[산업계동향] 신기술ㆍ신제품 개발 소식

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NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 30, No. 6, 2012…659

집게타입의 희토 염화물촉매시스템으로 천연 고무 대체용 폴리이소프렌 제조기술 개발

중국과학원 창춘(長春)응용화학연구소 연구개발팀은 최근 국가과학기술부의‘중대 첨단기술 산업화 프로젝트 (863 계획)’비용 지원을 받아‘집게타입의 희토 염화물 촉 매 시스템으로 천연고무를 대체할 수 있는 폴리이소프렌 제조기술 연구’과제를 실행하여 중대한 성과를 달성하였 다. 관련 연구개발 성과는 최근 국가과학기술부에서 중국 내 관련 과학자, 교수 전문가들을 조직하여 실행한 기술평 가에 통과되었다.

천연고무는 국가의 중요한 전략적 자원에 속한다. 하지 만 중국의 천연고무 생산량은 수요를 충족시키지 못하고 있으며 해외로부터의 수입에 과다 의존하고 있는 국면은 국가 안보에도 큰 위협이 되고 있는 상황이다. 동시에 중국 의 천연고무 대체 비율은 선진국 수준에 도달하지 못하고 있는 상황이다. 때문에 천연고무를 대체하여 고성능 고무 를 합성할 수 있는 기술 개발은 중요한 현실적 의미와 전략 적 의미를 가지고 있다.

천연고무를 대체하여 고성능 고무를 합성할 수 있는 기 술을 개발하는 면에서 과학자들은“반드시 아이소아밀 (Isoamyl) 고무에 대해 높은 중시를 돌려야 한다”고 강조 하고 있다. 과학자들이 이렇게 강조하는 이유는 아이소아 밀 고무가 천연고무를 대체할 수 있는 제일 이상적인 원자 재로 되고 있다는데 있다.

중국과학원 창춘응용화학연구소 연구팀은 이번‘집게타 입의 희토 염화물 촉매 시스템으로 천연고무를 대체할 수 있는 폴리이소프렌 제조기술 연구’를 통해 전통적인‘지글 러-나타 촉매(Ziegler-Natta catalyst)’와는 완전히 다르 고 독자적인 지적재산권을 보유한‘신형 희토 촉매 시스 템’을 개발하였다.

동‘신형 희토 촉매 시스템’은 공업 매개질 속에서 우수 한 용해성(균질성(Homogeneity))을 보유하고 있기 때문 에 생산의 중복 가능성과 안정성을 위해 전제 조건을 제공 한다. 특히‘신형 희토 촉매 시스템’은 높은 촉매 활성과 높 은1, 4- 선택성을 보유하고 있다.

연구팀이 개발한 아이소아밀(Isoamyl) 원료 고무와 가 황물(Vulcanizates) 고무 성능은 천연고무와 접근하며 국 제 동일 유형 제품의 제일 이상적인 수치를 초월하여 국제 선행 위치를 차지한 것으로 나타났다. 이번 연구개발 성과 응용을 통해 향후 천연고무를 대체하여 새로운 고급 아이 소아밀 고무 제품을 생산할 수 있게 될 것으로 전망된다.

이번 연구 과제를 실행하는 과정에서 연구팀은6건의 중 국‘국가발명특허’, 1건의‘국제 특허’를 신청하였으며, 11편의 학술 논문을 발표하여 과제 계획 목표에 도달하였 으며, 관련 기술 지표(指標)는 계획 목표에 도달하였거나 초 월 한 것 으 로 나 타 났 다. 특 히‘ 촉 매 아 이 소 프 렌 (Isoprene) 혹은 부타디엔(Butadiene) 1, 4- 선택성 중 합(Polymerization) 희토 촉매’는‘2010년도 중국100 건의 우수 특허’에 선정되었다.

(KISTI 미리안『글로벌동향브리핑』, 2012년11월19일)

가스에서 플라스틱을 제조하는 라인을 위한 새로운 생산 시설

뉴라이트 테크놀로지(Newlight Technology)는 회사 의 첨단 기술인 가스에서 플라스틱을 생산하는 새로운 생 산 설비에 연간100,000파운드를 추가로 투입할 것이라고

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660…NICE, 제30권 제6호, 2012

10월12일에 발표하였다. 이 기술은 완전히 오일을 기반으

로 하는 플라스틱과 가격 면에서 경쟁성을 가지며 공기와 온실가스를 이용하여 고성능 바이오플라스틱을 만드는 기 술이다. 이 공장 라인에서 만들어진 플라스틱들은 현재 가 구 부품, 저장용기에서부터 필름 응용에 이르기까지 다양 한 응용분야에서 제품을 필요로 하는 소비자들에게 판매되 고 있다.

뉴라이트의 확장된 라인은 완전히 가동되고 있으며 일련 의 특허로 보호된, 혹은 특허를 출원한 기술들을 포함하고 있다. 이 기술들 중에는 회사의 가장 첨단기술인 레진 기능 화 및 성능 변형 기술들이 포함된다. 2003년에Mark Herrema와Kenton Kimmel에 의해 프린스턴 대학 및 노 스웨스턴 대학으로부터 설립된 뉴라이트는 탄소 및 산소 분자들을 그린하우스를 포함하는 공기로부터 뽑아내고 이 들 분자들을 고성능이며 지속 가능한 플라스틱으로 초고효 율적으로 전환할 수 있는 첨단기술을 개발하고 특허를 획 득하고 상업화하였다. 뉴라이트 테크놀로지의 기술은 폐수 처리 시스템, 매립 및 에너지 시설로부터 유래된 온실가스 를 포함하여 다양한 탄소 자원을 사용하여 가동할 수 있다.

회사의 플라스틱은 오일, 식량자원을 필요로 하지 않으며 똑같은 중요성으로 가격 면에서 경쟁이 되는 완전히 오일 을 기반으로 하는 상품 플라스틱을 대체할 수 있다.

“이 새로운 첨단 세대 설비의 첨가는 성능 면에서 오일을 기반으로 하는 레진에 부합되거나 보다 우수한 성능을 가 지면서 가격 면에서 경쟁성이 있는 플라스틱 레진들을 제 조하는데 유일하게 초점을 맞춘 결과이다. 이 라인은 상품 규모의 생산을 할 수 있는 강력한 단계를 제공하고 굉장한 특이성으로 이 목적을 달성하였기 때문에 뉴라이트를 위해 중요한 단계”라고 뉴라이트 최고경영자인Mark Herrema 는 말한다. 뉴라이트의 첨단세대 라인의 용량은 세계의 가 장 첨단 성능을 가진 등급의 레진을 생산할 수 있는 정도로 서, 이 레진은 지속가능한 특성을 가지지 않은 폴리프로필 렌, 폴리에틸렌, ABS 및TPU를 대체할 수 있다.

전반적으로 생산라인은 가스를 플라스틱으로 전환하는 공정에서 오랫동안 장애물이 되었던 세 개의 중요한 영역에 서도 뉴라이트의 첨단 업적에 통합될 수 있다. 세 개의 중요 한 영역은1) 회사가 가지고 있는 등록상표가 붙은 후생적인

변형 메커니즘(epigenetic modification mechanism)에 의해 부분적으로 가능하게 된 바이오촉매를 사용한 고분자 전환의 효율을500% 증가시킨 것, 2) 후단 공정(downstream processing)에서 가격 절감, 3) 오일을 기반으로 한 플라 스틱과 성능 경쟁력을 가지는PHA를 기반으로 하는, 독점 권을 가진 고분자 작용기 조절이다.

주요한 성능과 가격 경쟁력을 가지는 것에는 많은 기간 이 걸렸고 회사는 현재 중요한 가까운 차세대 성능 확장을 준비하고 있다. 새로 연간 수 백만 파운드가 앞으로1/4분 기 내에 생산시설에 추가 투자되는 것이 진행 중이다. “우 리는 우리의 기술을2003년 이후부터 상업화 규모로 하기 위해 작업하고 있었으며 우리의 성장 곡선이 가속화되는 것에 대해 고무적이다. 주요 핵심 기술들, 기술을 가진 파트 너들 및 혁신의 세월이 결합되어 우리가 현재 위치에 도달 하였다. 우리는 우리가 자랑스럽고 이번 업적은 단지 시작 에 불과하다”고 뉴라이트 최고경영자인Kenton Kimmel 은 말한다.

디스플레이의 제어에 필요한 금속산화물 트랜 지스터 개발 성공

독립행정법인 물질재료연구기구 국제나노아키텍트닉스 연구거점의 연구팀은 독립행정법인 이화학연구소 나노사이 언스연구시설 연구팀과 공동으로 기존에 없었던 원자재료 구성에 의한 금속산화물 트랜지스터의 개발에 성공하였다.

산화인듐 분말에 산화텅스텐을 소량 첨가하여 소결한 타 깃을 이용하여 스패터(spatter) 성막법에 의해SiO2/Si 기 판 위에 박막을 형성하였다. 이 박막 위에 전극을 형성함으

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NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 30, No. 6, 2012…661 로써 박막 트랜지스터로서 박막 특성을 조사하였다. 박막

은DC 스패터로 아르곤과 산소의 혼합가스에 의해 성막되

었다. 막 두께는10nm이다. 보호막 등을 형성시키지 않고 IWO 채널막에 전극을 직접 형성한 소자형태이다. 전극을 형성한 박막에 대해서는 산소분위기100도에서 열 아닐 (anneal)을 수행하였다. 열 아닐 전후에 투과전자현미경

(TEM) 관찰 및X선 회절분석에서 박막의 결정성을 조사하

였다. 아닐 전의 막에서 결정입은 전혀 관찰되지 않았고 100도 아닐을 실시해도 막의 질에 명확한 변화는 일어나지 않고 아모르퍼스 상태였다.

제작한 박막 트랜지스터의 특성을 실온에서 계측한 결 과, 상당히 양호한 트랜지스터 특성을 얻었다. 전계효과 이 동도는18cm²/Vs, 역치는0.7V, 전류on/off비는8.9 x10⁹으로 실용화에 충분한 값을 얻을 수 있었다. 특히, 이 전개효과 이동도는 종래 아모르퍼스 실리콘 박막 트랜지스 터(약0.5cm²/Vs)와 비교하여 수십 배의 특성이며, 소자 크기 축소에 상당히 효과적이다. 또한on/off비도 표시 대 비를 얻기 위해 충분한 값이다. 이러한 특성은 기존 금속산 화물 막 트랜지스터를 저온 아닐시킨 소자의 특성과 비교 하여 손색이 없으며, 구조 상 및 프로세스 상 우위성도 가지 고 있다.

이번 개발 재료의 특징적인 점은 기존 금속산화물 트랜지 스터와 비교하여 보다 얇은 막 두께인10nm이며, 보호막이 없는 구조일지라도 높은 특성을 가진 트랜지스터로서 동작 한다는 것이다. 기존 박막은 통상50nm 전후이며 특성을 안정시키기 위해 보호막이 필수적이다. 이 박막화는 재료단 가가 높은 갈륨을 절약할 뿐만 아니라 박막 원료 총량도 줄 일 수 있어 재료비용을 저감시킬 수 있는 효과도 있으며 제 조효율도 향상된다. 또한 열처리 온도도 낮다. 통상 산화막

트랜지스터의 아닐에는350도 등의 고온 아닐이 필요하다.

따라서, 고온대응 아닐장치가 필요하며 승온/강온을 포 함한 아닐 시간 전체에 필요한 시간이 트랜지스터 형성 프 로세스 전체의 단위시간 당 처리량을 저하시키는 요인이 되었다. 이번에 새로운 원소 막에서는 이러한 점을 해결하 여 제조효율이 향상되었다. 또한 내열온도가 낮은 유리 이 외의 기판재료로도 트랜지스터를 제조할 수 있다는 가능성 을 나타내고 있다.

그리고 산 및 알칼리 용액과의 과민반응을 나타낼 가능 성이 없는 원소만으로 구성되어 있기 때문에 대형 플랫 패 널 제조도 효율적으로 전개 가능한 습식 프로세스를 적용 할 수 있는 가능성도 기대된다. 이러한 특징에 의해 새로운 원소 구성의 산화막 트랜지스터는 산업발전을 위해 효과적 인 재료가 될 가능성이 높다.

스마트 폰 및 태블릿PC의 플랫 패널의 소비전력을 저하 시켜 각 기기의 충전빈도를 줄일 수 있다. 이것에 의해 자주 충전할 필요가 없어 기기의 휴대성이 향상된다. 그리고, 개 발 중인 차세대 고정세도(high definition) TV에서는 현재 보다도 정세도를 높이기 위해 필요한 높은 주파수 응답이 가능하게 되기 때문에 보다 아름다운 영상을 디지털 기기 에서 감상할 수 있다. 또한 고가의 갈륨의 원료 소비 저감도 가능하게 되며 재활용 기술이 이미 이루어져 원료비용도 저감시킬 수 있는 인듐만을 사용하게 된다.

플랫 패널의 생산은 국내에서는 쇠퇴하고 있지만, 제조 를 위한 스패터 재료 및 관련장치와 관련해서는 일본이 중 심이며, 지속적인 신기술의 개발이 요구되고 있다. 플랫 패 널 전체는 연간10조 엔의 산업이며 신기술 개발에 의해 더 욱 발전할 것으로 예상된다.