KIC News, Volume 17, No. 1, 2014
KIC News, Volume 17, No. 1, 2014 69 이 미세 배선의 저항치는 세선화 전 배선 폭이 수 마이크로미터였을 때와 거의 변함없었으며, 또 진공 중 250℃에서 107 A/cm2의 전류를 100시간 이상 흘려보내도 단선되지 않아 구리보다 높은 신뢰성을 갖는 것 을 알 수 있었다. 향후 저 소비 전력화를 위한 LSI 미세 배선으로의 응용이 기대된다.
이 기술의 상세 내용은 2013년 12월 11~13일 미국 메릴랜드주 베세스다시에서 열린 ‘2013 Inter- national Semiconductor Device Research Symposium (ISDRS 2013)’에서 발표되었다.
Figure. 20 nm폭 그래핀 테스트 배선의 모식도와 주사전자현미경(SEM)상.
출처: 2013.12.11 AIST(http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2013/pr20131211/pr20131211.html) 작성: 소 대 섭(한국과학기술정보연구원)
NIMS, 튼튼한 3차원 구조의 그래핀 구조체 개발에 세계 최초로 성공
일본 물질·재료연구기구(NIMS) 국제나노아키텍토닉스연구거점(MANA) 반도 요시오(板東義雄) 연구위 원, 王学斌(Xuebin Wang) 연구원, Golberg Dmitry 유닛리더 등의 연구그룹은 초박막 그래핀(단층 또는 수 층)을 3차원적인 골격에 덧붙인 구조체를 제작하는 데 세계 최초로 성공했다. 이 합성법은 일본의 전통 음 식(엿)인 ‘Blown candy’의 제조방법으로부터 영감을 얻은 ‘케미컬 풍선법’이라는 독특한 방법이다.
그래핀은 초박형 물질로 탄소이면서 기존에 알려진 흑연이나 다이아몬드, 탄소나노튜브와 달리 특이한 물성을 나타내는 것으로 주목을 받고 있으며, 이것을 발견한 사람은 2010년 노벨 물리학상을 받았다. 특이 한 물성으로 인해 여러 가지 응용이 기대되고 있으나, 얇은 특성 때문에 기능을 발휘시키기 위한 3차원 구 조체를 만들기가 쉽지 않아 많은 연구자가 그래핀의 3차원 구조체화에 도전해 왔지만 특성을 해치지 않고 3차원 구조체를 만드는 데 성공하지는 못했다.
연구진은 지금까지 보고된 예가 없는 참신한 기법, 즉 케미컬 풍선법을 이용하여 3차원 그래핀 구조체의 합성에 세계 최초로 성공했다. 이 구조체는 구조적으로 안정된 얇은 골격에 그래핀을 붙인 구조를 하고 있 다. 포도당(설탕)과 염화암모늄을 섞어 약 250℃로 가열하면 용융된 포도당 폴리머가 생성된다. 이때 발생 한 암모니아 가스가 폴리머를 안쪽으로부터 압력을 가함으로써 부풀려 수십 마이크로미터 크기의 작은 풍 선을 다수 발생시킨다. 동시에 또 구조체를 안정화하기 위한 골격이 형성되어 3차원 구조가 만들어진다.
겉이 박막으로 둘러싸인 후 1,350℃의 고온으로 가열함으로써 외피에 해당하는 부분을 그래핀으로 변화시 킨다. ‘케미컬 풍선법’은 짧은 시간에 간편하고 저렴하게 3차원 구조를 가진 그래핀 구조체를 합성할 수 있 는 획기적인 방법이다.
본 연구에서 합성된 3차원 구조의 그래핀 구조체를 전극으로 이용한 커패시터는 높은 출력 밀도를 나타
http://www.ksiec.or.kr
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내기 때문에 고성능 커패시터 재료로서 휴대용 전자 기기나 전기 자동차의 급속 충전·방전 및 항공기 전 자 발사 장치 등으로 응용될 수 있다. 또 ‘케미컬 풍선법’은 그래핀 이외의 새로운 초박막 제조법으로서 널 리 이용될 수 있다.
본 연구는 WPI프로그램의 성과로 2013년 12월 16일 영국 과학지 Nature Communications 온라인 판 에 게재되었다(※ 발표논문 참조).
※ 발표논문: Xuebin Wang, Yuanjian Zhang, Chunyi Zhi, Xi Wang, Daiming Tang, Yibin Xu, Qunhong Weng, Xiangfen Jiang, Masanori Mitome, Dmitri Golberg & Yoshio Bando, “Three- dimensional strutted graphene grown by substrate-free sugar blowing for high- power-density supercapacitors”, Nature Communications, 14 May 2013.
DOI:10.1038/ncomms3905
Figure. ‘Blown candy’ 제조법으로부터 착안한 새로운 그래핀 3차원 구조체의 제조 방법 ‘케미컬 풍선법’의 모식도.
포도당(설탕)과 염화암모늄의 혼합물을 폴리머화하여 화학 반응에서 발생하는 암모니아 가스를 이용하여 폴리 머를 부풀려 중합체의 거품을 다수 생성한다. 그 후 고온으로 가열함으로써 폴리머를 그래핀으로 변화시킨다.
출처: 2013.12.16 NIMS(http://www.nims.go.jp/news/press/2013/12/p201312160.html) 작성: 허 훈(한국생산기술연구원)
차세대 석탄 화력 발전용 저온 작동형 시프트 촉매
NEDO(일본, 신에너지산업기술종합기구)와 (주)히타치 제작소는 석탄 가스화 복합 발전(CCS*1-IGCC*2) 을 위한 이동 촉매를 개발하여 파일럿 플랜트에서 1,000시간 연속 시험을 성공적으로 실시하였다. 본 촉매 를 CCS-IGCC 시스템에 이용함으로써 시프트 반응을 종래의 2/3의 수증기량으로 효과적인 반응을 유도 하여 CO2를 회수하면서 발전 효율을 더 높일 수 있기 때문에 기존 석탄 화력 발전에 비해 CO2 배출량을 약 20만 톤/년(100만 ㎾급)의 절감을 기대할 수 있다.
시프트 반응은 저온에서 반응을 진행할수록 수증기 양을 줄일 수 있기 때문에 운전온도를 저온화하여 수 증기량을 감소시킬 수 있다. 일반적으로 이동 촉매의 활성은 고온에서 높기 때문에 다량의 수증기와 함께 반응을 진행하였다. 본 기술개발을 통하여 제조된 저온 촉매는 250℃ 이하의 저온 영역에서도 높은 CO 전 환율을 확인하였다. 이때 사용한 수증기량은 H2O/CO = 1.2 mol/mol을 유지하였다.
