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전도체.bmp



중국 연구진은 매우 안정적인 구리 나노와이어 전도체를 개발하는데 성공했다.

대부분의 프린트되는 전자장치는 전도성 재료를 가진 잉크에 의존한다. 은 나노와이어의 뛰어난 전도성과 특유의 유연성 때문에 그들은 유연하고 신축성을 가진 전극을 제조할 수 있게 한다.

구리는 은과 같은 다른 전극에 비해서 매우 저렴하고 더 풍부하게 존재하기 때문에, 제조 비용을 매우 절감한다. 이런 장점에도 불구하고, 구리 나노와이어 전도체는 유연하고 신축성이 있는 차세대 광전자장치에 적용하는데 심각한 문제가 존재한다. 즉, 그들은 은과 거의 유사한 전도성을 가지지만, 이런 전도성은 안정적이지 않다.

이번 연구진은 산화, 굽힘, 스트레칭, 비틀림 등에 매우 높은 안정성을 가진 전도성 구리 나노와이어 탄성중합체(elastomer)를 개발했다. 이 물질은 플렉서블 및 신축 가능한 광전자장치의 전극으로서 매우 유망할 것이다.

“이전에 제안된 2단계 방법과 대조적으로, 우리는 Cu4Ni 합금 쉘(shell)을 가진 매우 안정적이고 전도성을 가진 구리 나노와이어를 합성할 수 있는 새로운 방법을 개발했다”고 남경이공대학(Nanjing University of Science and Technology)의 Haibo Zeng 교수가 말했다. “이러한 연속 성장 및 in situ 표면 합금, 매우 높은 결정성을 가진 합금 쉘, 분명한 계면, 50 μm 이상의 길이, 부드러운 표면 때문에 그들은 높은 안정성을 달성할 수 있었다.” 이번 연구팀은 저널 Nano Letters에 이 연구결과를 게재했다.

80% 투명도에서 62.4ohm/sq의 낮은 저항을 가진 나노와이어-탄성중합체 복합물의 성능은 ITO/PET 플렉서블 전극에서 상용화된 것보다 훨씬 더 우수하다. 또한 순수한 구리 나노와이어와 비교했을 때, 이번 연구진은 Cu@Cu4Ni 나노와이어 전극의 실제 수명이 1,200 일 이상일 것이라고 추정했다.

“이것은 지금까지 전극을 기반으로 하는 구리 나노와이어에서 보고된 것 중에서 가장 긴 안정화 기간이고, 다양한 플렉서블 장치의 요구를 충족한다”고 Jizhong Song은 말했다. “전도성 회로로서 이런 구리 나노와이어 탄성중합체를 가진 OLED의 성능과 전도성은 600 주기의 굽힘, 스트레칭, 비틀림 테스트 동안에 분명한 저하를 보이지 않았다”고 Song은 덧붙였다. 

실제 적용에서 플렉서블 및 신축성을 가진 광전자장치를 위한 투명 전도성 전극으로서 이런 구리 나노와이어를 사용하는데 가장 큰 문제점은 롤-투-롤(roll-to-roll), 블레이드 코팅 제조와 같은 용액 기반의 산업용 프로세스와 호환될 수 있게 만드는 것이다. 이번 연구진에 따르면, 이것은 나노와이어 잉크의 점도와 표면 인장을 최적화함으로써 해결될 수 있을 것이다.

이번 연구진은 전도성 Cu@Cu-Ni 나노와이어 탄성중합체가 용액 기반의 플렉서블 및 신축성을 가진 유기 광발광 다이오드와 태양전지에 적용하는 것 이외에도 착용 가능한 전자장치, 로봇 피부, 이식형 의료용 기기, 스마트 전기변색 윈도(electrochromic window)와 같은 다른 분야에도 큰 잠재력을 가지고 있다고 말했다. 이 연구결과는 저널 Nano Letters에 “Superstable Transparent Conductive Cu@Cu4Ni Nanowire Elastomer Composites against Oxidation, Bending, Stretching, and Twisting for Flexible and Stretchable Optoelectronics”라는 제목으로 게재되었다(DOI: 10.1021/nl502647k).


출처 KISTI 미리안 글로벌동향브리핑

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 매우 안정적인 구리 나노와이어 전도체
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Posted by 매실총각

미 오레곤 주립대학(Oregon State University)의 화학자 및 공학자들은 대기중에서 온실효과(Greenhouse Effect)를 유발하는 이산화탄소(Carbon Dioxide) 일부를 포획한 후 에너지 저장(Energy Storage) 제품에 사용할 수 있는 고부가 물질로 만들기 위한 새로운 방안을 도출하였다. 과학자들은 나노기술의 혁신이 지구 온난화 문제를 모두 해결할 만큼의 충분한 탄소를 흡수할 수는 없다고 말한다. 그러나 나노기술을 통해 환경친화적이면서 비교적 경제적인 방안을 확보할 수 있다. 예를 들어, 나노기술은 에너지를 저장하였다가 빠르게 배출할 수 있는 장치인 슈퍼캐패시터(Supercapacitor) 내에 활용이 가능한 나노기공 그래핀(Nanoporous Graphene)을 만드는데 활용된다. 이러한 장치들은 중공업 분야로부터 소비자전자제품까지 다양한 분야에서 활용되고 있다.

연구진은 화학반응 개발을 통해 나노기공 그래핀을 최종 결과물로 확보하였다. 그래핀은 원자 및 결정 구조로 정렬된 탄소 형태로 그래핀 1g당 약 1,900 ㎡의 큰 비표면적(Specific Surface Area)을 갖고 있다. 이러한 이유로 그래핀의 전기전도도(Electrical Conductivity)는 상업용 슈퍼캐패시터를 만들기 위해 일반적으로 사용되는 활성탄(Activated Carbon) 대비 10배 이상 높다. 이번 연구논문의 주 저자이자 OSU 과학대학의 Xiulei (David) Ji 교수는 "나노기공의 그래핀을 제작할 수 있는 많은 방법들이 있지만 연구진이 개발한 접근방법은 훨씬 빠르며, 환경에 대한 영향이 적고 비용도 절감할 수 있다"고 말한다. 또한 그는 "연구진이 제조한 제품은 높은 표면적과 전도도를 보여주고 있으며, 상업용 활성탄소에 비교할만한 고밀도를 갖고 있다는 점에서 중요하다 말할 수 있다. 그리고 사용되는 탄소 자원은 지속가능한 이산화탄소이다. 따라서 에너지 저장 제품의 가치를 높이면서 풍부한 이산화탄소를 활용할 수 있다는 장점이 있다"고 설명하였다.

Ji 교수는 자신들의 공정이 제품에 사용되는 물질이 저렴하고 제조과정은 간단하기 때문에 상업화 규모 생산으로 확장할 수 있는 가능성이 충분하다고 말한다. 이번 연구의 화학반응에는 마그네슘(Magnesium)과 아연 금속(Zinc Metal)을 혼합하는 것이 포함되어 있으며, 이는 최초로 발견된 조합이기도 하다. 이 혼합물을 이산화탄소 흐름 하에서 고온까지 가열하면 금속열 지배반응(Controlled Metallothermic Reaction)이 일어난다. 이 반응을 통해 각 원소들은 금속산화물과 나노기공 그래핀으로 변환된다. 그래핀은 강도가 높으면서도 열과 전기를 효과적으로 전도할 수 있다. 그리고 금속산화물은 산업공정을 보다 효율적으로 만드는데 재활용될 수 있다.

나노기공 그래핀을 만드는 다른 방법들은 부식성과 독성이 있는 화학물질을 사용하기 때문에 대규모 상업화 단계까지 확장하는데 어려움이 있다. Ji 교수는 “대부분의 상업용 탄소 슈퍼캐패시터는 활성탄을 전극으로 사용하고 있으나 이들의 전기전도도는 매우 낮다. 연구진은 보다 많은 에너지를 전달하도록 빠르게 에너지를 저장했다가 사용할 수 있게 만들기 원했다. 그리고 전도성이 우수한 나노기공 그래핀은 이러한 목적에 부합한다고 볼 수 있다. 나노기공 그래핀은 강력한 슈퍼캐패시터를 만드는데 중요한 문제를 해결할 수 있다”고 밝혔다.

슈퍼캐패시터는 에너지 저장 장치의 일종이나 배터리와 비교했을 때 더 빠르게 충전이 가능하면서 많은 양의 전기를 저장할 수 있다. 이들은 가전제품에 활용되고 있으며, 크래인부터 지게차까지 다양한 장치를 이용하는 중공업 분야에서도 적용될 수 있다. 또한 브레이크(Braking) 작동과 같이 포획하지 않으면 소멸되는 에너지를 확보하는데 도움을 준다. 그리고 이들의 저장 능력을 활용하여 풍력에너지와 같은 대체 에너지 시스템에서 발생하는 전력 흐름을 원할하게 해 줄 수 있다. 제세동기, 항공기 비상슬라이드 개방 등의 활용분야에 전력을 공급할 수 있으며, 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Automobile)의 효율을 크게 개선하는데에도 기여할 수 있으며, 나노기공 탄소물질을 환경 필터로 활용하여 가스의 오염물을 흡수하거나 수처리에 활용될 수 있다. 그렇지만 이들의 사용이 지속 증가하는데 반해 높은 비용에 따른 제약이 존재해왔다.

OSU 과학대학(OSU College of Science), OSU 공과대학(College of Engineering), 아르곤 국립연구소(Argonne National Laboratory), 사우스플로리다 대학(University of South Florida), 국립에너지기술연구소(National Energy Technology Laboratory, NETL)로 이루어진 연구진은 OSU로부터 지원을 받아 이번 연구를 수행하였으며 Nano Energy 저널에 연구결과를 발표하였다.


출처 KISTI 미리안 글로벌동향브리핑

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 대기의 이산화탄소를 활용한 에너지 저장용 소재 개발
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Posted by 매실총각
영국 정부는 뉴젠(NuGen)과 협력 협정을 체결하여 쿰브리아(Cumbria)의 무어사이드(Moorside) 원자력발전소 건설을 위한 외부 자금 지원을 장려하기로 했다. 이 협력 협정은 2012년 10월에 소개된 기반시설 프로젝트의 재원과 투자를 지원하기 위한 영국보증체계(UK Guarantee Scheme)에 해당 기업의 접근을 가능하도록 설계된 것이다.

뉴젠은 영국재무성(HM Treasury)과 함께 작업을 수행하여 영국 최대 원자력발전소 프로젝트가 될 무어사이드 프로젝트를 위한 외부자금을 조율하는데 어떻게 보증체계가 지원할 수 있는지를 살펴볼 것이라고 말했다. 재무부 장관 조지 오스본(George Osborne)은 “정부가 새로운 원자력발전소 건설에 투자하는 것은 장기 경제 계획의 일부로서 향후 수십년간 영국이 필요한 에너지를 공급하기 위함”이라고 말하면서 “이미 계획 체계와 일반설계평가(GDA) 절차를 변경하고 전기시장을 개혁하는 것 등을 통해 많은 지원을 수행해 왔다. 보증체계는 신규 원자력이 포함된 대규모 투자를 가능하도록 하는 또 하나의 방법을 제공할 것”이라고 덧붙였다.

영국 원자력산업협회(Nuclear Industry Association) 대표 키이스 파커(Keith Parker)는 "오늘 발표는 굉장한 소식으로 영국의 신규 원자력 건설 프로그램의 이면에 저지할 수 없는 동력이 있다는 것을 보여준 것"이라고 말했다. 보증체계는 민간 분야의 투자가 이 프로젝트의 핵심 요소가 될 수 있도록 설계되어 있으며, 영국의 저탄소 에너지 혁명에서 원자력의 주도를 한층 더 강화시켜주는 것이라고 덧붙였다. 뉴젠은 도시바와 GDF 수에즈가 각각 60%, 40%의 지분을 가지고 설립한 합작회사로 2026년까지 무어사이드에 총 3.4GW에 달하는 웨스팅하우스가 설계한 AP1000 원자로 3기를 건설하는 계획을 추진하고 있다. 1호기는 2024년 말까지 가동을 개시할 예정이다. 최종 투자 결정은 2018년 말까지 완료될 전망이다.

또한 무어사이드 부지는 유럽에서 최초로 건설되는 AP1000 원자로를 수용하게 된다. 현재 미국과 중국에서 8기의 AP1000 원자로가 건설 중에 있다. 이미 미국 원자력규제위원회(NRC)의 승인을 받은 이 원자로는 영국 규제기관이 수행하는 일반설계평가의 최종 검토를 완료해야 건설이 이루어질 수 있다. 한편, 이와 유사한 협정이 1년 전에 재무부와 히타치 및 호라이존 원자력(Horizon Nuclear Power) 간에 체결되어 와일파 뉴이드(Wylfa Newydd) 원자력발전소 건설을 위한 자금마련을 촉진시킨 바 있다.

GDA는 영국에서 진행되는 신규 원자로 프로젝트의 승인을 위한 과정의 일부로 규제기관들이 특정 부지에 건설하기로 한 신규 원자로 제안을 각각 분석하여 안전성, 보안, 환경적 영향 등에 대해 평가하는 기회를 제공한다. 아레바의 EPR은 GDA를 마친 첫 번째 원자로 설계로 ONR의 설계승인확인서(DAC)와 환경부의 설계승인보고서(SoDA)를 2012년 12월에 획득했다. 현재 별도의 GDA가 웨스팅하우스의 AP1000을 대상으로 진행되고 있다(GTB2014010124).


출처 KISTI 미리안 글로벌동향브리핑
※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 영국 정부, 무어사이드 원전 투자 지원
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Posted by 매실총각

㈜우앤이(이하 우앤이)의 혁신적인 제품 W-tape를 부산국제용접 절단및레이저설비산업전에서 선보였다. W-tape에 대해 본지가 살펴봤다.  


취재 김민주 기자 


 


W-tape는 원래 군사용으로 개발된 제품으로 극한의 조건들과 환경에서 테스트 받아 그 품질을 검증받았다. 또한 온도, 압력, 전압, 습기, 부식 그리고 오염물질에 대한 내구성이 탁월하다. 그리고 별도의 접착성분 없이 자체 융착으로 순간 접착되는 방식으로 Mil.Spec 표준을 능가하는 접착 강도 특성을 갖고 있다. W-Tape의 강점을 구체적으로 나열해본다. Tape자체가 융착되는 방식으로 장시간 경과후에도 끈적일 가능성이 없으며, 500℉(260℃) 고온 내구성, -85℉(-60℃) 극저온에서도 탄성을 유지하며, 700 PSI의 초고장력, Layer당 8,000[V]의 절연 능력이 있으며, UL 등록되어 있고, 300%의 신장률, 수초내 공기, 물에 대한 반영구적 실링이 가능하며, 열수축 Tape 대체할 수 있으며, 산, 연료, 기름, 솔벤트, 염수, 자외선에 대한 내구성을 자랑한다.


부산국제용접 절단및레이저설비산업전에서 전시, 판매한 W-Tape


자동차, 전기/전자, 주택/건축, 수상/스포츠, 열수축 테이프 대체 등 다양하게 활용될 수 있는 W-tape가 동종업계의 선두자리를 계속 유지할 수 있기를 바란다.

 

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Posted by 매실총각