齊 )반응 등 파인케미 컬에서 사용하는 주요 반응을 자동화했다. 칼럼의 종류를 교환하 면 다품종 소량의 화합물을 나누어 만들 수 있다. 지금까지는 합 성반응을 한 단계씩 진행하여 완성 상태를 분석해 왔다. 자동화로 효율향상과 저가화로 이어진다. 일간공업 차세대 파워반도체 세계시장 확대, 2020년에 12배 기판(웨이퍼)에 탄화규소(SiC)와 질화갈륨(GaN)을 사용한 차세 대 파워반도체의 시장이 확대된다. SiC는 토요타 自 動 車 가 채용 에 적극적인 자세를 보이며 관련 부재를 포함하여 실용화를 위한 움직임이 활발하게 진행되고 있다. GaN도 고내압 제품의 양산화 움직임이 보일 듯하다. 저가격화를 어떻게 추진할 것인가 등 과제 도 있지만 얼마 전 富 士 経 済 ( 東 京 都 中 央 區, 사장 清 口 正 夫 )가 정 리한 조사에서는 차세대 파워 반도체의 세계 시장은 2020년에는 2014년 대비 12.9배인 1665억 엔에 달할 전망이다.( 後 藤 信 之 ) 전 시스템 등에 대한 이용이 가능하다. 일간공업 東 大, 복잡한 화합물을 연속 합성하는 프로세스 기술 개발 東 京 大 學 大 學 院 理 學 系 研 究 科 化 學 그림. 롤리프램의 합성 라인 専 攻 의 小 林 修 교수 등은 의약품 등의 복잡한 화합물을 연속 합성하는 프로 세스 기술을 개발했다. 원료를 세트하 고 펌프를 돌리면 합성된 약이 나온 다. 합성에 성공한 항염증제의 순도는 96%이다. 수작업으로 여러 가지 화합물을 합성해 나가는 파인케 미컬의 작업은 완전히 자동화할 수 있다. 농약이나 향료, 기능성 재료 등의 합성에 제안한다. 항염증 효과와 항우울 효과가 있는 롤리프램의 연속 합성에 성공 했다. 원료를 4개의 반응 칼럼(통)에 통과시키는 것만으로 수율 ( 收 率 ) 50%, 순도 96%의 롤리프램을 얻을 수 있다. 칼럼에는 화 학반응을 추진하는 촉매가 고정되어 있어 반응 도중에 분리 정제 기술적으로 성숙 기판에 실리콘(Si)을 이용하는 현재의 파워반도체는 기술적으로 성숙되고 있다. 앞으로 더 나은 성능 향상을 위해 실리콘보다 전 자나 열이 잘 통하는 SiC와 GaN을 기판으로 채용한 차세대 파워 반도체가 주목을 끌기 시작했다. 기술개발 단계에서 실용화로 큰 흐름을 만든 것은 토요타이다. 이 회사는 2014년 5월, 덴소, 豊 田 中 央 研 究 所 ( 愛 知 縣 長 久 手 市 )와 공동으로 하이브리드 자동차(HV)등 전동차량용 SiC 파워반도체 의 양산을 2020년을 목표로 시작한다고 발표했다. SiC 파워반도체는 고내압 대전류 용도에 적합하여 모터 구동이 인프라 시스템의 전원 등에 채용이 전망되고 있다. 이미 롬과 三 116 ceramic korea

117 菱 電 機, 東 芝, 산케이 電 氣 가 실용화했으나 규모는 작다. 토요타 가 적극적인 자세를 보임으로써 지금까지 SiC 파워반도체의 본 격적인 보급이 언제 시작될까 상황을 가늠하고 있었지만 이제는 액셀을 밟을 수 있을 것 이라고 반도체 메이커 간부는 말했다. 지금은 거의 제로 富 士 経 済 에 따르면 SiC 파워반도체의 발열 과제 해소로 이어지는 질화규소 절연 기판의 세계 시장은 2020년에 2014년 대비 3.1배 인 31억 엔으로 확대될 전망이다. 접합재로 사용하는 소결형 소 자의 세계 시장도 지금은 거의 제로이지만 2020년에는 50억 엔 규모가 될 것으로 예측한다. 한편 GaN은 소형화가 용이하다는 점과 고주파 특성이 강점. 고속 으로 전기를 통하게 하거나 차단하거나 하는 스위칭 전원 등에 채 용이 기대되고 있고 서서히 실용화가 진행되어 왔다. 2014년 11 월에는 반도체 전자부품 상사인 UKC홀딩스가 GaN 파워반도체 업계에서 선행하고 있는 미국 트랜스폼(캘리포니아주)에 출자했 다. 올 1월에는 트랜스폼이 富 士 通 세미컨덕터인 福 島 縣 会 津 若 松 市 의 생산 자회사에서 전원용 제품의 양산을 시작했다. 다. 연마 후에 표면에 부착한 금속 부 스러기를 제거하는 고기능 세정제도 기판에 부식이나 손상을 주지 않는 미세화에 대응한 차세대 제품이 요구 되고 있다. 三 菱 케미는 중핵사업회사 인 三 菱 化 學 이 반도체 가공공정용 세정제를 담당한다. 타이완에서 범 용품, 일본에서 고기능품을 생산하 고 있다. 그림. CMP는 고성능 미세화가 CMP센터에 참가함으로써 이 센터의 진행되고 있는 반도체에 불가결하다. 상부 조직인 뉴욕 주립대학 나노 이공학 컬리지(CNSE)가 가진 최 첨단의 300mm 웨이퍼 대응 일관 생산 라인을 활용한 차세대 세 정제의 평가를 실시할 수 있게 된다. CMP 관련해서는 올해 들어 JSR이 배선층의 평탄성을 유지하면서 쉽게 손상을 입지 않음으 로써 재료 대비 완성품의 비율을 높일 수 있는 CMP패드를 판매 했다. 荏 原 도 종래기에 비해 기계 반송 능력을 배증한 CMP 장치 F-REX300X 를 시장 투입하는 등 생산성의 향상을 위한 신제품 투입이 계속되고 있다. 일간공업 600V 영역도 지금까지 각 회사는 내압 200V까지의 영역에서 제품화를 꾀해 왔다. 앞으로 600V 내압 영역용을 양산화할 움직임도 가속될 전 망. 富 士 経 済 에서는 통신기지국 등 정보통신기기 전원, 태양광 발 전용 파워컨디셔너, 산업용 전원 이외에 전기자동차(EV)용 비접 촉 급전 등에서 채용이 확대될 것으로 보고 있다. 일간공업 三 菱 케미컬HD, 미국 CMP센터에 참가 - 반도체용 세정제 개발 三 菱 케미컬 홀딩스는 미국 뉴욕주립대학(SUNY)와 미국 반도체 제조 기술 연구조합 세마테크 의 공동 프로젝트인 화학적 기계 연마(CMP)센터에 참가했다. 세계의 반도체 메이커가 참가하는 동 센터 관련 조직이 가진 최첨단 반도체 제조 라인을 활용하여 CMP 후의 세정 공정에서 사용하는 차세대 세정제의 개발로 연 결한다. CMP 후에 사용하는 세정제의 시장 규모는 약 150억 엔. 2016년까지 점유율 30%의 획득을 목표로 한다. CMP는 고성능화로 배선 폭의 미세화가 진행되는 반도체용 가공 기술로써 웨이퍼를 연마하여 배선이나 절연 재료를 평평하게 한 오므론, 최대 40GHz 영역의 검사용 프로브핀 개발 전주( 電 鑄 )기술로 짧게 오므론은 최대 40GHz 대( 帯 )의 고주파 반도체의 검사에 대응한 프 로브핀을 개발했다. 이미 해외의 반도체 메이커가 평가를 시작했 고, 올해 안에라도 채용될 전망. 전주 기술을 응용하여 핀의 길이 를 극한까지 짧게 만들어서 실현했다. 현재는 프레스 가공을 이용 한 제조가 일반적인 프로브핀이지만 이 회사는 2013년에 전주 기 술을 응용하여 프로브핀에 참여. 고집적화한 협( 狹 )피치IC의 검 사에서는 일본 반도체 메이커 등에 채용 실적이 나오기 시작하고 있다. 프로브핀은 검사용 기판에 탑재하고 반도체 칩 위의 전극 패드에 접촉시켜서 도통( 導 通 )검사를 실시한 것. 메모리와 통신용 IC등 은 고속으로 대량의 신호를 처리하므로 고주파화가 진행되고 있 는데, 고주파가 되면 될수록 검사 시에 노이즈의 영향을 받기 쉽 다고 한다. 따라서 이 회사에서는 전주 기술로 핀의 길이를 되도록 짧게 만들어서 칩과 검사용 기판의 거리를 1mm 이하로 만들어 노이즈의 영향을 최소한으로 낮추는데 성공했다. August

118 프로브핀의 전체 길이는 1.18mm로 검사에서 칩과 접할 때에는 스프링 부분이 0.28mm 밀어 내릴 수 있기 때문에 실질적인 핀 길 이는 0.9mm까지 짧아졌다. 워낙 미세한 프로브핀을 이렇게 짧게 만드는 일은 프레스 가공에서는 곤란. 따라서 지금까지는 이방성 도전 고무가 사용되었다. 단 이 고무는 온도환경에 따라서 특성 변 화가 크며 내구성 등에도 과제가 있었다. 일간공업 物 材 機 構, 공경( 孔 径 )을 정밀 제어하는 다공성 금 전극 개발 物 質 材 料 研 究 機 構 國 際 나노아키테크토닉스 연구 거점의 山 内 悠 輔 독립연구원 등은 공경을 정밀하게 제어할 수 있는 다공성 금 전극을 개발했다. 2nm-100nm로 공경 조정 가능하며, 구멍 속을 통과하는 이온이나 분자의 유동성을 높이면서 전극의 표면적을 크게 만들 수 있다. 금 이외에 백금으로도 다공체 제작에 성공하 여 연료전지의 전극 등에 사용한다. 금을 골격으로 직경 30nm 정도의 구멍이 뚫린 다공체를 제작하 여 친수성과 소수성의 성질을 함께 가진 고분자로 분자집합체(미 셀)를 만들고 그 표면에 금이온을 부착시킨다. 이 미셀 용액으로 전기 도금하면 전극에 금이 전착할 때에 미셀이 말려들어간다. 그 후, 미셀을 제거하면 미셀과 같은 크기의 구멍이 나란히 늘어선 금 다공체가 생긴다. 일간공업 크레하, 리튬전지의 정극재용 바인더 개발 크레하는 리튬이온 2차 전지(LIB)의 정극재용으로 전지의 고용량 화와 제조공정의 용이성을 양립한 바인더의 새 그레이드를 개발 했다. 바인더는 정극의 재료를 서로 결합시키기 위한 재료로 이 회 사는 정극재용에 있어 최대 기업. 새 그레이드는 높은 밀착성능을 유지하면서 점도를 억제함으로써 사용자가 제조 공정에서 정극 재로 도포하기 용이하다. 차량 탑재용과 민생용 이 둘을 대상으로 올해 안에 상업 출하를 시작할 계획이다. 코발트산리튬의 경우 새 그레이드는 기존 품에 비해 재료 중 하나 인 활물질끼리의 접착성이 약 2배로 높아진다. 바인더는 제조공정 상에서 활물질 등과 혼합한 슬러리로 전극박( 電 極 箔 )에 도포된다. 밀착성이 높으면 바인더의 사용량을 줄여서 활물질의 밀도를 높일 수 있다는 등의 이유로 LIB의 에너지 밀도를 향상할 수 있다. 지금까지 그레이드에서는 바인더의 분자량(사이즈)을 크게 함으 로써 밀착성을 높였으나 점성이 높아서 도포 공정이 어려워지는 과제가 있었다. 새로 개발한 그레이드는 바인더 구조 중의 관능기 라는 부위를 연구함으로써 분자량의 증가를 억제하면서 밀착성 을 높였다. 일간공업 공학적으로 완벽한 유리 구조물을 가지는 해면동물 Glass sponges(유리해면) 라고 불리는 the venus flower basket (바다수세미)는 유리구조를 닮았다. The sponge(해면) 는 집이라 불리는 유리 구조물을 만들기 위해 바닷물로부터 규산 을 추출하여 silica로 바꾼다. Glass sponge(해면)는 깊은 바다 바닥에 꽉 고정시킬 수 있는 spicules 라 불리는 털 같은 부속물을 가졌다. Spicules 는 지름 50um 밖에 안하지만 sponge(해면)를 꽉 고정시킬 수 있을 만큼 강하다. Brown대학 연구자는 이 얇고 부러지기 쉽게 보이는 섬 유 단면을 조사했을 때 아주 얇은 유기 층으로 분리 된 silica 고리 로 둘러싸인 고체 silica 핵이 있다는 것을 발견했다. 각각의 silica 섬유는 밖으로 갈수록 얇아지는 10-50개의 동심원의 층을 가졌 다. 수석저자 Haneesh kesari는 이 패턴이 왜 있는지는 전혀 확 신할 수 없지만 수학책에서의 그림처럼 보였다 며 이것에 수학 적인 규칙성이 있어서 나는 이것이 동물에게 뭔가 유용하고 중요 하다고 생각했다 고 밝혔다. Brown의 연구자들은 이 층의 특정 한 배열이 섬유의 강도에 중요한 점이라는 것을 보여주기 위해 시 뮬레이션을 사용했으며, 층의 두께를 다양하게 할 수 있는 가능 한 방법들 중에서, 어떻게 그들은 spicule의 고정 능력이 최대화 하게 변하게 할 수 있는가? 라는 질문에 시스템의 기계적인 모델 을 준비했다. 이후 연구자들은 백 개 이상의 측정에 맞추어 결과 를 확인했다. 그 결과 Silica 층들 사이에 유기 재료들이 서로 미 끄러져 붙게 하는 것을 가정 하에 sponge(해면)의 spicules 구 조는 하중능력에 최적화 되어있다는 것을 알아냈다. 이에 Kesari 는 배열과 두께는 spicules 가 더 잘 고정하는 것을 도와주도 118 ceramic korea

119 록 강도에 공헌 한다는 것을 보여준다 면서 어느 내부 구조가 전 반적인 구조의 강도를 최적화 하는지 보여줌으로써 지식은 어 떤 재료의 더 강한 구조들을 발전시킬 수 있다 고 밝혔다. 이 논 문은 the proceedings of the national Academy of Science 에 New functional insights into the internal architecture of the laminated anchor spicules of Euplectella aspergillum 제 목으로 게재되었다. ACB 쌀 희토류 채굴은 환경에 막대한 영향을 미친다 오늘날 첨단산업에 꼭 필요한 광물이지만 지구상에는 희토류가 충분하지가 않다. 희토류는 더 높은 농도의 광상에 유용한 요소 와 혼합하고 너무 복잡한 처리 및 추출단계에서 분리해야 한다. 중국이 세계 희토류 생산을 주도하고 있지만, 이러한 희토류가 환 경에 미치는 영향에 대해서는 잘 알지 못한다. 희토류 처리는 독 성, 부식성 화학물질의 용매 추출로 인한 유해 폐기물의 엄청난 비용을 생성한다. 그림. 내몽고 바오터우 도시의 희토류 채굴로 인한 독성 찌꺼기 연못을 보여주는 영화의 한 장면 그러나 그것은 숨겨진 상태로 무시하기 쉽다. 건축가, 디자이너, 작가, 기자, 그리고 사상가의 그룹(Unknown Fields Division) 은 세계를 여행하고 현재 희토류 생산 뒤에 숨어 독성을 이야기하 며 보여주기 위해 영상을 제작했다. Unknown Fields Division 은 땅 끝까지 탐험해 밖으로 벤처가 다른 세계, 외계 풍경, 산업 생 태계, 그리고 위험한 광야서 증거를 수집했다. Unknown Fields Division은 유목 디자인 연구 스튜디오 기술 그 차제 였다. 이 먼 풍경은 우리의 일상생활에 놀랍고 복잡한 방법으로 그들을 연결 하는 글로벌 시스템에 내장 되어 있다. 사방에 반 완료 타워 블록과 입체 주차장, 정유 타워와 끝없는 전 기 철탑의 숲이다. 공기는 일정한 주위에 유황의 냄새로 채워진다. 정류 폐기물 처리 부산물을 덤프 바오 터우의 연못에 처리한다. 산업에 의한 환경 스트레스의 핵심은 10km2의 찌꺼기이다. 이 연못의 가장자리 큰 파이프에서 기준치 3배의 방사오염 검은 슬러지를 분출한다. Unknown Fields Division에 따르면, 희토류 원소 1t 제조하는 것도 산성 폐수 함유, 중금속, 발암 물질 및 방사 성 물질 75t을 생성한다. 연간 희토류 생산 10만t에 도달한 점을 감안, 업계는 산성 폐수의 7,500,000t을 매년 생성한다. Unknown Fields Division은 스마트폰, 노트북, 전기 자동차 배 터리의 생산에서 발생하는 폐기물의 양을 측정했다. 8개의 희토 류 원소를 사용하는 스마트폰은 유독성 폐기물의 380g을 생성하 고 노트북은 폐기물의 1.22kg 생산하고, 전기 자동차 배터리셀은 폐기물의 2.66kg을 생산하고 있습니다. 이 프로젝트는 럭셔리는 무엇인가? 로 전시하며, 4월 25일에서 9월 28일까지 런던 빅토리 아와 앨버트 박물관에서 전시한다. ACB 르네서스, 웨어러블 단말기용 RF트랜시버 반도체 개발 르네서스 일렉트로닉스는 주로 웨어러블 단말기에 탑재하는 마이 콘 내장형 RF 트랜시버 반도체를 개발했다 RF 트랜시버와 외부 안테나를 접속할 때의 회로설계를 간소화하여 쉽게 무선통신기 능을 부가할 수 있다는 점이 최대의 특징. 무선통신기술 노하우가 부족하더라도 비교적 용이하게 취급할 수 있다는 점을 활용하여 이업종의 웨어러블 단말 시장의 참여를 희망하는 기업의 요구도 수용한다. 르네서스가 개발한 마이콘 내장형 RF트랜서스 반도체 RL78/ GID 는 근거리무선통신규격 블루투스 로우 에너지 에 대응한다. 1개 500엔(소비세 제외)에 샘플 출하를 시작으며, 2016년 10월 에는 월 생산 100만 개를 계획하고 있다. 웨어러블 단말 이외에 모노 인터넷(IoT) 관련 수요도 흡수한다. 안테나 접속에 필요한 바란 소자를 내장하여 사용자에 의한 회로 설계를 간소화했다. 이로써 측정기를 사용한 조정과 평가 작업의 수고가 감소하는 이외에 외부부착 부품이 감소하므로 개발의 부 담이 줄어든다. 경우에 따라서는 회로의 설계기간을 반감할 수 있 다고 한다. 소비전류는 수신 시 3.5mA(밀리암페어), 송신 시 4.3mA로 기존 경합제품의 반 정도로 억제했다고 한다. 또 전파의 강약에 따라 자동적으로 전력을 조정하는 기능을 갖추어 높은 에너지 절약 성 능을 실현했다. August

120 내장 마이콘 프로그래밍에 사용하는 전용 소프트웨어와 평가보 드도 제공, 사용자의 웨어러블 단말 개발을 총합적으로 지원한다. 웨어러블 단말은 스마트폰과 연대하여 사용하는 케이스가 많다. 따라서 무선통신이 필수기능인데, 안테나 접속부의 회로설계에는 전문 노하우가 필요. 무선통신기술 노하우가 부족한 전기 메이커 와 스포츠용품 메이커 등 이업종에게 단말 개발의 장벽이 되는 사 례가 적지 않다. 파나소닉, 업계 최소의 반도체 릴레이 개발 파나소닉은 업계 최소이며 소비전류도 줄인 반도체 릴레이 포토 MOS 릴레이 CC 타입 을 개발, 수주를 시작했다. 내부고주를 쇄 신하여 이 회사 종래 제품 대비 사이즈를 약 50%, 소비전류를 동 25분의 1로 낮추었다. 이 릴레이는 반도체의 계측관련기기에 수 천 - 수만 개 사용된다. 계측기는 고기능화와 웨이퍼의 대구경화 로 릴레이의 탑재 수 증가와 소비전류 저감의 요구가 강하여 CC 타입으로 수요를 포용한다. 소형화할 수 있게 됨으로써 몸에 부착 하는 웨어러블 단말 등에 대한 채용도 겨냥한다. CC타입은 사이즈가 세로 1.8mm 가로 1.95mm 높이 0.8mm, 입력 전류 0.2mA. 사양 온도 범 위는 -40 ~ +105 로 플러 스 측의 고온 동작 범위를 20 높일 수 있었다. 가격은 수주량 에 따라 달라지는데 이 회사 종 개발한 업계 최소의 반도체 릴레이 포토 MOS 릴레이 CC 타입 래 제품에 비해 약 10% 증가될 것으로 보인다. 2017년에 일본 내 공장에서 월 생산 50만 개를 목표한다. 종래 제품이 발광다이오드(LED)의 광절연방식인데 비 해 CC타입은 LED가 아닌 독자의 용량절연방식을 채용했다. 소 형, 저소비 전류화했다. 구체적으로는 종래 제품은 입력 측 LED 에 전류를 흐르게 하여 발광한다. 이 빛을 광전소자로 받아 소정 전압까지 올려서 출력 측의 스위칭 소자의 금속산화막 반도체 전 계 효과 트랜지스터(MOSFET)에 전류가 통하게 한다. 한편, 용량절연방식은 입력 신호를 내장 트랜지스터 IC내의 콘덴 서로 소정 전압까지 올리고 스위칭 소자에 통전한다. LED를 사용 하지 않음으로써 작게 만들어 발광에 필요한 전류도 필요치 않게 되었다. CC타입은 종래의 반도체 통전 실험용 IC테스터 와 웨이퍼 단계 의 검사 지그 프로브카드 와 함께 차량용 디바이스의 검사기기 등 고온환경 하에서 검사대응이 필요한 기기에도 적합하다. 파나 소닉은 반도체 계측기기용 반도체 릴레이로 세계 점유유 약 30% 를 쥐고 있는 최강 기업이다. 일간공업 도레이( 東 レ), 라지토(large tow) 탄소섬유의 능력 배증 내년 봄, 멕시코 공장, 연간 생산 5000톤 체제 도레이는 라지토 탄소섬유를 취급하는 미국 자회사 졸텍의 생산 설비를 증강한다. 멕시코 공장(하리스코주)의 생산능력을 현재의 약 2배가 되는 연 생산 5000t으로 높인다. 2016년 4월에 생산을 시작할 예정으로 투자액은 20억 - 30억 엔 정도가 될 것으로 보 인다. 풍력발전 관련 용도에 덧붙여 앞으로는 자동차 구조체 등에 서의 채용을 전망, 공급체제를 강화한다. 졸텍은 풍력발전기의 날 개와 수지 컴파운드(혼련) 강화제 등에 사용되는 라지토 탄소섬유 의 대기업으로 멕시코와 헝가리에 공장이 있다. 2014년 2월에 항 공기 등에 사용되는 레귤러토 탄소섬유를 다루는 도레이의 자회 사가 되었다. 졸텍은 2020년까지 생산능력을 현재의 연간 생산 1 만 3000t 규모에서 배증할 구상을 내걸고 앞으로도 공장 설비를 강화할 방침이다. 일간공업 유리 치과 충전재는 금속 및 복합에 안전한 대안 인가? 1999년에서 2004년까지 국립보건원이 실시한 가장 최근의 국민 건강 영양 조사에 따르면, 미국 성인(20~64세)의 92%는 영구치 에 충치가 있었다. 그리고 그 개인은 각각 4.61의 충전치아를 갖 는다. 계산에 따르면, 그 수치는 혼자 미국에서 10억 치과 충전재 의 근처 어딘가에 동일하게 작용한다. 더 나은 재료를 필요로 하는 실정이다. 하나의 옵션은 결합제를 필요로 하지 않기 때문에, 다른 재료 보다 치아에 부착하기 나은 120 ceramic korea

121 유리 이온 시멘트인데, 이것은 그러나 강하고 내구성이 좋지 않으 며, 일반적인 어금니와 같은 높은 로드배어링 치아로 사용하지 않 는 것이 좋다. 따라서 여러 다른 유럽기관에서 동료들과 함께 코펜 하겐 대학의 연구팀은 치과 치료에 더 유리한 이온 시멘트를 만들 수 있는 방법을 연구하고 있다. 유리 이온 시멘트에 접착하는 접착제의 중간층을 필요로 하지 않 는 장점을 가지고 있다. 그 것은 물론 충치를 방지하는데 도움이 되는 불소를 해제하는 흥미로운 특성을 갖는다. 그러나 이 재료는 강하고 좋은 생물학적 특성이 있다. 우리의 연구는 따라서 그 특 성을 개선하기 위해 재료의 미세 구조와 강조 사이의 연결을 이해 하는데 초점을 맞추고 있다 고 아나메네 코펜하겐 대학의 치과 의 사와 연구원이 대학보도 자료에서 말했다. 유리 이온 시멘트는 아름다움 부품, 금속 또는 복합 충전재에 비 해 특별한 혼합 장비가 필요치 않는다. 시멘트를 만드는 손으로 분 쇄 물 유리를 혼합 할 수 있다. 또한 경화 자외선 조명을 필요로 하 지 않는다. 연구자들은 그 작은 변화가 충전 강도를 향상 시킬 수 있는지 시 멘트 수화물에 산을 첨가하고 효과를 조사하였다. 팀은 그 자체로 추출 치아에 모의 충전재 시멘트의 특성을 연구하였다. 우리는 시멘트 충전물과 치아의 x선을 조사했다. 이들은 재료 의 구조를 나타내기 위해 했으며, 유리 이온 시멘트 다공성 및 미 세구조를 보였다. 3차원에서 정확한 이미지를 얻을 수 있었다 고 Helosia Bordallo, 코펜하겐 대학의 닐스 보어 연구소에서 부교 수 및 재료 연구원은 설명했다. 또한 중성자 산란을 사용하는 연구자들은 부정적인 강도 및 파괴 를 방지할 수 있는 능력에 영향을 미칠 것이며, 재료의 기공, 액체 가 있었다는 여부를 평가하였다. 재료가 액체 볼 경화로 팀은 중요한 매개 변수로 실제 환자의 입 에서 시간이 지남에 따라 얼마나 잘 결정되는지 몇일 동안 분석을 반복했다. 결과는 재료를 결합하는 작업의 순서에 예기치 않음을 밝혔다. 실험에서 시멘트 분말에 물을 첨가하고 산을 추가함으로 써 강한 재료를 얻었다. 결과 물질의 이해를 밝혀냈지만 표준 복합체 또는 금속 충전재를 교체하는 것은 준비되지 않았다. 그러나 자료에 따르면, 팀은 이 제 시멘트에 추가 천연 미네랄로 새로운 유리 이온 혼합물에 노력 을 가하면 모공에 더 적은 액체를 얻을 수 있다. 이러한 변화는 유 리 이온 시멘트의 강도 및 내구성을 향상 시킬 수 있다. 이 연구 는 수십억의 치과의 미래를 위한 선택이다. 이 논문은 scientific reports 에 how mobile are protons in the structure of dental glass ionomer cements? 제목으로 게재되었다. ACB 점토를 이용한 이산화탄소 포집 노르웨이 과학기술대학의 연구에 따르면, 세계 환경재앙의 온실 가스 점토 포집에 대하여 NTNU의 앤더 미첼과 존 오토 포섬이 이끄는 팀은 점토의 이산화탄소 캡처 기능을 조사하고 그 실행의 themill 점토 작업이 다른 재료로 같은 효과를 끌어낼 수 있다는 것을 발견했다고 밝혔다. 그림. 노르웨이 과학기술대학에서 앤더 미첼(왼쪽)과 존 오토 포섬(오른쪽)이 이산화탄소를 캡처 점토의 기능을 연구하는데 사용되는 소형 챔버를 검토하고 있다. Scientific Reports 출판결과는 팀의 실험에서 사용된 합성 스멕 타이트 점토를 포함한 특정 유형은 이산화탄소를 경합하는데, 특 히 효과적 표면을 가지고 있음을 보여준다. 표면은 슈퍼이지만, 이 산화탄소를 포착에 역할을 하고 진정한 활성화 포착을 한다. 이산화탄소를 캡처하기 위한 최적의 재료가 몇 가지 요구사항을 가지고 있다고 팀은 말했다. 좋은 흡착 능력을 갖는 큰 표면 영역 을 갖는 이외에 재료는 이산화탄소, 최소 에너지 입력과 재생 능 력에 대한 선택성을 보여 주며, 저렴하고 친환경적이어야 한다. 논문의 초록에 따르면, 인터칼이션 비율은 이산화탄소의 보유 능 력에 따라 Li+, Na+또는 Ni2+ 인 층간 양이온의 종류에 따라 크 게 의존하는 것으로 밝혀졌다. 흥미롭게도, 우리는 스멕타이트 리 튬 fluorohectrite이 온도 35 까지의 이산화탄소 대기 압력에서 유지하며, 그 위의 온도에서 그것을 방출한다는 것을 알았다. 우 리 이러한 맥락에서 다른 재료에 비해 이산화탄소 양을 캡처할 수 있음을 나타내며, 표준 양이온 분석도 함께 추정하였다. 점토는 쉽고, 비독성 및 환경 친화적인 이산화탄소 포획에 사용되는 다른 재료를 생산하는 것보다 저렴하다. 그것은 아마도 이산화탄소를 필터링하고 산업 규모 배출량을 줄일 수 있는 연구결과가 나왔다. August

122 연구결과는 유망하지만 여전히 수행해야할 문제들이 있다. 우리 가 하고 있는 것은 기초 연구이다 라고 포섬은 보도에서 말했다. 이 기술을 더 개발하기 위해서 더 많은 연구를 취해야하며, 그래 서 우리는 점토 기반의 이산화탄소 캡처를 조만간 쉽게 사용할 것 으로 전망한다 고 덧붙였다. 연구팀은 또한 로르웨이 에너지기술연구소, 슬로바키아어 기술대 학, 스웨덴 룬드 대학의 MaxIVLab, 그리고 브라질 Universidade de brasiliz에서도 참여하고 있다고 전했다. 이 논문은 intercalation and retention of carbon dioxide in a smectite clay promoted by interlayer cations 으로 출판하였 다. ACB 村 田 製 作 所, 대용량 MLCC 확충 - 330μF 제품 올해 안 양산 村 田 製 作 所 는 대용량 타입의 적층 마이크로 콘덴서(MLCC)를 확 충한다. 이미 상품화한 정전용량 150μF 제품과 220μF 제품에 이 어 330μF 제품을 시장 투입. 샘플 출하한 고객으로부터 채용을 위한 좋은 평가를 얻어 올해 안에라도 양산을 시작할 계획이다. 서버와 네트워크 기기 등 고부가가치 분야에서 고분자 알루미늄 전해 콘덴서의 교체를 목표로 한다. 스마트폰용 등 초소형 MLCC 에서는 압도적인 점유율을 자랑하는 이 회사는 대용량 제품에서 도 업계를 리드한다. 村 田 製 作 所 에서는 3216사이즈 (3.2mm 1.6mm)에서 150μF과 220μF 제품을 이미 양산. 나아 가서 대용량인 330μF 제품을 3225사이즈(3.2mm 2.5mm)로 330μF의 MLCC(왼쪽)와 고분자 알루미늄 전해 콘덴서 상품화했다. 서버 등의 프로세서 에 안정적인 전원을 계속 공급할 수 있기 때문에 디커플링 용도나 스위칭 전원의 평활( 平 滑 )용도 등에 적합하다. 대용량 타입인 MLCC는 유전체의 층도 1000층 이상으로 다적층 화 되어 좋은 품질에 대한 요구도 엄격하다. 따라서 재료 대비 완 성품의 비율을 높이기 어려워 경합 메이커는 적다고 한다. 대용량 제품의 경우는 고분자 알루미늄 전해 콘덴서 쪽이 저가로 대용량 화하기 용이하여 직류전압을 가했을 때(인가)의 용량 변화가 적다 는 등의 이점이 있다. 따라서 고집적 밀도와 저( 低 )ESR(등가직렬 저항), 주파수 특성, 긴 수명 등을 필요로 하는 용도에서 MLCC로 교환할 것을 겨냥한다. 이 회사에서는 2014년 업계 최소인 0201사이즈(0.25mm mm)의 초소형 MLCC의 양산을 업계 선두로 개시. 이미 기존 제품 과 다름없는 실장성 등을 확립, 올해 안에 모바일 단말과 웨어러 블 기기 등에 대한 양산 출하를 시작한다. 이들 초소형 제품에 더 해 알루미늄 전해 콘덴서가 주류인 대용량 제품에서도 제품군을 확충한다. 일간공업 후지킨, 반도체 제조용 액체재료 기화 공급장치 개발 후지킨( 大 阪 市 北 區, 사장 野 島 新 也 )은 반도체 제조 프로세스용 으로 고속응답성이 좋은 액체재료 기화 공급장치를 개발했다. 소 요시간이 종래 대비 15분의 1이하가 되는 1초 미만으로 기체 유 량을 제어, 실란계 가스 등 고가인 유기금속 재료의 낭비를 줄인 다. 액면관리, 압력검지 2 기종으로 5월 중순부터 본격 판매. 가 격은 한 벌이 200만 엔(소비세 제외)로 3년 동안 약 1000대 판매 를 목표로 한다. 제품명은 FALVS(파리바스) 로새 로 개발한 기화장치와 지금까지 보유해 온 압력식 유량 제어기기 (FCS-P)의 고온대응판으로 구성 했다. 절연막에 다용되는 유기금 버려지는 가스를 대폭 줄일 수 있는 속인 TEOS(테트라 에토신 실란) 파리바스(ファリバス) 는 실온의 액체로 기화부로 보내어 200 정도로 가열하여 기화 시키고, 그것을 상류의 압력제어로 하류량을 일정하게 하는 FCS-P를 통해서 반도체 제조 장치에 공급한다. 이미 일부 큰 반 도체 메이커에서 평가실험을 통과했다. 일반적으로 유기금속재료는 실온에서 액체나 고체인 상태. 기화 공급일 때는 고온가스의 유량제어가 기술의 벽이 된다. 불활성 가 스인 헬륨을 이용하여 기화상태로 만들고 열식 센서로 제어하는 경합 기종이 시장에서 선행하고 있다. 단, 소정 유량의 제어에 15 초 정도가 들고, 그 동안 가스는 불량으로 버려진다. 파리바스는 버려지는 가스가 대폭 줄어들어 고온가열의 완전 기화식으로 캐 리어가스 불필요, 관리운용도 쉽다고 한다. 파리바스는 기화부에 대한 액 공급 방식에 두 가지 타입이 있는데 TEOS등 유기금속용 은 백금저항체로 액면을 검지하는 기종, 물 등의 기화공급은 압력 센서에 의한 기종을 제안한다. 일간공업 122 ceramic korea

123 더 나은 배터리를 위한 두 단계의 마그네슘 리튬 이온 시카고 일리노이 대학에서 마그네슘 이온 연구는 미래의 배터리에 단일 충전 리튬이온을 대체할 수 있음을 보여준다. 마그네슘이 양전하를 전 달하는 이온이기 때문에, 때마다 우 리는 우리가 두 배나 많은 전자를 이 동할 수 있는 배터리 재료의 구조로 마그네슘 이온을 도입하였다 고 조 르디 카바나, UIC의 화학교수는 대 학 보도 자료에서 말했다. 우리는 이 그림. 배터리 테스트 수행 연구가 고전압, 고 에너지 배터리의 새로운 클래스에 대한 신뢰할 수 있는 디자인 경로를 열 수 있기를 바란다 고 덧붙였다. 두 배나 많은 전자는 배터리가 완벽하지 않 기 때문에 주요한 재료의 같은 양으로 두 배의 배터리 주스를 의 미한다. 그들이 떠날 때 이온 전극 재료의 구조를 왜곡이 생기기 때문에 이동하는 전자의 수를 최대화하려는 구조가 왜곡되어 다시 이온 을 이동시키는 큰 에너지 비용이 어려워 배터리를 충전하게 된다. 이 연구는 Mg +2 이온을 가역적 구조의 사면체 사이트를 점유 이 온, 스피넬 형 망간산으로 인터칼한 것을 보여준다. 그들은 아직 완전한 기능의 배터리를 내장하지 않았지만, UIC 과학자들은 미 래의 배터리를 가능하게 할 원리를 입증했다. 주차장처럼 자동차에만 너무 많은 공백이 있다. 구조를 왜곡하지 않고 내부에 더 많은 사람들이 각각의 공간에 차를 넣을 수 있다. 추가 충전 재료의 같은 양의 배터리에서 더 많은 전력을 의미 하 며, 마지막으로 더 가볍고 작은 배터리에 문을 열었다. 모두 전기 자동차 장치 및 기술을 오래 지속가능하는 것이 중요한 고려사항 이다. 이 논문은 Advanced Materials에 Direct observation of reversible magnesium ion intercalation into a spinel oxide host 제목으로 게재되었다. UIC 팀만 이러한 연구를 하는 것은 아니다. 캔자스 주립대학에서 더 나은 배터리 개발을 위해 아직도 리튬이온을 포기하지 않고 있 다. 그들 연구는 이황화 몰리브덴 시트의 얇은 샌드위치 배터리 전 극으로 실리콘 탄화물을 쌓아 구현하였다. 매번 이전 벌크 이황 화 몰리브덴보다(마그네슘의 이중 층과 유사) 리튬의 양을 더 많 이 저장하며, 전극 용량 페이딩 문제가 전혀 없다. 캘리포니아 리 버 사이드 대학의 과학자에 따르면, 세라믹 유리코팅으로 배터리 전극을 사용하여 배터리 효능을 크게 향상시킬 수 있다. 리튬 설 퍼 전지(잠재적 종래의 전지로 10배정도의 에너지를 생성하나 안 정성 문제를 지녔다)팀은 나노 황입자를 유리에 제조하고 이 배터 리에 형성에 문제되는 설파이드 화합물을 트래핑하여 화합물을 만든다. 이 논문은 Nanoscale에 SiO 2 coated Sulfur particles with mildly reduced graphene oxide as a cathode material for lithium-sulfur batteries 제목으로 게재되었다. ACB 太 陽 誘 電, 적층세라믹콘덴서 최소형으로 공세 太 陽 誘 電 은 세계 최소 사이즈 의 적층 세라믹 콘덴서(MLCC) 0201 을 사용한 전자기기 제조 수탁 서비스(EMS)사업을 올해 안에 시작한다. 0201은 실용화 EMS사업, 웨어러블 겨냥 세계 최소 사이즈의 적층 세라믹 콘덴서 의 초기 단계에 있고, 실장( 實 裝 ) 공정에 고도의 기술이 필요하다. EMS에 의해 고기능화가 진 전되는 스마트폰 이외에 웨어러블 단말 등 0201을 사용한 새로운 전자기기의 제품개발, 보급을 뒷받침한다. 현재 0201을 양산할 수 있는 것은 세계에서 太 陽 誘 電 와 村 田 製 作 所 두 곳 뿐이다. 0201분야에서 부품 업계 경쟁력을 한층 끌어올리고자 하는 목적 도 있다. 0201은 크기가 가로 0.25mm 세로 0.125mm인 초소형 MLCC. 太 陽 誘 電 자회사로 EMS사업을 전개하고 있는 赤 城 電 子 ( 群 馬 縣 高 崎 市 )가 0201 기판 실장을 담당하여 생산설비와 실험장치 등을 설비한다. 0201을 정확하게 기판에 배치하는 기술은 완성하였고 앞으로는 납땜 인쇄와 회로설비기술을 실증하여 기판실장기술을 확립. 0201을 사용한 EMS사업을 개시한다. 2017년 1분기 이 사 업의 매상고를 현재 대비 1.5배로 만들 것이다. MLCC는 스마트폰의 중핵 부품으로 최근에는 한 대 당 탑재되는 부품 개수가 늘어나고 있다는 것을 배경으로 소형화가 진행되고 있다. 현재 0603 (세로 0.6mm 가로 0.3mm)이 주류인데 이것보 다 한 단계 작은 0402(가로 0.4mm 가로 0.2mm)를 탑재하는 기 종이 나오고 있다. 0201은 0402보다 실장 면적 베이스로 반 이 상 작은 차세대 제품이다. August

124 0201을 둘러싸고 업계에서 太 陽 誘 電 과 村 田 製 作 所 가 작년 가을 까지 각각 월 3000만 개를 양산할 수 있는 체제를 갖추었다. 太 陽 誘 電 은 EMS사업으로 스마트폰뿐 아니라 웨어러블 단말 등을 취 급하는 메이커로부터 수주 획득을 겨냥한다. 첨단 제품인 0201을 사용함으로써 디자인과 기능면에서 제품을 차별화할 수 있다는 점과 설비투자 등의 비용부담을 경감할 수 있다는 점을 소구한다. 太 陽 誘 電 은 매상고의 약 50%를 MLCC가 차지한다. 스마트폰용 을 중심으로 한 수요확대에 맞추어 약 100억 엔을 투자하여 新 潟 縣 에 새 공장을 건설할 계획을 세우고 있다. 일간공업 내마모성 세라믹 합성물 강화를 위한 그래핀 첨가 새로운 연구는 그래핀이 첨가된 알루미나의 내마모성, 균열 저항, 전도성을 향상시키기 위한 간단한 해결책을 제시한다. alumina는 이미 상당히 강하고 부식과 마모에 저항력이 있다. 이러한 이유들 과 생체적합성 때문에 알루미나는 고관절부 인공보철물과 치과용 임플란트와 같은 생체의학의 장비들에 종종 사용된다. 그래핀 제 품들을 판매하고 그래핀 R&D와 상업화를 수행하는 기술 회사 그 래핀 연구자들을 포함하는 세계적 과학자 연구팀의 새로운 연구 는 알루미나의 이러한 유용한 특성들이 더 발전될 수 있다고 한다. 그림. 그래핀 첨가는 알루미나의 마모, 균열, 및 전도성 특성을 향상시킬 수 있음을 시사한다. 알루미나 합성물인 내구성 있는 그래핀을 만들기 위해서, 그 팀은 grapheme oxide와 alumina powder를 섞고, 균질의 물질을 만 들기 위해 spark plasma 소결을 사용하였다. 단지 0.22%의 적 은 질량의 그래핀을 알루미나에 첨가하는 것은 알루미나와 비교 하였을 때 화합물의 큰 사이즈에도 불구하고, 화합물의 마모 비율 과 마찰 계수를 상당히 줄일 수 있다. Graphenea 블로그 글에 따 르면, 실험결과 알루미나와 비교하였을 때 그래핀-알루미나 합성 물의 마모 비율은 50% 감소하였고 마찰 계수는 10% 감소하였 다. 합성물 물질은 alumina ball을 물질과 마찰시켰을 때의 마찰 력과 마모성을 측정하는 tribometer을 이용하여 모의의 10km의 거리에서 마찰시키는 것을 통해 측정되었다. 물질을 가까이서 보 는 것은 합성물의 그래핀 적층들이 ceramic-matrix 표면에서 마 찰로 인하여 직접 전단되어짐을 밝혔다. 마모의 초기 단계 중에, 이러한 헐거워진 적층들은 물질의 마찰력을 감소시키면서 합성물 과 마모 표면 사이에 윤활막을 형성한다. 그래핀은 이전에 알루미 나에 그래핀을 첨가하는 것은 grapheme 나노층들이 알루미나에 형성된 균열들을 이어주기 때문이다. 합성물을 파괴에 더 저항하 도록 만들면서, 압력을 가해줄 때 합성물 파괴를 50% 감소시킨다 고 발표하였다. 이 연구는 또한 그래핀이 합성물의 전도성을 1억 배 만큼 증가시킨다고 밝혔다. Ceramics Intermatinal에 Wear behavior of graphene/ alumina composite 제목으로 게재되었다. ACB 다이젯공업(ダイジェット 工 業 ), 신소재로 래디어스 엔드밀용 칩 40% 향상 다이젯공업은 금형제작 등에 사용하는 칼 날 교환식 래디어스 엔드밀용 칩 FRM형 을 발매했다. 신소재를 채용하여 수명을 종래 제품 대비 40% 늘였다. 25mm - 30mm 지름 의 8종으로 가격은 7600엔(소비세 제외) 부터. 자동차용 금형 메이커용 등에 대리점을 통해서 제공한다. 첫해 매상고는 3000만 엔을 목표로 한다. 래디어스 앤드밀은 코너 부분에 곡선을 갖춘 형상으로 중간 마무 리부터 마무리 가공에 사용한다. 새로 개발한 고경도재 고속가공 용 피막 DH102 를 채용하여 장수명화했다. 탄소강, 스테인리스강, 주철의 평면 절삭 등 폭넓은 용도에 맞는 다. 일반강용으로 JC 8015 도 아이템에 추가했다. 일간공업 桐 蔭 横 浜 大 學, 저가의 페로브스카이트 로 다이오드 개발 桐 蔭 横 浜 大 學 大 學 院 工 學 研 究 科 의 宮 坂 力 교수 등은 페로브스카 이트라는 결정구조를 가진 화합물을 사용, 빛을 대전류로 교환하 는 광다이오드를 개발했다. 광검출 감도는 1W 당 620A(암페어) 로 약한 빛을 대전류로 만드는 힘은 일반 광다이오드에 비해 약 2400배. 재료는 저가이며 페인트처럼 발라서 대면적의 광다이오 124 ceramic korea

125 개발한 페로브스카이트 광다이오드 드를 만들 수 있다. 앞으로 응답속도 의 향상 등을 꾀하여 2-3년 후의 실 용화를 추진한다. 광다이오드는 빛에너지를 전자신호 를 바꾸는 반도체 소자. 디지털카메 라 센서 등에 사용된다. 일반적으로 실리콘으로 만들며 하나의 광 자를 하나의 전자로 바꾼다. 한편, 개발한 페로브스카이트 광다 이오드는 외부에서 V의 저전압을 가하면 입사한 광자가 소자 내에서 2400배의 전자로 증폭된다. 증폭 메커니즘은 해명 되지 않았으나 宮 坂 교수는 페로브스카이트가 가진 분극하는 특 성이 영향을 주고 있을 것으로 추측한다. 전자를 증폭하는 광다이오드는 전자의 설붕( 雪 崩 )현상을 일으키 는 아발란체(avalanche) 광다이오드의 실용화 완료. 증폭률은 배로 페로브스카이트보다 크지만 구동에는 수십 볼 트의 고전압이 필요하게 된다. 또 제조에 고진공 상태가 필요하며, 재료로 실리콘이나 갈륨비소와 같은 고품질 결정을 사용하므로 고가. 페로브스카이트는 1m2 당 200엔 정도로 재료비는 100분 의 1이하면 된다고 한다. 宮 坂 교수는 2009년에 페로브스카이트를 사용한 태양전지를 개 발했다. 이번에는 태양전지로서의 발전성능을 평가하는 과정에서 페로브스카이트에 외부로부터 저전압을 가해 빛을 조사하면 대 전류가 흐른다는 것을 발견. 그것을 바탕으로 소자 내에서 전자를 받아들이는 치밀한 산화티탄층에 가는 바이 패스 구조를 만들고 광조사로 대전류가 흐르는 광다이오드를 개발했다. 페로브스카이트는 태양전지용으로써 실용화가 기대된다. 단, 고 온이나 습기에 약하다는 점에서 실외에 설치할 경우, 내구성의 향 상이 과제가 되고 있다. 한편, 센서에 사용하는 광다이오드는 외 부에 노출되지 않아 내구성이 큰 문제가 되지 않으므로 조기의 실 래 촉매에 비해 10배 이상의 전류 밀도를 달성했다. 앞으로 합성 수량을 10배인 몇 그램으로 늘려서 폴리머 전해질막 연료전지 (PEMFC)에 활용할 것을 목표로 한다. 에탄올연료는 디젤엔진 등의 내연기관에서 사용할 경우에 고온의 반응과정이 있고, 일산화탄소 등의 독성가스를 배출한다. 한편, PEMFC는 연료분자를 저온에서 산화 분해하여 생체에 무해한 물 과 이산화탄소(CO 2)로 전환한다. 동작 중에 독성가스가 발생하 지 않는다는 점에서 에탄올 연료의 이용이 기대되고 있다. 단, 종 래의 촉매는 에탄올 분자가 가진 탄소끼리의 결합을 효율적으로 절단하여 CO 2로 산화시킬 수 없었기 때문에 새 촉매의 개발이 요 구되었다. 阿 部 연구원 등은 탄탈 플라티나 합금 나노입자를 개발, 초개로 사 용하여 에탄올 연료의 산화실험을 실시했다. 그 결과, 지금까지의 촉매에 비해 높은 전류밀도를 실현했다. 또 적외선을 집광하여 표 면에 흡착한 분자의 화학 상태를 파악한 결과, 종래의 촉매에 비 해 0.1V(볼트) 이상 낮은 0.35V의 전압으로 CO 2까지 산화시킬 수 있다는 것을 확인했다. 일간공업 미래 광학 장치로 유망한 2-D 실리콘 텔루라이드 나노구조 홀드 용화가 전망된다. 일간공업 物 材 機 構, 상온상압 에탄올에서 높은 효율로 전력 추출이 가능한 촉매 개발 物 質 材 料 研 究 機 構 環 境 에너지 材 料 部 門 環 境 再 生 材 料 유닛의 阿 部 英 樹 주간연구원 등은 상온상압의 에탄올 연료에서 독성 가 스를 배출시키지 않고 전력을 효율적으로 끌어낼 수 있는 촉매 재 료를 개발했다. 탄탈과 플라티나를 조합시킨 합금나노 입자로 종 그림. 아주 얇은 (<50nm)의 실리콘 텔루라이드 나노플레이트의 광학과 SEM 사진 브라운대의 연구진들이 미래 전자, 광학 장치에 유망한 다층과 다 중구조의 2차원 반도체 물질을 만드는 기술을 개발했다. 이에 수 석 연구원이자 브라운대 화학 교수 Kristie Koski는 2차원 재료 로서 실리콘 텔루라이드가 적합한 이유는 실리콘 텔루라이드는 그래핀과 같이 이층구조 물질로 박피되거나 감소되어 질 수 있기 August

126 때문이다. 하지만 실리콘 텔루라이드는 2차원 세계에서 가장 최 고의 물질이자 최근에 주목 받고 있는 실리콘, 그래핀 층, 칼코게 나이드와 같은 몰리브덴 이황화물들을 혼합한다 고 말했다. Koski 교수와 브라운대 연구팀은 튜브 용광로를 이용한 증기 증 착법을 통해 실리콘 텔루라이드의 나노 리본과 나노 혈소판 구조 를 만들었다. 튜브 안에서 가열되었을 때, 실리콘과 텔루라이드는 증기화되고 아르곤 케리어 가스에 의해 기판에 증착되는 전구체 화합물을 만들기 위해 반응한다. 다양한 용광로 온도와 표면 처리 는 각각 다양한 결정 방향을 갖는 다양한 모양의 구조를 만들었 고, 연구팀은 끝에서 바로 서있는 나노리본(길이 10μm와 너비 50 1,000nm)과 나노 혈소판 구조를 만들었다. 우리는 바로 서 있는 판들을 많이 관찰한 결과 그것들은 기판 위에 수직하게 서있 는 halfhexagons이다. 그것들은 마치 무덤과 같아 보인다 라며 Koski가 밝혔다. 게다가, 다양한 기판 위에서 물질을 성장시키는 것은 연구자에게 더욱 다양하고 유망한 재료와 장비로 가능하게 하는 물질을 도핑할 수 있도록 했다. 예를 들어, 사파이어 기판위 에서 실리콘 텔루라이드를 성장시켰을 때, aluminum으로 도핑되 었다. Koski는 광 검출기와 LED 같은 광전자 장비들은 새로운 기술의 장치로 유망하다 고 말한다. 실리콘 텔루라이드는 완전히 투명하나 붉게 빛나며, 그것은 본래 p-type의 반도체이고, 2차원 물질 중 본래 p-type인 것은 드물다 며 2차원 phosphorus인 Phosphorene은 오직 다른 예시이고, 실리콘 텔루라이드는 붉은 색에서 광발광 점을 가지고, 이것은 LED나 광 검출기에 쓰이기 좋은 특성이다 고 Koski가 말했다. 또 다른 유망한 응용분야는 배터리이다. Koskis는 실리콘-특히 실리콘 nanowire-은 리튬 이온 배터리의 핵심 물질이다. 우리는 실리콘 텔루라이드 또한, 리 튬과 마그네슘의 꽤 많은 양을 차지하고, 에너지 저장을 위해 잠재 적으로 사용될 수 있음을 발견하였다 면서 나노구조가 불안정함 에도 불구하고, Koski는 연구팀이 안정화를 위한 다양한 공정방 법을 가지고 있다고 말한다. 또한, 과잉 텔루리움의 굽기 과정 이 후, 단지 물속에서 실리콘 산소 층을 떨어트림으로써 실리콘 텔루 라이드를 덮는 실리콘 산소 층을 첨가할 수 있다. 실리콘 산소 뚜 껑 층을 가진 실리콘 텔루라이드는 공기 중에서 오랜 시간 안정하 게 남아있다. Nano Letters에 A silicon-based twodimensional chalcogenide: Growth of Si 2Te 3 nanoribbons TDK, 적층 세라믹 콘덴서에 상한 150 제품을 추가 6월부터 양산 TDK는 차량 탑재용 수지전극을 채 용한 적층 세라믹 콘덴서(MLCC)에 사용온도범위의 상한이 150 인 제 품군을 추가하여 6월부터 양산한 다. 진동에 의한 기판의 휘어짐으로 차량용 적층 세라믹 콘덴서 제품 부품이 파손되는 것을 막고 동시에 엔진룸 등 고온 환경 하에 두 는 전자제어 유닛(ECU)에 탑재할 수 있다. 샘플 가격은 개별 견 적. 秋 田 縣 내의 거점에서 당초 월 500만 개를 생산한다 수지가 기판에 가하는 응력을 흡수하여 부품이나 납땜이 갈라지 거나 금이 가는 것을 방지한다. 사이즈는 1005 제품(세로 1.0mm 가로 0.5mm)과 3225제품(세로 3.2mm 가로 2.5mm) 등 5종류 를 갖추었다. 특히 수지전극을 채용한 MLCC에서 1005 제품은 업계 최초로 ECU의 소형화 등에 도움이 된다. 자동차의 쾌적성과 연비향상을 위해 기구부( 機 構 部 ) 근처에 ECU 를 두어 차내 공간을 확보하거나 와이어네스를 줄이거나 하려는 움직임이 있다. 그래서 진동과 과혹한 온도 환경에서 견딜 수 있는 MLCC를 시리즈화했다. 일간공업 昭 和 電 工, 도전성 은 잉크 개발 - 인쇄로 박막 회로 형성 昭 和 電 工 은 스크린 인쇄로 박막의 전자회로를 형성할 수 있는 도 전성 은 잉크를 개발했다. 독자의 폴리머 조성 기술과 용제가공기 술로 고가인 은 입자의 농도를 높이는 일 없이 박막으로도 충분한 도전성과 점도를 확보했다. 이 잉크로 인쇄된 전자회로는 후 공정 의 열처리로 용제를 증발 건조시키기만 하면 1μm(마이크로는 100 만 분의 1m)이하로 박막화할 수 있다. 개발한 은 잉크는 인쇄 후의 열처리만으로도 충분한 도전성을 확 보할 수 있는데, 昭 和 電 工 이 도입한 광소성 기술을 병용함으로써 단시간에 높은 도전성을 실현할 수 있다. 이 잉크에 적합한 코팅제 를 사용하면 도전성을 유지하면서 접착강도를 높일 수 있다. 박막(1μm)에서 후막(30μm)까지의 그레이드를 준비하여 주변 부재 와 함께 6월부터 샘플 출하를 시작했다. 이 기술을 응용하여 5μm 이하 선폭의 회로형성이 가능한 기술개발도 추진한다. 일간공업 and nanoplates 제목으로 게재되었다. ACB 126 ceramic korea

127 새로 나온 세라믹 관련 서적이나 전문가의 서적을 본지 편집부( , 알려주시면, 신간소개란에 책을 소개해 드리겠습니다. DNA에서 우주를 만나다_ DNA에서 우주 를 만나다 에선 수십 억 년 전 태양계를 형성한 사건들이 어떻게 인간의 몸속에 담겨 있는지 그 연관성을 밝혀낸다. 저자는 이번 책에서 인간의 세포 속에 숨겨진 우주의 기원을 추적하며 우리 는 누구인가, 인간은 어떻게 만들어졌는가 라 는 심오한 질문에 답한다. 그는 가장 작은 원자 를 쪼개고, 방대한 은하를 조사하고, 거대한 산 맥과 깊은 바다의 암석을 탐사하고, 살아 있는 각종의 DNA를 분석하는 등 치밀한 탐구의 결과 물을 이 책에 고스란히 담았다. 저자_닐 슈빈 출판사_위즈덤하우스 플린 이펙트_ 플린 효과 는 20세기를 거치 는 동안 IQ 검사 결과에서 나타난 큰 폭의 점수 증가세를 일컫는다. 플린 교수는 지능이 과연 무 엇인가 되물으면서 놀랍고도 번뜩이는 답변을 제시한다. 플린 이펙트 인간의 지능을 이해하 는데 중요한 기여를 하는 유일무이한 매력적인 책이다. 저자_제임스 플린 출판사_Mid(엠아이디) 과학으로 풀어낸 철학입문_ 철학입문 은 의미, 기능, 정보, 표상, 목적, 자유, 도덕 등 전 통적으로 철학에서 고찰해 온 중요한 개념들을 다룬다. 이 책은 유물론적, 발생적, 자연주의적 관점에서 기술되었고, 마찬가지로 이런 관점으 로 작업하고 있는 페레붐, 데닛, 드레츠키 등의 철학자가 주장하고 있는 이론을 참조하면서 유 사 존재를 알아본다. 저자_도다야마 가즈히사 출판사_(주)학교도서관저널 수학이 불완전한 세상에 대처하는 방법_ 세계수학자대회 조직위원장으로 2014 ICM 을 성공적으로 이끈 수학자 박형주 포스텍 교수 의 수학 강연을 풀어쓴 책이다. 저자는 이 책에 서 코딩 이론, 확률, 프랙털을 주제로 수학이 어 떻게 불완전하고 거칠거칠한 세상을 다루는지를 세 번의 강연을 통해 흥미롭게 소개해준다. 소통 의 불완전함을 보완해주는 코딩 이론, 무작위한 현상의 이면을 읽어낼 수 있도록 해주는 확률, 무질서한 세상에서 질서를 파악할 수 있게 해주 는 프랙털을 촘촘하고 친절하게 설명해준다. 저자_정재승 출판사_해나무 니콜라 테슬라 평전_ 니콜라 테슬라 는 발 명과 특허, 이론 작업을 통해 현대 교류 전기의 근간을 마련한 탁월한 천재 과학자다. 토머스 에 디슨과 마찬가지로 미국 최초의 과학계 명사로 서 뉴욕 사교계를 주름잡고 전기에 관한 환상적 인 실연을 통해 마크 트웨인을 비롯한 수많은 당 대 사람들을 매료했다. 니콜라 테슬라 평전 은 책 속에 갇힌 채 근엄하게 가르치는 위인이 아니 라, 매일 일상에서 쉽게 만나며 영감을 주는 기 발한 친구 같은 존재인 니콜라 테슬라 를 소개 한다. 저자_W. 버나드 칼슨 출판사_반니 이종필의 아주 특별한 상대성이론 강의_ 2009년 이 책의 지은이와 한 독서모임 회원들 이 한 달에 한 번 토요일에 모여 다섯 시간씩 1 년간 아인슈타인의 장 방정식을 풀기 위해 고등 학교 수학부터 장 방정식의 해인 프리드만 방정 식까지 공부했다. 대강만을 봐도 우리나라는 물 론 세계적으로도 비슷한 사례를 찾아보기 힘든 프로젝트다. 이 책은 강사나 수강생에게 무모하 기 그지없는 프로젝트의 전말과 강의 내용을 담 았다. 저자_이종필 출판사_동아시아 August

128 전시회 최첨단 나노기술 산업의 모든 것 나노코리아 2015 개최 - 국제첨단세라믹 전시회(ACE) 2015 등 신기술 5개 분야 합동 개최 - 18개국 394개 기업(기관) 참여 첨단 기술 제품 전시 개막식 리본 커팅을 하는 모습 지난달 1일부터 3일간 코엑스에서 국내 최대 나노기술 산업 전문 전시회 및 세계 3대 나노 행사 중 하나인 나노코리아 2015 가 개최됐다. 나노코리아 는 미래창조과학부와 산업통상자원부가 주최하고 나노코리아 조직위원회(나노융합산업연구조합, 나노기술연구협의회)가 주관하는 나노기술 전문전시회로 올해 13주년을 맞이했다. 올해 전시회엔 비즈니스 활성화를 위한 18개국 389개 기업(기관)의 최첨단 나노기술과 응용 제품을 전시하는 자리와 나노 연구 성과 교류를 위한 심포지엄이 마련되었다. 첨단세라믹, 마이크로/MEMS, 레이저, 시제품제작, 바이오분야까지 총 6개의 전시가 나노융합대전 으로 합동 개최됐다. 128 ceramic korea

129 첫날 개막식 행사에는 미래창조과학부 이석준 차관, 산업통 산자원부 황규연 실장 등 나노 관련 국내외 산 학 연 관 관계자 200여 명이 참석했다. 이날 참석한 미래창조과학부 이석준 차관은 격려사를 통 해 나노기술의 상용화와 산업에서의 가치가 더 높아지고 있는 시점에서 최첨단 나노기술과 제품이 한자리에 모이는 본 행사가 나노기술의 산업화를 이끄는 장이 될 것으로 기 대하며, 우수한 연구 성과가 많이 나오도록 정부도 적극적으 로 지원하겠다 고 전했다. 개막식 행사 전후로는 현대자동차 권문식 부회장의 Challenges of Nanotechnology in Automotive Engineering, 울산과학기술대학교 Rodney Ruoff 교수의 Graphene, and some Carbon Materials for the Future 주제 기조강연이 진행되어 전시회에 참석한 석학과 관람객 의 관심을 끌었다. 국내 나노 산업 동향 한 눈에 이번 행사에는 나노 기술 분야 주요 기업과 기관들도 전시 장 곳곳에서 찾아볼 수 있었다. 국내 대기업인 삼성 과 LG 는 디스플레이 관련 신소재와 기술을 보여주는 부스를 마련 해 높은 관심을 받았다. 인쇄전자 저온공정용 은나노잉크 를 출품하여 산업기술 분야 국무총리상을 받은 (주)파루, 세계최초로 레이저를 개 발한 회사로 고정밀 기술을 제공하는 Newport, 소형정밀 개막식 격려사 중인 미래창조과학부 이석준 차관 기조강연 중인 현대자동차 권문식 부회장 개막식 이후 열린 나노코리아 어워드 에서는 연구혁신분야에 최성율 한국과학기술원 교수가, 산업기술분야에 인쇄전자 저온공정용 은나노잉크 를 출품한 파루가 국무총리상을 수상하고, 미래부 장관상(5점), 산업부 장관상(5점) 등이 수여됐다. August

130 130 ceramic korea 나노코리아 에서 만날 수 있었던 기업과 연구기관

131 부품 및 보석 등에 최적화된 3D 프린터를 제작하는 Velts 3D 등 다양한 나노분야 기업과 한국세라믹기술원, 한국연 구재단, KIMS 재료연구소, 한국나노기술원, 나노융합기술원 등 국가연구기관들이 참여해 전시회 동안 나노기술 교류를 나눴다. 다채로운 부대행사 올해 나노코리아 는 나노기술의 산업화를 촉진하고자 전시 회 산업화 세션을 확대했다. 다양한 특별 전시관과 함께 나 노제품 수요 공급자 상담회 와 해외바이어 초청 상담회 등 비즈니스 프로그램도 추가해 호평을 받았다. 유네스코 지정 세계 빛의 해 를 기념하여 국내외 연구 자들을 초빙해 빛을 활용한 나노기술을 주제로 특별 강연 을 열어 일반 관람객의 좋은 반응을 이끌었다. 이외에 전시 회 동안 생활 속의 나노기술을 강조한 이해하기 쉬운 강연 과 실험을 청소년, 일반인, 과학교사를 대상으로 진행했으며, T2B 특별전시관 내 나노하우스 를 전시하여 실생활 속에 적 용되는 나노기술과 관련 제품을 등을 홍보, 전시하였다. T2B 특별전시관 나노하우스 투명열차단필름 에어로졸 적용 단열재 현무암 골조바 나노코리아 2015 조직위원장인 이희국 이사장은 갑작 스러운 메르스 사태로 인해 많은 어려움이 예상되었으나 참 가자분들의 뜨거운 열정과 사업화에 대한 의지 덕분에 전 년 대비 확대된 규모와 내실 있는 나노코리아 로 발전할 수 있었다 며 앞으로도 나노코리아 의 지속적인 발전을 위해 산 학 연 여러분의 많은 관심과 열정, 적극적인 참여를 부 탁한다 고 전시회 마무리 소감을 전했다. 여현진기자 August

132 과학터치 한국연구재단의 주관으로 마련된 금요일에 과학터치는 국민의 세금으로 수행되는 연구 결과를 국민들께 되돌려주기 위하 여 마련된 강연이다. 세라믹코리아에서는 금요일에 과학터치 강연을 한국과학재단의 협조로 매달 1~2편 소개하고 있다. 이번호에서는 지난 7월 10일 부산 궁리마루에서 진행된 중앙대학교 최광용 교수의 자석 이야기 를 소개한다. - 편집부 - 자석 이야기 중앙대학교 물리학과 최광용 교수 극지방의 오로라 연구 배경 자석은 기원전 600년경에 인간에 알려진 이후 현재 나침판, 모터, 컴퓨터 하드디스크 등 널리 사용되고 있다. 이런 자 석의 미시적인 원인이 알려진 것은 20세기 초반 전자가 스핀이라는 양자역학적인 물리량을 가진다는 것이 밝혀진 이 후이다. 스핀(원자 자석) 간의 상호작용에 때문에 자발적 대칭붕괴가 일어나는데 스핀의 경우 회전질서의 붕괴로 인 해서 자석(강자성체)이 된다. 기본입자에 질량을 부여하는 힉스입자도 바로 자발적 대칭성 붕괴의 예이다. 최근에 자발적 대칭성 붕괴를 설명하는 란다우-윌슨 이론을 따르지 않는 물리현상이 보고되었다. 분수홀효과에 의 해 전하는 분수화되고 동일하게 스핀파인 마그논도 쩔쩔매는 스핀계에서 분수화된다. 이는 스핀이나 전하를 가지는 무수한 전자가 강하게 상호작용하는 전자계에서 나타나는 현상으로 위상질서라 부른다. 이에 대한 정확한 이해는 기 132 ceramic korea

133 본입자의 근원뿐만이 아니라 양자역학적 얽힘 상태에 기반을 둔 양자컴퓨터의 구현에서 매우 중요하다. 2차원 삼각 형/카고메 격자 및 이방적 상호작용을 하는 벌집격자는 위상질서를 연구하기에 적합한 자성체 물질이다. 스위스 PSI연구소 GPS 스펙트로미터 (뮤온을 이용한 자성체 연구시설) 미국 국립고자기장 연구소의 NMR 스펙트로미터 강연내용 자석은 인류의 문명사에 중요한 역할을 했고 일상생활에서 쉽게 접할 수 있다. 냉장고의 문이 쉽게 닫히는 것은 냉장 고에 부착된 자석이 냉장고 문의 테두리에 있는 철을 끌어당기기 때문이다. 19세기 이전까지는 자석은 주로 나침판이 나 점을 치는 도구로 사용되었고 17세기에 이르면 지구도 커다란 자석이라는 것을 알게 된다. 19세기 중반에 전류가 흐르면 자기장이 생긴다는 것을 발견한다. 즉, 코일을 원통형으로 감고 전류를 가해주면 막대자석과 동일한 전자석을 만들 수 있다. 20세기 양자역학의 발전으로 자석의 근원에 대한 미시적 이해에 도달했다. 모든 물질은 원자핵과 그 주위를 돌고 있는 전자로 이루어져 있다. 전자는 스핀을 가지고 있는데 스핀은 원자 자석이라고 생각할 수 있다. 스핀(원자 자석)이 상호작용하여 한쪽으로 정렬되면 강자성체가 생성되는데 이를 자석이라 한다. 하지만 대부분의 물질은 스핀 간의 상 호작용이 약해서 매우 약한 자석이거나 반대방향으로 정렬된 스핀이 쌍을 이뤄 자기장을 서로 상쇄하여 자성을 띠지 않는다. 자석을 자세히 들여다보면 스핀들이 같은 방향으로 정렬된 미니자석인 자구들로 이뤄져 있다. 철의 경우 외부 영구자석과 전자석 August

134 자석이 만들어지는 과정 자기장이 없다면 미니자석이 불규칙적으로 배열하여 자기장이 없어진다. 철에 자석을 가까이 가져가면 미니자석이 자석의 자기장 방향으로 배열하여 자석과 같이 행동한다. 보통 페라이트 자석은 온도가 섭씨 460도 아래에서 자석이 되고 자기장의 세기도 온도가 낮을수록 강해진다. 자석에 온도를 가하면 자석의 세기가 약해지는 것을 볼 수 있다. 온도에 따른 자기장의 변화 지구는 커다란 자석인데 이는 지구 외핵에 있는 철과 니켈이 대류하면서 전류를 발생시키기 때문이다. 이런 지구 자 기장은 태양으로부터 날아오는 에너지가 큰 전하들로부터 지구생명체를 보호하는 보호막 역할을 한다. 지구 자기장 은 평균적으로 200,000년 마다 한 번씩 역전되는데 만약 지구 자기장이 약해지면 번개나 폭우가 빈번해 지고, 동물 이나 새들은 귀소본능에 혼란을 일으키고 인간은 방사능에 피폭된다. 지구 자기장이 없다면 인간을 비롯한 생명체의 생존이 위협을 받을 것이다. 134 ceramic korea

135 지구 외핵에 있는 철(Fe)과 니켈(Ni)의 대류가 전류를 발생 마지막으로 자석은 인간의 의학적 치료에도 매우 유용하다. MRI(자기공명영상장치)는 종양, 암, 허리 디스크 등을 영상화하는데 필수적인 의료기기이다. 이는 수소원자핵을 이루는 양성자의 핵스핀을 촬영하여 영상화하는 것이다. 핵 도 전자와 마찬가지로 스핀을 가지고 있다. 이렇듯 우리 주변에 보이는 자석의 근원에는 전자와 핵스핀이 있다. 이런 스핀을 이용해 정보를 처리하고 양자컴퓨터를 만들려고 많은 연구자가 노력하고 있다. MRI의 영상화 단계 연구팀 및 연구 소개 중앙대학교 물리학과 양자자성체 연구팀은 2008년부터 1명의 박사 연구원과 4명의 대학원생이 저차원 및 쩔쩔매는 양자자성체 와 키타예프-하이젠베르크 스핀계 연구를 수행하고 있다. 전자스핀은 자성현상의 근원으로 고전적 물리 로 설명되지 않는 순전히 양자역학적 개념이다. 이런 스핀들이 1차원 사슬격자, 2차원 삼각형/카고메 격자, 혹은 2차 원 벌집격자에서 상호작용을 하면 스핀액체나 마요라나 페르미온과 같은 위상질서가 발현한다. 본 연구실의 최종목표 는 기존의 상전이를 설명하는 란다우 이론 틀을 넘어서는 위상질서의 개념을 실험적으로 확립하는 것이다. 본 연구팀 은 양자자성체 물질의 자체적으로 합성하고 자화율과 비열과 같은 기본물성을 측정한 후에 중성자나 뮤온 그리고 고 자기장을 이용하여 스핀 동역학과 기저상태를 실험적으로 밝혀낸다. 위상질서는 스핀들이 장거리로 얽혀있는 상태로 이에 대한 연구는 양자 컴퓨터의 발전과 우주의 기본입자의 근원 이해에 이바지할 것이다. August

136 Patent Information 세라믹스 관련 주요 특허출원 공개목록 내국인 번 호 명 칭 출 원 인 2015년 6월 1일 ~ 6월 30일 기능성 세라믹 페이퍼 Functional Ceramic Paper 치밀한 섬유강화 실리콘카바이드 세라믹 복합체의 제조방법 METHOD FOR FABRICATING FIBER DENSE SILICON CARBIDE CERAMIC COMPOSITES 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자 및 그 제조방법 Piezo ceramic fiber multi-layer composite device and manufacturing method of the same 세라믹 소재 커터의 인공 관절용 커터 어셈블리 Cutter Assembly for Artificial Joint Having Cutter Made from Ceramic Material 적층 세라믹 전자부품 및 그 실장기판 Multi-layered ceramic electronic part and board having the same mounted thereon 조은비 한국세라믹기술원 한국세라믹기술원 황적희 삼성전기주식회사 비등법에 의한 다공성 세라믹 단열재를 제조하는데 유용한 이동식 용기 The useful movable container for producing the porous ceramic thermal insulator by boiling method 곽재철 코어-쉘 복합체, 이를 포함하는 세라믹 안료 및 세라믹 형광체 Complex of core-shell, Ceramic pigment containing that and Ceramic phosphor containing that 한국세라믹기술원 외국인 2015년 6월 1일 ~ 6월 30일 번 호 명 칭 출 원 인 니켈 분말, 도전 페이스트 및 적층 세라믹 전자 부품 NICKEL POWDER, CONDUCTIVE PASTE, AND LAMINATED CERAMIC ELECTRONIC COMPONENT 제이에프이미네라르 가부시키가이샤 세라믹 상을 갖는 적층 유리 제품 및 이의 제조방법 Laminated Glass Article with Ceramic Phase and Method of Making the Article 세라믹 구조물 CERAMIC STRUCTURES 코닝 인코포레이티드 이머리 경사 기능 재료로 이루어진 신규한 조성물을 갖는 금속 또는 세라믹 물품의 성형방법과 그 성형방법을 포함하는 물품 Methods of forming a metallic or ceramic article having a novel composition of functionally graded material and articles containing the same 알로메트 코포레이션 알루미늄 및/또는 티타늄을 세라믹 산화물로 양극처리 코팅하는 방법 및 그 제조 물품 ARTICLE OF MANUFACTURE AND PROCESS FOR ANODICALLY COATING ALUMINUM AND/OR TITANIUM WITH CERAMIC OXIDES 헨켈 아게 운트 코. 카게아아 세라믹 변환 소자, 광전자 반도체 소자 및 세라믹 변환 소자의 제조 방법 CERAMIC CONVERSION ELEMENT, OPTOELECTRONICSEMICONDUCTOR ELEMENT, AND METHOD FOR PRODUCING A CERAMIC CONVERSION ELEMENT 오스람 옵토 세미컨덕터스 게엠베하 개스킷 일체형 세라믹 오리피스 플레이트 CERAMIC ORIFICE PLATE WITH INTEGRATED GASKET 가부시키가이샤 후지킨 136 ceramic korea

137 주요 등록특허 공개내용 2015년 6월 1일 ~ 6월 30일 세라믹 기판과 금속 막의 접합방법, 발광 다이오드 패키지 및 그 제조방법 출원번호 등록번호 특허권자 엘지이노텍 주식회사 발 명 자 황덕기 세라믹 기판과 금속 막의 접 합방법, 발광 다이오드 패키 지 및 그 제조방법에 관한 것이다. 실시 예에 따른 세 라믹 기판과 금속 막의 접합 방법은 제1 세라믹 기판을 준비하는 단계; 상기 제1 세라믹 기판상 에 Cu 2O 분말을 포함하는 제1 페이스트 층을 형성하는 단계; 상기 제1 페이스트 층상에 금속 막을 형성하는 단계; 및 상기 제1 세라 믹 기판, 제1 페이스트 층 및 금속 막을 열처리하여 상기 제1 세라 믹 기판과 금속 막을 접합하는 단계가 포함된다. 다중 트랙 세라믹 스피커 이어폰 구조체 출원번호 등록번호 특허권자 아바테크 일렉트로닉스 컴퍼니 리미티드 발 명 자 유, 시앙-치 본 발명에 따른 다중 트랙 세라믹 스피커 이어폰 구조체는 주로 박 스와 상기 박스의 서로 다른 음역 에 위치하고 박형화된 세라믹 스 피커를 포함한다. 상기 박스는 수 용실이 형성되고, 상기 수용실에 는 저음 세라믹 스피커가 형성되 며, 상기 저음 세라믹 스피커의 가 장자리는 탄성 부재를 통해 수용 실의 내벽에 서스펜드된다. 박스 의 내측 가장자리의 상부 및 하부 에는 내측으로 돌출되고 적절한 경사각을 가진 지지대가 형성되어, 전, 후 트랙 세라믹 스피커를 상기 받침판에 고정하며, 프런트 커버 에는 복수의 관통홀이 형성되어 있다. 상기 부품에 의해 다중 트랙 발성모듈이 조립되며, 2개의 다중 트랙 발성모듈은 각각 이어폰에 조립된다. 저음 세라믹 스피커 및 전, 후 트랙 세라믹 스피커를 통해 오디오 신호를 수신한 후 서로 다른 음역의 사운드를 출력함으로써 이어폰이 다중 트랙에 의한 리슨 효과를 이루도록 한다. 다층구조 금속-세라믹 복합체 핵연료 피복관 및 이의 제조방법 출원번호 등록번호 특허권자 한국원자력연구원, 한국수력원자력 주식회사 발 명 자 김대종, 김원주, 박지연, 정용환 본 발명의 목적은 다층구조 금 속-세라믹 복합체 핵연료 피 복관 및 이의 제조방법을 제공 한다. 본 발명은 핵연료 피복 관의 금속 외측부; 상기 핵연 료 피복관의 금속 외측부와 동 축으로 배치되고 상기 핵연료 피복관의 금속 외측부보다 작은 지 름을 갖는 핵연료 피복관의 금속 내측부 및 상기 핵연료 피복관의 금속 외측부 및 핵연료 피복관의 금속 내측부 사이에 장입되는 탄 화규소 복합체를 포함하는 다층구조 금속-세라믹 복합체 핵연료 피복관을 제공한다. 상기 탄화규소 복합체는 중성자 흡수 단면적 이 낮고 고온에서 기계적 강도 및 융점이 높아, 상기 탄화규소 복합 체를 포함하는 핵연료 피복관을 제조하면 중성자 이용효율이 향상 되고 원자력 발전소의 비정상운전 및 중대사고 시 안정성을 향상 할 수 있는 효과가 있다. 세라믹 코어 및 그의 제조방법 출원번호 등록번호 특허권자 창원대학교 산학협력단 발 명 자 정연길, 김은희, 이재현, 임형태, 우타관, 조근호 본 발명은 세라믹 코어와 그의 제조방법 관한 것이다. 본 발명의 세 라믹 코어는 세라믹 입자; 및 상기 세라믹 입자를 코팅하고 있는 유 리질 금속 실리케이트를 포함하며, 그의 제조방법은 금속 알콕사이 드, 실리카 전구체, 세라믹 입자 및 용제를 혼합하는 제1 단계; 상기 August

138 제1 단계에서 혼합한 수득 물을 필터링 후에 건조하여 상기 금속 알콕사이드 및 실 리카 전구체가 코팅된 세라 믹 입자를 제조하는 제2 단 계 상기 제2 단계에서 제조 된 세라믹 입자를 압축하여 성형체를 형성하는 제3 단계 및 상기 성형체를 열처리하는 제4 단 계를 포함한다. 본 발명의 세라믹 코어 제조방법은 기존에 적용되 는 공정을 획기적으로 개선하고, 유리질 금속 실리케이트를 세라믹 코어의 출발물질인 세라믹 입자에 코팅하여 낮은 유기 바인더의 함 량과 열처리에 따른 수축 및 형상변화를 거의 없앨 수 있고, 고강도 및 고붕괴성 등의 기계적 강도를 향상할 수 있다. 리튬 이차전지용 전극의 세라믹 코팅방법 출원번호 등록번호 특허권자 에너테크인터내셔널 주식회사 발 명 자 박학순, 박종호, 최관호, 백승진 본 발명은 리튬 이차전지 의 전극 활물질 상에 형성 할 세라믹 코팅용 조성물 을 균일하게 형성할 방법 에 관한 것이다. 본 발명에 따른 방법은, (a) 세라믹 코팅용 조성물을 제조하 는 단계와, (b) 상기 세라믹 코팅용 조성물을 이형시트의 일면 또는 양면에 도포 및 건조하여 세라믹코팅층을 형성하는 단계와 (c) 형 성된 세라믹 코팅층을 리튬 이차전지의 전극 활물질 상에 부착시키 는 단계 및 (d) 상기 이형시트를 제거하는 단계를 포함한다. 본 발명 에 의하면, 전극의 활성층 위에 균일한 두께로 이루어진 세라믹 코 팅층을 형성할 수 있게 되어, 균일한 전기적 특성과 열적 안정성을 확보할 수 있게 된다. 물유리 코팅층을 함유하는 인산칼슘 세라믹 다공체 제조방법 출원번호 등록번호 특허권자 영남대학교 산학협력단 발 명 자 김석영, 양소영 본 발명은 칼슘과 인이 포함된 혼합물 및 기공형성제를 건식 혼합 하는 단계; 상기 혼합된 건식 혼합물에 바인더를 첨가해 혼련하는 단계; 상기 혼련된 혼합 물을 숙성하는 단계; 상 기 숙성된 혼합물을 압 출기에 장입 후 압력을 가하여 고상압출하는 단 계; 상기 고상압출된 압 출물을 건조하는 단계; 상기 건조된 건조물을 소결하는 단계; 염산, 수산화나트륨 및 질산으로 이루어진 군에서 선택된 에칭용액에 상기 소결된 소결체를 담지하여 에칭하는 단계 및 상기 에칭된 소결체를 물유리로 코팅하는 단계를 포함하는 인 산칼슘 세라믹 다공체의 제조방법을 제공한다. 따라서 골대체재로 사용 시 생분해가 일어나도 일정기간 기계적 강도를 유지하는 특성 을 보이면서 높은 기공률 및 기공의 크기, 삼차원적으로 잘 연결된 기공의 형상을 하는 다공성 골 대체물을 쉽게 제작할 수 있다. 특히 다공체의 골격 조직을 치밀하게 하고, 다공체 기공의 상호연결성을 증가시키면서도 기계적 강도를 증가시킬 수 있다. 적층 세라믹 콘덴서 출원번호 등록번호 특허권자 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 발 명 자 나가모또도시끼 본 발명의 과제는, 내부 전극의 팽창에 기인하 여 세라믹 소체에 크랙 이 발생하는 것을 억제, 방지하는 것이 가능하 여, 신뢰성이 높은 적층 세라믹 콘덴서를 제공 하는 것이다. 세라믹 소 체(10)에, 내부 전극(2) 과 도통하도록 외부 전극(5)이 배치된 구조를 갖는 적층 세라믹 콘 덴서에 있어서, 외부 전극(5)은, 세라믹 소체(10)의 외표면에 형성 된 금속 전극층(12)과, 금속 전극층(12)의 외표면에 형성된 도전성 수지층(13)을 갖고, 세라믹 소체의 한 쌍의 단부면(3)의 한쪽으로 인출된 여러 개의 내부 전극(2) 중, 적층 방향으로 이웃하는 한 쌍 의 내부 전극(2)간에 존재하는 유전체층을 전극간 유전체층(11)으 로 한 경우에, 세라믹 소체에 포함되는 전극간 유전체층 중, 5% 이 138 ceramic korea

139 상의 전극간 유전체층에, 세라믹 소체의 한 쌍의 끝 부분 중 적어도 한쪽 부근에서 전극간 유전체층을 개재하여 이웃하는 내부 전극 간을 연결하는 방향의 간극이 존재하도록 구성한다. 세라믹을 코팅한 미끄럼방지 무빙워크 및 이의 제작방법 출원번호 등록번호 특허권자 주식회사 지엔브이 발 명 자 이용문 발판 표면에 미끄럼 방지기술 이 적용된 코팅층을 형성하 여 우천 시에도 미끄럼에 의 한 안전사고의 발생을 예방 할 수 있는 세라믹을 코팅한 미끄럼방지 무빙워크 및 이의 제작방 법이 개시된다. 이를 위하여 발판의 표면에 용융된 세라믹이 증착 되어 형성된 코팅층을 포함하는 세라믹을 코팅한 미끄럼방지 무빙 워크를 제공한다. 그리고 용사기를 무빙워크의 발판으로부터 이격 시킨 상태로 배치하는 용사기 배치단계와, 세라믹 용융물을 생성 하는 용융물 생성단계, 및 상기 용사기를 통해 발판으로 상기 용융 물을 용사하여 발판에 코팅층을 형성시키는 용융물 용사단계를 포 함하는 세라믹을 코팅한 미끄럼방지 무빙워크의 제작방법을 제공 한다. 본 발명에 의하면, 우천 시에도 마찰계수가 높아 미끄럼 방지 가 탁월하며, 내구성 및 내식성이 우수하여 발판의 교체주기가 증 가한다. 열전 재료 제조 방법, 열전 재료 및 열전 발전기 출원번호 등록번호 특허권자 연세대학교 산학협력단 발 명 자 김우철, 왕홍차오, 황준필, 강찬영 본 발명의 한 가지 양 태에 따라서, Pb-Te 계 열전 재료 제조 방법이 제공되는데, Pb-Te계 열전 재료 제조 방법으로써, 원 소 납, 원소 텔루륨 및 도펀트(dopant) 를 혼합하여 Pb-Te계 혼합물을 형성하는 단계; 상기 혼합물을 용 융한 뒤에 급랭시키는 단계; 및 상기 급랭 후 얻어진 성형체를 핫 프 레싱 하여 열전 소결체를 얻는 단계를 포함할 수 있다. 현무암을 이용한 온열보드 패널 및 제조방법 출원번호 등록번호 특허권자 유영성 발 명 자 유영성 현무암을 이용한 온 열보드 패널에 관하 여 개시한다. 온열 보드 패널은 현무암 분말 60 내지 80중량%, 옹기소지 분말 20 내지 40중량%의 비율 로 혼합된 다공 발포 패널; 다공 발포 패널의 면을 따라 형성된 다 수개의 요홈을 포함하며, 현무암을 온열보드 패널 구성 입자 성분 으로 적어도 50중량%로 포함함으로써, 패널의 경량화, 높은 열전 도율, 시공에서 시공성을 개선하는 고성능 고효율 온열보드 패널로 제공한다. 친환경 세라믹계 방수 방식 시공공법 출원번호 등록번호 특허권자 (주)드림이앤지, (주)우암건설 발 명 자 고원준 본 발명은 친환경적이면서, 경제성, 방수방식성, 경화성 및 내약품 성, 높은 표면경도를 형성할 수 있는 친환경 세라믹계 방수방식 시 공공법에 관한 것으로, 표면처리단계, 프라이머 도포단계, 무용제 에폭시계를 통한 무용제 에폭시계 도료 도포단계, 세라믹을 포함 한 실란 화합물로 이루어진 세라믹계 방수방식 코팅제도포단계로 이루어져 있어, 용제를 포함하지 않는 무용제 에폭시계 도료 및 세 라믹계 방수방식 코팅제를 도입하여 성막조제 및 작업 환경 개선과 더불어 균일한 도막 형성에 따른 도막 성능을 향상할 수 있음은 물 론, 세라믹계 방수방식 코팅제를 통해 상온에서의 경화 속도가 양 호해지며, 특히, 내약품성 및 높은 표면경도 등을 얻을 수 있는 친 환경 세라믹계 방수방식 시공공법을 제공한다. 항균기능을 가지는 세라믹 코팅제 출원번호 등록번호 특허권자 주식회사 케이엠티알 발 명 자 박현관 본 발명은 항균기 능을 가지는 세라 믹 코팅제에 관한 것으로, 좀 더 구 체적으로는 본 발 명의 출원인에 의 August

140 해 선출원되어 등록받은 하이드록시 라디칼 생성 조성물(대한민국 등록특허공보 제 호) 또는 슈퍼옥사이드 생성 조성물 (대한민국 등록특허공보 제 호)로 이루어지는 항균제 를 세라믹 코팅제에 혼합함으로써, 세라믹 코팅제가 항균기능을 가 지도록 하는, 항균기능을 가지는 세라믹 코팅제에 관한 것이다. 인 ZrO 2를 생략하면서 기존 설비를 그대로 활용하여 쉽게 세라믹 섬유를 제조할 수 있는 등 우수한 경제적 효과까지도 제공하는, 세 라믹 섬유 제조용 조성물 및 그로부터 제조된 고온단열재용 염용 해성 세라믹 섬유에 관한 것이다. 구리-세라믹 층상 복합소재 및 그 제조방법 출원번호 등록번호 특허권자 한국생산기술연구원 발 명 자 임성철, 권혁천, 이효수, 어규영, 호종환, 백종진 본 발명은 구리-세라믹 층상 복합소재 및 그 제 조방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 피접합 대상인 Cu와 세라믹을 진공 챔버 내에서 진공상태를 생성하는 동시에 플라즈마를 이용하 여 표면을 처리하는 단계; 상기 표면처리가 이루어지는 과정 중에 서 상기 Cu와 세라믹을 접합하는 단계;를 포함하되, 상기 표면처리 및 접합은 상온에서 수행되는 것을 특징으로 하는 구리-세라믹 층 상 복합소재 및 그 제조방법을 제공한다. 이상과 같은 본 발명에 따 른, 기존의 폴리머 재질의 절연체에 비하여 열전도도를 크게 향상 할 수 있는 세라믹을 절연체로 대체함으로써 히트 스프레더의 방열 특성을 크게 향상할 수 있도록 하는 작용 효과가 기대된다. 세라믹 섬유 제조용 조성물 및 그로부터 제조된 고온단열재용 염용해성 세라믹 섬유 출원번호 등록번호 특허권자 주식회사 케이씨씨 발 명 자 우봉기, 김홍겸, 송인수, 송민욱 본 발명은 세라믹 섬유 제조용 조성물 및 그로부터 제조된 고온단 열재용 염용해성 세라믹 섬유에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 망 목 형성 산화물인 SiO 2와 수식 산화물인 CaO를 특정적으로 조절 된 비율로 함유하고, 임의로, 추가의 수식 산화물인 MgO, 중간산 화물과 융제 역할을 하는 Al 2O 3, B 2O 3, Na2O 등을 함유함으로써, 세라믹 섬유의 인공 염류체액에 대한 용해도를 향상한 조성물에 관 한 것으로, 용융온도가 1,400 이상으로 높아 고온단열재용 세라 믹 섬유를 제조하기에 적합하며, 고온 사용 시에도 내열성, 압축강 도 및 복원력 등의 열적/기계적 특성이 우수하고, 고가의 원료성분 세라믹-금속 하이브리드 피복관 및 그 제조방법 출원번호 등록번호 특허권자 한국원자력연구원, 한국수력원자력 주식회사 발 명 자 정양일, 박정용, 박동준, 김현길, 이영우, 구양현 본 발명은 이종소재인 세라믹 과 금속을 결합하여 서로의 장점을 취한 세라믹-금속 하 이브리드 피복관에 관한 것 으로, 원자로의 핵연료를 수 용하도록 형성되고 원자로에 서 발생하는 열에 의해 피복관의 기계적 강도가 소실되는 것을 방 지하는 세라믹튜브, 및 냉각수에 의한 상기 세라믹 튜브의 부식을 방지하도록 상기 세라믹 튜브를 감싸며 상기 핵연료를 밀봉하도록 봉단마개와 접합되는 금속튜브를 포함한다. 본 발명에서 제시하는 세라믹-금속 하이브리드 피복관은 원자로의 정상운전 시는 물론 사고 발생 시 안전성을 확보할 수 있다. 적층형 세라믹 전자부품 출원번호 등록번호 특허권자 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 발 명 자 야마시타야스히루 전자부품(1)은 세 라믹 소결체(10) 와 세라믹 소결체 (10)의 내부에, 제 3방향에 있어서 세라믹층(15)을 개재하여 서로 대항하도록 번갈아 마련되어 있는 복수의 제1 및 제 2 내부전극(11, 12)을 구비하고 있다. 제1 및 제2 내부전극(11, 12) 각각은 제3 또는 제4면(10a, 10b)에 노출되어 있는 한편, 제5 및 제6면(10e, 10f)에 노출되지 않도록 마련되어 있다. 세라믹 소결체 (10)의 제1방향(L)에서의 양 단부(10G, 10F)에는 제1 및 제2 내부 전극(11, 12)을 구성하는 금속과 세라믹 소결체의 고용체로 이루어 140 ceramic korea

141 지는 이상영역(16a, 16b)이, 제3방향(W)에 있어서 상기 제1 및 제 2 내부전극(11, 12)이 마련되어 있는 영역의 한쪽 단부에서 다른 쪽 단부에 걸쳐 연속해서 형성되어 있다. 하이브리드 센서를 가지는 LED chip과 그 제작방법 출원번호 등록번호 특허권자 부경대학교 산학협력단 발 명 자 안형수, 이삼녕, 양민, 신기삼, 유영문 초음파와 플라즈마를 이용한 세라믹 분쇄 및 분산 장치 및 이를 이용한 세라믹 분쇄 및 분산 방법 출원번호 등록번호 특허권자 한국세라믹기술원, (주)세원하드페이싱 발 명 자 오윤석, 김형태, 최균, 곽찬원, 문흥수 초음파에 의해 진동을 발생시킴 으로써, 세라믹 분말의 이물질을 제거할 수 있으며, 메쉬 전극을 포함하는 전극부에서 발생하는 플라즈마를 통해, 세라믹 분말을 분쇄 및 분산함으로써 기계적 특 본 발명은 질화물 계 발광다이오드 (Light Emitting Diode: LED) 구 조 내에 하이브리 드 센서가 형성된 LED chip에 관한 것이다. 이러한 하이브리드 센서를 내장하는 칩 (chip)구조는 조명으로서 기능하는 동시에, 환경오염을 모니터링 할 수 있는 LED 발광 센서로서 기능하며 전극물질의 종류에 따라 다양한 환경 오염 센서로 사용할 수 있는 효과가 있다. 성이 우수하여 하드코팅 등에 활 용할 수 있는 세라믹 분말을 제조할 수 있는 장치에 대하여 개시한 다. 본 발명에 따른 초음파와 플라즈마를 이용한 세라믹 분쇄 및 분 산 장치는, 세라믹 분말과 분산액이 수용되는 처리 용기; 초음파를 발생시켜 상기 세리믹 분말을 분산 및 세척하는 봉 형태의 초음파 인가부; 및 메쉬 전극을 포함하여 플라즈마를 발생시켜, 세라믹 분 말을 분쇄하는 플라즈마 인가부;를 포함하고, 상기 봉 형태의 초음 파 인가부는 회전하면서 분산액을 회전시키며, 처리 용기 상부에 배치되는 지그에 장착되고, 상기 초음파 인가부 및 플라즈마 인가 부는 상기 분산액 내에 위치하는 것을 특징으로 한다. 압전 발전 장치 출원번호 등록번호 특허권자 한양대학교 산학협력단 발 명 자 성태현, 송준후, 홍성광, 양찬호, 우민식 실시예에 따른 압전 발전 장치는, 상판, 상기 상판 하부에 이격되게 위치된 하판, 및 상기 상판 및 상 기 하판 사이에 위치되는 압전소 자를 포함하며, 상기 상판은 좌석 의 하중이 가해지는 부분에 위치 되고, 상기 상판과 하판의 상대 운동에 의해 압전소자에 변형을 가하고, 좌석 내부에 부착되어 전 기에너지를 발생할 수 있다. 단신 및 동정 인사 산업통상자원부 국장급 전보 에너지신산업정책단장 나승식 과장급 전보 에너지신산업정책과장 김상모 에너지신산업진 흥과장 이귀현 에너지수요관리과장 양원창 국가기술 표준원 표준조정과장 이재만 전기전자표준과장 최승만 기계소재표준과장 임헌진 화학서비스표준과장 장혁 조 동부광산보안사무소장 김성수 기획조정실장 박원 주 무역투자실장 이인호 부고 서울대학교 김현이 교수 부친 7월 10일 별세 빈소 서울대학교병원 장례식장 1호실 발인 포항공과대학교 조문호 교수 빙부 7월 14일 별세 빈소 서울대학교병원(연건동) 장례식장 3호실 발인 August

142 신설법인 세라믹스 신설법인 2015년 5월 29일 ~ 7월 2일 회사명 대표자 자본금(백만원) 업 종 주 소 서울 해영 여성수 10 유무기소재 및 합성수지 제조, 도소매, 서비스업 중구 다산로 240, 509호 (신당동, 동원빌딩) 다빛코아 최희철 50 반도체 부품 제조, 판매 및 서비스업 서초구 논현로31길 44, 203호 (양재동, 혜인빌딩) 인천 형제건설 조연행 1 철근콘크리트 공사업 남구 능해길46번길 7-15, 101호 (용현동, 영남아트빌) 코엠테크 김광준 20 반도체 장비 제조 및 도, 소매업 부평구 평천로115번길 25, 1층 (청천동) 일진지앤티 정필환 20 건축용 유리타일 제조 및 판매업. 남구 봉수대로 (도화동, 일진옵텍) 다원피씨씨 유경숙 30 프리캐스트 콘크리트 제조업 연수구 용담로62번길 25, 1층 101호 (청학동) 대전 화인이엔지 유희호 100 히타, 실험로, 전기로, 세라믹 관련제품제작 제조업 대덕구 대화로 127, 2층 (대화동, 디동) 누에보컴퍼니 황진우 10 자동차부풉제조업 대덕구 중리북로 19, 지하1층 (중리동) 대구 홍해건설 손용규 0 철근콘크리트 공사업 달서구 장기로 51 (성당동) 피이피에스 박정규 50 압전소자제조업 수성구 달구벌대로621길 11 (시지동) 광주 칠성건설 김재관 200 철근콘크리트공사업 동구 제봉로222번길 1, 3층 (대인동) 한정개발 남장우 205 철근콘크리트공사업 남구 대남대로 351, 1101호 (월산동, 동강오피스빌) 부산 컨맥스 조장현 10 원적외선 액상 제조업 강서구 대저동서로249번길 18 (대저2동) 이노폼 김종만 500 무기물 발포체의 개발, 생산 및 판매 사상구 사상로 182, 602호 (괘법동, 청호빌딩) 울산 와이케이이엔지 김영조 50 자동차부품 제조및 판매업 울주군 웅촌면 고연공단1길 16 (고연리) 142 ceramic korea

143 캘린더 이 달 의 세 라 믹 스 주 요 행 사 안 내 August Sun Mon Tue Wed Thu Fri Sat 캐나다 오타와 나노 재료 박람회 일시_ ~ 장소_ 캐나다 오타와 홈_ icanm2015.iaemm.com 대한민국 IT융합 엑스포 일시_ ~ 장소_ EXCO(Hall 1, 2) 주최_ (주)엑스코 글로벌소재부품산업대전 일시_ ~ 장소_ KINTEX 홈_ ICC6(제6회 국제세라믹 회의) 일시_ 8.21 ~ 8.25 장소_ 독일 드레스덴 홈_ 제10회 중국(칭다오) 국제LED조명전람회 일시_ ~ 장소_ 중국 칭다오 홈_ IACC (국제 접착 & 코팅 컨퍼런스) 일시_ ~ 장소_ KINTEX 홈_ 브라질 상파울루 남미 콘트리트 박람회 일시_ ~ 장소_ 브라질 상파울루 홈_ August

144 세라믹스 자료실 통계 도자기류 수출실적 년 월 품 목 2015년 5월 31일 현재 (단위 : 천불) 식 기 타 일 위생도기 합 계 4 1, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,017 시멘트 수요 공급 현황 자료제공 : 관세청 2015년 5월 31일 현재 (단위 : 천톤) 년 월 항 목 수요 내 수 수 출 계 생 산 수 입 계 공급 재 고 4 4, ,217 5, , , ,844 4, , , ,908 4, , , ,448 4, , , ,545 3, , , ,210 4, , , ,070 4, , , ,500 4, , , ,696 3, , , ,089 3, , , ,997 3, , , ,950 4, , , ,371 4, , , ,171 5, , 자료제공 : 통계청, 관세청 위생도기 업체별 생산 출하 현황 2015년 5월 31일 현재 (단위 : 개) 업체명 구 분 전월재고 출 하 생 산 내 수 수 출 계 당 월 누 계 당 월 누 계 당 월 누 계 당 월 누 계 당월재고 계 림 요 업 170,419 32, ,918 22, , , , ,593 대림비앤코 150,736 90, ,990 75, , ,811 75, , ,878 아이에스동서 126,443 46, ,747 55, , , , ,152 세 림 산 업 187,588 36, ,443 30, , , , ,593 계 635, ,050 1,110, , , , , , ,216 자료제공 : 대한도자기 타일공업협동조합 144 ceramic korea

145 위생도기 품목별 생산 출하 현황 2015년 5월 31일 현재 (단위 : 개) 구 분 전월재고 생 산 출 하 내 수 수 출 계 당월재고 품 목 당 월 누 계 당 월 누 계 당 월 누 계 당 월 누 계 양변기 140,794 69, ,119 56, , , , ,999 대변기 1, ,233 소변기 44,923 7,715 42,537 7,749 40, ,749 40,861 44,889 세면기 271,376 73, ,249 73, , ,554 74, , ,619 탱 크 89,464 33, ,634 27, , , ,963 95,289 기 타 87,395 20, ,559 17,783 90, ,783 90,156 90,187 계 635, ,050 1,010, , , , , , ,216 자료제공 : 대한도자기 타일공업협동조합 내장타일 생산업체별 생산 출하 현황 2015년 5월 31일 현재 (단위 : m 2 ) 구 분 전월재고 생 산 출 하 내 수 수 출 계 당월재고 업 체 명 당 월 누 계 당 월 누 계 당 월 누 계 당 월 누 계 대동산업 1,198, , ,736, , ,116, , ,116, ,230, 대보세라믹스 589, , ,792, , ,624, , ,624, , 삼영산업 173, , , , , , , , 삼 현 576, , ,401, , ,154, , ,154, , 아이에스동서 582, , ,463, , ,107, , ,107, , 이화산업 21, , ,182, , ,189, , ,189, , (주)KT세라믹 131, , , , , , , , 태영세라믹 183, , ,181, , ,175, , ,175, , 계 3,457, ,554, ,475, ,237, ,136, ,237, ,136, ,774, 자료제공 : 대한도자기 타일공업협동조합 바닥타일 생산업체별 생산 출하 현황 2015년 5월 31일 현재 (단위 : m 2 ) 구 분 전월재고 생 산 출 하 내 수 수 출 계 당월재고 업 체 명 당 월 누 계 당 월 누 계 당 월 누 계 당 월 누 계 대동산업 1,013, , ,362, , ,286, , ,286, ,037, 삼영산업 47, , , , , , , , 삼 현 46, , , , , , , 선경산업 153, , , , , , , , 성일요업 161, , ,011, , , , , , , , 아이에스동서 580, , ,654, , ,713, , ,713, , (주)한보요업 230, , ,220, , ,300, , ,300, , 태영세라믹 15, , , , , , , , (주)KT세라믹 213, , , , , , , , 계 2,461, ,635, ,181, ,640, ,007, , , ,649, ,070, ,447, 자료제공 : 대한도자기 타일공업협동조합 August

146 유리품목별 생산 출하 현황 2015년 5월 31일 현재 (단위 : 톤) 품목 구분 단위 출하 생산 재고 내수 수출 전월 당월 전월 당월 전월 당월 전월 당월 유리장섬유 M/T 9,594 9,988 6,239 6,307 1,958 2,011 30,346 29,257 차량용안전유리 m2 3,253,924 2,975,567 3,299,122 2,957, , ,475,366 유리용기 M/T 59,692 64,825 58,471 58,853 1,645 1,507 68,210 71,513 자료제공 : 통계청 내화벽돌 생산 출하 현황 2015년 5월 31일 현재 (단위 : 톤) 년 월 항 목 생산 출하 내수 수출 계 재고 \4 8,181 7, ,787 17, ,546 7, ,022 18, ,917 7,853 1,134 8,987 16, ,593 8, ,756 17, ,602 7, ,047 16, ,339 6, ,845 18, ,932 11,089 1,341 12,430 13, ,654 6, ,355 15, ,827 8,849 1,717 10,566 13, ,600 11, ,480 9, ,920 8,016 1,070 17,006 8, ,298 8, ,443 9, ,954 8, ,521 8, ,627 7, ,671 8,984 자료제공 : 통계청 146 ceramic korea

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148 세라믹코리아 2015년 8월 5일 발행 통권 327호 1988년 3월 10일 등록(라-3485호) 우) 서울시 서초구 서초대로40길 42 (서초동, 대호B/D 4F) TEL ~6 FAX 정가 14,000원