CVD법 실리콘 나노와이어 최소 직경 2나노미터 확인
성장속도도 해명
大阪대학 대학원 이학연구과의 大野裕 조교, 吉川純 대학원생 등은 화학기상성장(CVD)으로 성장시킨 실리콘 나노와이어의 최소 직경이 약 2나노미터라는 것을 밝혀냈다. 직경이 가는 실리콘 나노와이어는 굵은 것보다도 성장속도가 더뎌 직경 2나노~3나노미터에서는 성장이 완전히 정지한다는 것을 알았다.
실리콘 나노와이어를 활용한 바이오센서와 전자·광학디바이스를 제작하는 응용연구에 도움이 되리라 생각된다. 성장속도는 원료 가스의 열분해 속도로 결정되어, 실리콘 나노와이어는 500℃에서는 매초 약 200나노미터의 속도로 성장한다는 것도 알았다.
콘의 액적의 직경에 의해서 형성된다. 기본적으로 금 나노입자의 직경을 작게 하면 가는 실리콘 나노와이어를 만들 수 있다. 그러나 이번 연구에서 직경 1나노미터 이하와 몇 개의 금 원자에서는 원자 고리모양의 실리콘 나노와이어는 성정하지 않는다는 것이 밝혀졌다. 지금까지 실리콘 나노와이어의 최소 직경이나 성장속도 등의 정량적인 성질은 밝혀지지 않았다. (NK)

금속 나노와이어 싼값에 대량 합성
수(數)의 밀도 100배 되는 새 방법 개발
千葉대학의 星野勝義 교수 등은 와이어 수이 밀도가 종래 방법의 약 100배가 되는 코발트 금속 나노와이어의 대량합성법을 개발했다. 수용액 속에서 암모니아 함유의 코발트 착체를 전해 환원하는 것으로 자기 조직적으로 와이어가 성장하는 새 반응이라고 한다. 또 상온·상압 하에서 합성할 수 있는데다가 템플레이트(주형)과 같은 전·후처리를 필요로 하지 않아 실험실 레벨의 설계에서 가능하다.
앞으로는 전계방출 디스플레이의 전자방출원이나 프로브 현미경용의 탐침 이외에 석유의 분류용(分留用) 촉매, 리튬이온전지의 정극재료 등에도 응용가능하다고 한다. 나노와이어를 싼값에 대량 합성할 수 있는 새 방법으로서 주목을 받을 것 같다.
실험에서는 황산리튬의 수용액에 코발트 착체를 혼합했다. 1볼트의 전압으로 전해를 개시하자 코발트의 착체가 약 30초정도에 성게처럼 돌기가 뻗음 결정이 되고, 그 돌기가 성장하여 10분 정도에 수의 밀도가 1평방미터 당 2억 개까지 늘었다. 와이어의 평균지름은 185나노미터로 평균 길이는 25마이크로미터이다.
星野교수에 따르면 템플레이트 등을 사용한 지금까지의 최고 데이터는 약 200만 개였다고 한다. 같은 코발트라도 암모니아를 포함하지 않는 것은 와이어가 형성되지 않는다고 하며, 星野교수는 ‘상세한 메커니즘은 밝혀지지 않았지만 돌기의 끝에 암모니아가 고농도로 모여 코발트의 돌기가 성장하는 것이 아닐까’하고 예상하고 있다.
지금까지 금속 나노와이어를 제작하는 방법으로서는 극미소한 구멍이 뚫린 템플레이트 속에서 전석(電析)을 하는 방법 이외에 결정의 벽개면(劈開面, 특정한 방향으로 갈라져 평평하게 된 면)의 단차에 전석하는 방법이 이다. 그러나 템플레이트나 벽개면의 제작에는 많은 수고가 드는데다가 금속 나노와이어를 단리(單離)하는 것이 어려운 전·후처리의 과제가 있어 실험실 레벨에 그쳐 있었다고 한다.  (NK)

나노콤포짓 나일론 6수지 층상 규산염을 균일하게 첨가
강성 높고 외관도 양호
유니티카의 나노콤포짓 나일론 6수지 ‘Nanocon’은 비강화 나일론 6수지와 같은 정도의 비중인데 강성은 2배이다. 나일론계인 엔지니어링 플라스틱으로 표면의 외관도 좋아 엔진커버 등 주로 자동차 부품에서 수요가 급증했다. 휴대전화 부품 등에도 용도가 확대되어 작년 11월에는 생산능력을 이전 대비 2배인 3000톤으로 인상했다.
유니티카는 나일론수지의 강화에 있어 보강효율이 높은 층상 규산염에 주목했다. 중합방법의 변경 등으로 폴리머에 맞춘 수 나노미터에서 100나노미터 정도의 층상규산염을 수지 속에서 균일 분산하는 기술을 확립했다. 이 회사 수지사업본부장으로 일하는 大濱二三夫 집행임원은 “30대 전후 연구원의 젊은 힘이 기술 확립으로 이어졌다”고 회고한다. 이 기술로 층상규산염의 첨가량이 3~4% 정도라도 강성이나 내구성을 높일 수 있게 되어 경량화로도 이어졌다. 또 첨가량이 적기 때문에 성형 시의 외관도 좋아 고급차를 중심으로 한 부품의 채용이 가속되고 있다.
나일론수지의 강성이나 내열성을 높이려면 유리를 첨가하는 것이 주류로 되어 있다. 그러나 유리는 수지 속에 덩어리로 점재하기 때문에 전체의 기능을 강화하려면 30%이상의 유리 첨가가 필요하다. 따라서 수지 중량이 늘어나는 이외에 표면에 거친 느낌이 생기는 등의 문제가 있었다. 앞으로에 대해서 大濱집행임원은 “2007년에는 수출비율을 현재 대비 1.7배인 50%로 인상, 생산능력도 4500톤으로 확대할 생각이다”라고 말한다. 그것을 위해서는 더 한층 강성 강화에 의한 용도확대 등이 필요할 듯하다. (NK)

졸-겔 하이브리드법 이용한 유기폴리머 실리카
유연성·내열성 양립
荒川化學工業의 하이브리드 재료 ‘콤포셀란’ 시리즈는 부드러운 유기 폴리머와 내열성 높은 이산화규소(실리카) 각각의 장점을 함께 갖고 있다. 많은 특징을 조합시켜서 절연체나 접착제 등의 분야에서 상품화가 진행되고 있다. 해마다 수요가 늘어나 10억엔 규모의 매상을 전망할 수 있는 상품도 나왔다.
개발단계에서 荒川化學은 분자를 나노레벨에서 복합화하는 ‘졸-겔하이브리드법’으로 제조할 것을 결정했다. 다른 복합법보다 투명도가 높았기 때문인데 일본에서만 100개 이상의 기업이 도전하여 사업화하지 못했던 방법이다. 새 사업기획개발부장을 맡은 森內文夫 집행임원은 “타사의 실패를 지켜보면서 했던 연구 개발이었다”고 말한다.
어려움의 최대의 이유는 복합하면 유기폴리머의 장점만이 아니라 단점까지 성질에 반영하기 때문이었다. 따라서 폴리머의 열에 약한 부위 등 특정한 위치에 집중하여 실리카를 결합하는 ‘위치 선택적 분자 하이브리드’기술을 확립한 것이다. 평균 직경 5나노미터의 실리카 입자를 균일하게 분산함으로써 폴리머의 장점을 유지하면서 결점을 극복했다. 森內집행임원은 “상가평균이 아니라 장점의 양립이 가능하게 되었다”고 말한다.
기술 확립으로 유연성을 유지하면서 내열성을 향상하기도 하고, 탄성을 높이면서 흡수율을 낮추는 등의 특징을 아울러 가진 재료의 제조가 가능하게 되었다. 이로써 디스플레이용 코트 등 용도확대가 이어질 것이다.
단, 100마이크로미터까지의 막 두께에만 대응할 수 있다는 최대의 과제가 여전히 남아 있다. 荒川化學에 있어 이것을 해결하는 것이 대폭적인 성장의 키포인트가 된다. (일경산업)