기계/재료

세계 첫 지능화 자기부상궤광 생산라인 가동

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최근 중국톄젠중궁(鐵建重工)그룹유한회사(CRCHI)가 자체적으로 설계한 세계 첫 지능화 자기부상궤광(track panel) 생산라인이 CRCHI창사(長沙)제2공업단지에서 대량생산에 들어갔다. 동 생산라인은 현재 광둥 칭위안(清遠) 자기부상 관광전용철도 프로젝트 주문 생산에 들어갔다. 길이 500m, 폭 18m인 지능화 자기부상궤광 생산라인은 궤광 자동 상하역, 자동 수송·뒤집기, 자동 클램핑 위치결정, 지능화 수치제어가공, 온라인 지능화 검사, 자동 도장 및 유연성 조립이 가능해 세계적인 자기부상궤도설비 지능화 생산을 달성했다. 동 생산라인은 제조프로세스 통합화, 생산데이터 정보화, 제어시스템 지능화 등 장점을 보유할 뿐만 아니라 흐름선 직렬/병렬식 생산 및 싱글머신 다중 바이트 기계가공, 수치제어 굽힘 등 세계 선진적 가공기술을 도입해 작업자의 노동강도를 70% 이상 낮추었고 생산품질 합격률을 99%로 통제했으며 가공효율을 대폭 향상시켜 연간 생산능력을 80km에 도달시켰다. 자기부상궤광은 자기부상열차 운행을 지원하는 철도선 장비로서 자기부상열차의 안정적 운행은 궤광을 통해 보장된다. 기존의 자기부상궤광 생산은 인공 호이스팅 및 클램핑 위치결정 방식과 단일 바이트 가공작업 방식을 이용하기에 생산 소요시간이 길고 설비/인력 투자가 많고 제조 정밀도 및 생산효율이 낮으므로 1개 F형강 가공에 적어도 9시간을 소요한다. 그러나 지능 어셈블리 라인은 40분에 1개 F형강을 가공할 수 있다. 또한 궤광 변형을 재래식의 2mm에서 0.5mm 이내로 통제할 수 있을 뿐만 아니라 설비/인력 점유율도 낮출 수 있다. 자기부상 핵심기술은 국가 "13차 5개년" 교통 분야 과기혁신 특별프로젝트 중 하나이다. 중국은 2020년에 5개 이상의 상업 운영노선을 구축할 계획이다.

아시아 최대 준설선 "톈쿤호" 첫 항행 성공

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2019년 3월 12일, 아시아에서 가장 큰 대형 자항식 커터 펌프 준설선 "톈쿤호(天鯤號)"는 통관절차를 마치고 장쑤(江蘇) 롄윈강(連雲港)에서 첫 항행에 들어갔다. 이는 중국이 자체적으로 개발하고 건조한 준설선 이다. "톈쿤호"는 현재 운행 중인 아시아에서 가장 큰 커터 펌프 준설선 "톈징호(天鯨號)"의 업그레이드 버전이다. 전체 선박의 길이는 140m, 너비는 27.8m, 최대 준설 깊이는 35m, 총 설비용량은 25,843KW, 설계 준설량은 6,000㎥/h, 커터 정격출력은 6,600KW로 현재 아시아에서 규모가 가장 크고 가장 선진적인 커터 펌프 준설선일 뿐만 아니라 현재 세계에서 지능화 수준이 가장 높은 자항식 커터 펌프 준설선이다. "톈쿤호"의 준설 능력은 "톈징호"를 초과한다. 2018년 10월 2일, "톈쿤호"는 장쑤 치둥(啟東)으로 출항하여 준설 테스트를 수행하였다. 약 1개월 동안 디버깅(Debugging)을 경과한 후 해당 준설선의 최대 생산성은 7,501㎥/h에 도달하여 6,000㎥/h의 설계 표준을 훨씬 초과하였으며 또한 해당 준설선의 15Km 초장거리 굴착 수송 능력을 입증하였다.

금속연구소, 세계 최대 심리스 일체형 스테인리스 스틸링 개발

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2019년 3월 12일, 중국과학원 금속연구소는 자체로 연구개발한 금속 구조물 성형 기술을 이용하여 세계 최대 심리스 일체형 스테인리스 스틸링(Stainless steel ring) 단조품을 성공적으로 압연하였다. 해당 단조품의 직경은 15.6m, 무게는 150t에 달하며 최초로 100t급 금속 빌릿 등급 구조물 성형을 구현하였다. 이는 현재 세계 최대 지름, 최대 무게의 일체형 스테인리스 스틸링 부품이다. 해당 심리스 전체적 스테인리스 스틸링 단조품은 압연으로 제조하였다. 해당 단조품은 일체형 심리스, 고도의 균질화, 뛰어난 조직 균일성 등 특성을 보유하고 있기에 중국 4세대 원자력 발전장치 핵심부품으로 선정되었다. 기존에 해당 유형의 거대형 단조품은 국내외에서 다단식 작은 빌릿 조립 용접 방식으로 제조하였기에 가공 주기가 길고 원가가 높을 뿐만 아니라 용접 비드 위치의 재료 조직 성능이 빈약하여 원자력 발전장치 운행에 안전 위험을 가져다주었다. 연구팀은 10여 년 동안의 노력으로 독창적인 금속 구조물 성형 기술을 개발함과 아울러 구조물 계면의 결합 메커니즘 및 조직 진화 메커니즘을 규명하였으며 거대 단조품의 "이대제대(以大制大)" 아이디어 한계에서 벗어나 표면 활성화, 진공 패키징(Vacuum packaging), 다방향 단조, 등급별 구조물 제조, 일체형 환상 압연 등 일련의 핵심 기술을 개발하였다. 따라서 다층 금속 간 계면을 철저히 제거하여 서포트링(Support ring) 단조품 구조물 계면 위치와 기질 금속의 성분, 조직, 성능이 완전히 일치되게 하였으며 "이소제대(以小制大)"의 새로운 가공 제조를 구현하여 품질을 대폭 향상시킴과 아울러 제조 원가를 감소시켰다. 해당 기술은 중국의 첨단 장비 쾌속 발전 추진 및 중대 장비 핵심 재료의 자체 제어 보장에 주요한 역할을 발휘할 전망이다.

세계 첫 궤도교통 대차틀 지능화 제조 작업장 생산 투입

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최근, 중처(中車)주저우(株洲)전기기관차유한회사는 세계 첫 궤도교통 대차틀(Bogie frame)지능화 제조 작업장이 본격 생산에 들어갔다. 해당 작업장에 설치된 10대의 차륜 지능화 제조 설비로 구성된 생산라인에서 20분에 1개 차륜을 생산한다. 궤도교통 제조업에서 대차틀은 "자동차 섀시"와 유사하며 궤도교통 제품의 안전성, 쾌적성, 스티어링(Steering), 차체 지지 역할을 담당하는 핵심 부품이다. 자동차 부품의 표준화 제조에 비하여 궤도교통 장비는 맞춤형 제품이기에 지능화 제조가 아주 어렵다. 또한 기반이 빈약하고 연구 착수시간이 오래되지 않을 뿐만 아니라 지능화 제조 작업장 구축은 참조할만한 경험적 사례도 없다. 2015년에 가동한 "궤도교통 차량 대차틀 지능화 제조 작업장 프로젝트"는 공업정보화부의 2015년 지능화 제조 특별 프로젝트이다. 작업장의 주요 건물은 총 4개 빌딩이며 내부의 가공, 조립, 용접, 도장(Coating), 물류 등 11개 대차틀 생산 제조 생산라인은 이미 생산에 투입되었다. 전통적인 수동조작 모드에 비하여 해당 지능 작업장은 인력을 50% 감소시킬 수 있고 운영 원가를 20% 절감시킬 수 있다. 또한 제품 개발 주기는 35%이상 단축시킬 수 있고 대차틀 전체 프레임 생산 효율은 30.1% 향상시킬 수 있다. 특히 작업장에서 프로젝트의 변화에 근거하여 유연한 생산을 수행할 수 있으며 소규모 테스트 제작 및 대규모 생산 투입을 동시에 수행할 수 있다. 해당 작업장은 대차틀 프레임, 차륜 및 차축 3자의 생산 "연결성"을 향상시킴으로써 11개 생산라인의 최적화 평형을 구현하여 3자간 상호 대기 시간을 최소로 감소시킬 수 있다.

닝보재료기술공학연구소, 2차원 나노 보호박막 재료 관련 성과

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최근 중국과학원 닝보(寧波)재료기술공학연구소 해양신재료·응용기술중점실험실 왕리핑(王立平) 연구팀은 CVD기술로 다결정 구리 기판에 일련의 질소 도핑 그래핀박막을 성공적으로 제조했다. 연구팀은 NH3 송풍량 조절을 통해 질소 농도가 서로 다른 질소 도핑 그래핀박막을 획득했다. 연구 결과 질소 도핑 그래핀 격자 네트워크에서 박막시스템 전기전도율은 원시 그래핀에 비해 낮아졌다. 장기적 대기 노출시험 조건에서 낮은 전기전도율의 질소 도핑 그래핀박막은 부식계면에서의 전자 수송을 억제해 구리와 질소 도핑 그래핀 계면의 전기화학적 부식속도를 늦춰 부식 영역의 확장을 효과적으로 지연시키는 등 더 나은 지속적 부식보호 성능을 나타냈다. 하지만 해당 방법은 박막 성장 과정에 형성되는 구조적 결함 및 표면 불균일을 초래하는 부식점을 근본적으로 제거할 수 없다. 해당 연구 결과는 "Journal of Materials Chemistry A(2018, 6, 24136-24148)"의 속표지에 게재되었다. 일종의 그래핀 유사물인 육방정계 질화붕소(h-BN) 나노시트도 양호한 내삼투성을 보유한다. 연구팀은 CVD법을 통해 다결정 구리 기저에서 층수가 서로 다른 h-BN 박막을 성장시켰다. h-BN는 고유의 절연특성을 보유하기에 단일층 또는 다층 h-BN 박막을 막론하고 구리 기저 표면에 코팅시키면 우수한 장기적 대기보호 성능을 나타낸다. 200℃ 고온 가열조건에서 단일층 h-BN 박막으로 코팅한 동박(Copper foil)의 산화는 주로 박막 결정립계 및 결함부에서 발생하고 다층 h-BN의 산화는 주로 박막의 주름 부위에 집중된다. 다층 h-BN 박막은 단일층 h-BN 박막에 비해 산소의 횡방향 확산을 효과적으로 막아 기저 구리의 항산화 성능을 뚜렷이 향상시킨다. 해당 연구 결과는 "ACS Applied Materials & Interfaces(2017, 9, 27152-27165)"에 게재되었다. 그래핀은 큰 비표면적, 강한 화학적 불활성, 우수한 격리성을 보유한 현재 알려진 가장 얇은 보호재료이다. 화학기상증착(CVD)법으로 제조한 그래핀박막은 금속의 부식보호에 직접적으로 사용될 수 있어 가장 주요한 그래핀보호박막 제조법으로 자리잡았다. 하지만 그래핀박막 제조 과정에 불가피적으로 공석, 결정립계 등 구조적 결함이 유입될 수 있다. 장시간 공기 노출시 부식 매질은 상기 결함을 통해 기저금속과 반응하기 쉽다. 또한 높은 전기전도성의 그래핀박막은 계면부의 전기화학반응을 촉진해 기저금속의 부식을 가속화시킨다.

중난대학, 새로운 유기 태양전지 재료 개발

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최근, 중난(中南)대학 화학화공학원 쩌우잉핑(鄒應萍) 연구팀은 유기 태양전지 재료 설계 합성 및 메커니즘 연구 분야에서 일련의 성과를 거두었다. 해당 연구성과는 고효율 유기 태양전지 개발 및 향후 산업화 생산 추진에 적극적인 영향을 미칠 전망이다. 해당 연구성과는 "Joule" 및 "Nature Communications"에 게재되었다. 유기 태양전지는 태양에너지를 전기에너지로 전환시키는 새로운 전자 소자로서 제조 원가가 낮고 광전기 특성 조절이 쉬우며 반투명 제작 및 대면적 "롤투롤 인쇄(Roll-to-roll printing)"가 가능한 등 장점을 보유하기에 현재 연구 관심사로 떠오르고 있다. 태양전지의 성능을 평가하는 주요 지표는 에너지 전환 효율이다. 고효율 유기 태양전지는 현재 연구의 최우선 목표로 되었을 뿐만 아니라 유기 태양전지의 산업화를 구현하는 핵심이다. 연구팀은 유기 태양전지 재료의 에너지 준위 매칭, 흡수스펙트럼 상보성 및 천이율 평형을 고려한 외에 열역학, 공간구조 등 관점에서 재료의 호환성을 고려하였으며 더 나아가 유기 소분자 수용체 기반 태양광 재료를 합성하였다. 해당 소분자 수용체는 효과적으로 흡수 스펙트럼을 확장시킬 수 있고 소자 전압 손실을 감소시킬 수 있기에 재료 합성에 새로운 아이디어를 제공할 전망이다.

다롄화학물리연구소, 새로운 수소저장 금속유기화합물 합성

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최근 중국과학원 다롄화학물리연구소 복합수소화물재료화학연구팀 허텅(何騰)/천핑(陳萍) 연구팀은 샤먼대학 우안안(吴安安), 미국 퍼시픽노스웨스트 국립연구소(PNNL) Tom Autrey 등과 공동으로 새로운 수소저장 금속유기화합물을 합성했다. 해당 연구성과는 "Angew. Chem. Int. Ed." 학술지의 속표지에 게재되었다. 수소는 에너지밀도가 높고 오염이 없는 등 장점이 있어 에너지 저장·수송의 이상적 담체로 인정받고 있다. 하지만 안전하고 고효율적인 수소저장 매개체의 결여는 수소에너지 응용기술의 어려움으로 되었다. 현재 세계 대형 자동차회사는 전부 고압가스탱크를 상업 연료전지 자동차의 수소저장시스템으로 채택하고 있다. 그러나 해당 시스템의 압력은 350-700bar에 달해 안전성 우려가 있다. 이외 고압가스탱크 본체 재료가 고강도 탄소섬유이기에 제조비용이 높다. 이 또한 연료전지 자동차의 빠른 보급을 제한하는 원인이다. 지난 20년 동안 수소가스를 응집상태 물질에 저장하기 위한 연구에 관심이 집중되면서 다양한 신소재가 끊임없이 개발되었으나 모두 고유의 단점이 존재하였다. 따라서 안전하고 고효율적이며 저렴한 수소가스 저장·수송 담체 개발은 연료전지 자동차 보급뿐만 아니라 수소에너지 규모화 응용에 효과적인 해결방안을 제공할 수 있다. 연구팀은 금속의 전기음성도 차이를 이용한 유기 수소저장재료 전자 성질 수식을 통해 일종의 새로운 유기-무기 하이브리드 수소저장시스템—금속유기화합물을 합성했다. 이론적 계산 결과 유기 탄소 고리의 전자 밀도 증가는 유기물의 탈수소 엔탈피 변화를 효과적으로 줄일 수 있고 전자 밀도가 높을수록 탈수소 엔탈피 변화는 더 적었다. 강한 전자 공여성을 보유한 알칼리금속 또는 알칼리토금속으로 유기 수소저장재료를 개질한 결과, 탄소고리의 전자 밀도는 뚜렷하게 증가했고 유기재료의 탈수소 엔탈피 변화는 효과적으로 줄었다. 이론적 계산 결과 금속의 전자 공여성이 증강함에 따라 재료의 탈수소 엔탈피 변화는 더 적어졌는바, 상이한 금속을 선택하는 방법으로 재료의 탈수소 엔탈피 변화를 제어 가능한 조절을 할 수 있고 나아가 열역학적 차원에서 재료의 탈수소 온도를 제어할 수 있다. 나트륨으로 수식한 페놀-사이클로헥산올을 예로 들어, 해당 계산을 통해 탈수소 엔탈피 변화를 64.5kJ/mol-H2에서 50.4kJ/mol-H2로 줄일 수 있다. 아울러 금속의 전자 공여성이 증강함에 따라 사이클로헥산올나트륨 α부위의 C-H 결합길이는 증가하는 등 양자는 선형관계를 형성했다. 이는 재료가 유기-무기 하이브리드화를 거친 후 이미 활성화되었고 또한 탈수소 과정에서 α부위 C-H 결합이 우선적으로 파쇄됨을 설명한다. 실험 결과 나트륨페놀라이트-사이클로헥산올나트륨 시스템은 150℃ 조건과 상업 촉매의 작용에 의해 가역적 수소저장 순환을 완성할 수 있다. 뿐만 아니라 재료를 물에 용해시켜 수소저장 순환반응을 일으킨 후 재료의 수소화·탈수소화 온도를 100℃ 이하로 낮출 수 있는데 이같이 뚜렷한 하락은 일반 액상 유기 수소저장재료에서 볼 수 없었다. 동 유형의 금속 유기화합물은 상온 상압 조건에서 수소를 저장·수송할 수 있기에 고압가스탱크의 위험을 낮출 수 있다. 그리고 유기 기질은 종류가 많고 변화가 다양한 관계로 무기금속과 하이브리드화 시킨 후 더 많은 종류의 후보재료를 파생시킬 수 있어 선별의 여지가 크다. 해당 연구는 미래 저온 가역적 수소저장재료 개발을 위해 새로운 아이디어를 제공했다.

쑤저우나노기술·나노생체모방연구소, 새로운 3차원 탄소신경 지지체 개발

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최근 중국, 이탈리아, 미국 등 국가의 학자로 구성된 중국과학원 쑤저우(蘇州)나노기술·나노생체모방연구소 국제연구팀이 3차원 그래핀-탄소나노튜브 복합 격자 지지체를 개발하였다. 해당 생체 지지체로 대뇌 피질 구조를 훌륭하게 시뮬레이션할 수 있기에 뇌질환의 발전 과정을 또렷하고 직관적으로 관찰할 수 있을 뿐만 아니라 대뇌에 이식하여 알츠하이머병 등 다양한 신경퇴행성질환을 치료할 수 있다. 해당 연구성과는 "Advanced Materials"에 게재되었다. 탄소 신경 지지체는 그래핀, 탄소나노튜브 등 새로운 초미세 탄소재료 기반 생체 지지체이다. 해당 지지체로 체내 복잡한 미세환경에 대한 시뮬레이션을 통하여 신경줄기세포와 제1세대 뉴런의 성장 환경을 구축할 수 있다. 2차원 페트리 접시(Petri dish)에서의 신경세포 관찰, 배양에 비하여 3차원 지지체는 뇌 실제 환경에 더욱 접근하며 신경줄기세포의 증식 및 방향성 분화 효율도 대폭 증가시킬 수 있다. 연구 과정에서 연구팀은 그래핀을 이용하여 대뇌 내부의 사면팔방으로 뻗은 3차원 프레임을 시뮬레이션하였고 미세한 탄소나노튜브로 뉴런 세포를 시뮬레이션하여 "상호 연결"된 3차원 복합 탄소 신경 지지체를 성공적으로 구축하였다. 해당 지지체를 이용하여 배양한 제1세대 대뇌 피질 뉴런으로 대뇌 피질의 복잡성을 더욱 뛰어나게 시뮬레이션할 수 있다. 또한 뇌교종 세포를 구축한 대뇌 피질 모델에 "이식"한 후 첨단 이미징 및 분석 기술을 결합하여 종양세포의 발전과정을 또렷하게 관찰하였다. 이 외에 연구팀은 약물치료 모델을 구축한 후 3차원 지지체를 이용하여 다양한 항암 약물이 종양에 대한 실제 억제 효과를 관찰하였다. 새로운 지지체는 약물 선별에 이용할 수 있을 뿐만 아니라 체내에 이식하여 알츠하이머병, 파킨슨증후군 등 질병의 치료에 이용할 수 있다. 의학계에서는 신경줄기세포 이식에 의한 다양한 신경퇴행성질환 치료 계획을 제안하였다. 3차원 탄소 신경 지지체는 신경줄기세포를 병변 위치에 정확하게 이식하는데 도움이 될 뿐만 아니라 신경줄기세포의 증식, 분화에 도움이 되어 치료 목적을 구현할 수 있다.

"하이양디즈 9호" 탐사선, 2020년 2월 칭다오 귀항 예정

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2019년 2월 25일, 자연자원부 중국지질조사국 칭다오해양지질연구소 "하이양디즈 9호" 탐사선은 해상 과학탐사 작업의 첫 시작으로 칭다오에서 출항해 중국 난하이로 향했다. "하이양디즈 9호"는 멀티채널 지진 측량, 멀티빔 측량, 천부지층 단면 측량, 해류 측정, 지질 샘플링 등 수단을 이용해 중국 둥하이, 난하이, 서태평양 등 해역에 대한 과학탐사를 마치고 2020년 2월에 칭다오에 귀항할 예정이다. "하이양디즈 9호"는 2019년 첫 항차에서 난하이에 도착해 전반 설비 통합테스트 및 지구물리 선상측정 시험을 수행함과 동시에 칭다오해양과학기술시범국가실험실의 임무도 수행할 예정이다. 이번 항차에 멀티빔 측량시스템, 도플러 유속계, 천부지층탐사기, 멀티채널 지진시스템 등 탐사설비의 시스템 통합테스트, 기능 테스트, 파라미터 교정을 완성할 계획이다. 그리고 멀티채널 지진시험 선상측정 테스트를 통해 본격적 측량에 필요한 작업 파라미터를 선정할 예정이다. 이외 6,000m 심해 비디오 그래브버킷, 수중청음기 수신케이블 어레이, 선박탑재 해양 레이저레이더 등 중국이 자체적으로 개발한 설비에 대한 해상시험 임무도 수행한다. 심해 비디오 그래브버킷 시스템은 주로 수중 그래브버킷, 실내 비디오 모니터링 및 원격 측정·제어 시스템 등 2개 부분으로 구성되며 양자 간 통신은 상호 연결된 외장 광전복합케이블을 통해 완성된다. 작업 과정에 외장 광전복합케이블로 연결된 그래브버킷을 최대 6,000m 해저까지 투하한 다음 촬영기로 해저를 관찰한다. 한편 갑판 감시시스템을 통해 버킷 개폐를 제어한다. 수요에 따라 해저 표면의 결각(incrustation) 및 퇴적물 등을 수집할 수도 있는데 최대 500kg의 샘플을 끌어올릴 수 있다. 심해 비디오 그래브버킷은 안정적 성능, 간편한 조작, 강한 실용성을 구비하기에 각종 해저 광산자원 탐사·샘플링에 광범위하게 응용할 수 있으므로 중국 심해저 탐사에 필수적인 샘플링 설비가 될 전망이다. 심해·원양 과학탐사선 공유 플랫폼의 수중청음기 수신케이블 어레이 설비는 주로 해양음향학 영역(수중음향학 및 해저음향학 측정)에 이용된다. 수중청음기 수신케이블 어레이를 수중 부이(submerged buoy) 방식으로 수직 설치하면 해양 음원, 해양 잡음, 선박 잡음 등 음향신호 수신이 가능해 해양 수체, 경계층의 음향전파와 산란 특성 및 영향 메커니즘을 연구할 수 있다. 따라서 수중 음장(sound field) 정확 예보 및 수중 표적 정밀 탐지에 이용할 수 있다. 세계 선진수준의 다기능 종합 지질물리탐사선인 "하이양디즈 9호"는 짧은 트랙피치(track pitch) 지진케이블 2차원(3차원) 멀티채널 지진탐사를 위주로 지구물리 측량, 수문환경 측량 및 지질 샘플링 등 기능을 모두 갖추었다. "하이양디즈 9호"는 편입된 첫해에 멀티빔, 천부지층 단면, 해양 중력 및 자력 등 선상측정을 누계로 53,160km, 2차원 멀티채널 지진 측량을 942km, 광폭 이중케이블 멀티채널 지진 측량을 2,759km 완료하였다. 이로써 선박의 각항 성능지표를 전면적으로 검증하였고 선박에 탑재된 모든 탐사설비의 작동성능을 체계적으로 검사하였다. "하이양디즈 9호"는 약 1년간 항해 실행과 실전 작업을 통해 수면에서 해저까지, 해저 천부층에서 중·심층에 이르는 일련의 성숙한 심해 입체적 탐사기술 장비체계를 형성하였다.

상하이규산염연구소, 대규모 고성능 규칙적 구조 생체모방 재료 제조

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천연 생체재료는 탄산칼슘 및 인산칼슘 등 일반 재료로 구성되지만 환경 및 기능 요구에 적응하기 위한 복잡한 조립구조 및 뛰어난 성능을 보유하고 있다. 이는 재료 구조 설계 및 성능 최적화에 영감 및 지침을 제공한다. 예를 들면 조개껍질은 탄산칼슘과 소량의 키틴 복합재료로 조립된 "벽돌-시멘트 층상 규칙적 구조(ordered structure)"이며 골격은 히드록시 아파타이트 나노결정/콜라겐섬유로 조립된 규칙적 구조이다. 나노재료가 보유하고 있는 독특한 물리화학적 특성은 업계의 관심사로 떠오르고 있다. 그러나 나노 구조 단위의 임의의 무질서한 퇴적에 의해 형성된 거시적 벌크재료(Bulk material)의 성능에 대한 최적화는 어렵다. 천연 생체재료에 대한 모방은 고성능 재료를 구축하는 이상적인 전략으로 인정받고 있지만 나노 구조 단위의 정밀하고 규칙적인 자가조립 구현은 어렵다. 최근, 중국과학원 상하이규산염연구소 주잉제(朱英傑) 연구팀은 단상 히드록시 아파타이트 초장 나노선(Ultra-long nanowire) 자가조립에 의한 고정렬 유연성 생체재료 쾌속 제조 연구를 기반으로 히드록시 아파타이트 초장 나노선/폴리아크릴산나트륨 준액정(Quasi liquid crystal) 상태 슬러리를 제조한 후 간단한 주사기 주입 방법으로 슬러리를 에탄올에 주입하여 히드록시 아파타이트 초장 나노선 규칙적 어레이 구조 및 "벽돌-시멘트 층상 규칙적 구조"를 보유한 고성능 생체모방 복합섬유를 성공적으로 제조하였다. 해당 생체모방 복합섬유는 양호한 유연성을 보유하였기에 매듭짓기, 굽힘, 비틀림 조건에서도 구조 완정성이 파괴되지 않는다. 더욱 중요한 것은 양호한 구조 설계로 해당 복합섬유는 뛰어난 역학적 성능을 보유함과 아울러 인장강도 203.58MPa, 영률(Young’s modulus) 24.56GPa에 도달하여 천연 치밀골(Compact bone) 및 문헌에서 보고한 히드록시 아파타이트 복합재료에 비하여 우수하다. 연구팀은 또한 자성 나노입자 또는 형광염료 도입을 통하여 자성 응답성 또는 형광 기능을 보유한 규칙적 구조 유연성 복합섬유를 개발하였다. 히드록시 아파타이트 초장 나노선 기반의 규칙적 구조 복합섬유를 원료로 다양한 고성능 유연성 생체모방 재료를 구축할 수 있는데 해당 재료는 많은 영역에서 양호한 응용 전망을 보유하고 있다. 해당 연구성과는 "ACS Nano"에 게재되었다. 연구팀은 또한 천연 법랑질에서 영감을 받고 상향식 다중 규모 자가조립 전략을 개발하여 새로운 수지 보강 히드록시 아파타이트 초장 나노선 기반의 법랑질 모방 고규칙적 구조 재료를 개발하였다. 해당 방법으로 다중 규모(나노미터에서 마이크로미터, 마이크로미터에서 거시적 규모) 자가조립을 구현할 수 있으며 뛰어난 역학적 성능을 보유한 대규모(센티미터급) 및 임의적 형태의 고규칙적 구조 생체모방 재료를 제조할 수 있다. 이는 골결손 수복 등 생물의학 분야에 양호한 응용 전망을 보유하고 있다. 해당 연구성과는 "Chemical Engineering Journal"에 게재되었다.