기계/재료

세계 최대 이중구동형 볼분쇄기 시운전에 성공

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최근 세계 최대 이중구동형 기어전동 볼분쇠기가 중신중공기계주식유한공사(中信重工)에서 시운전에 성공하고, 1개월 앞당겨 중국황금그룹공사에 납품되었다. 이번에 납품한 Φ11×5.4m 반자동 분쇄기와 Φ7.9×13.6m 볼분쇄기는 중신중공이 중국황금그룹 우산(乌山) 2기공사 프로젝트를 위해 제조한 것이며, 이 프로젝트는 중국황금그룹공사가 내몽고 후룬베얼(呼伦贝尔)시와 실시한 전략적 협력 중점공정이다. 중신중공과 중국황금그룹공사 간 협력은 2007년 우누거투산(乌努格吐山)프로젝트 1기공사에서 시작했다. 중신중공은 그 중의 핵심장비인 Φ8.8×4.8m 반자동 분쇄기와 Φ6.2×9.5m 오버플로 볼분쇄기를 각각 두 대씩 설계 및 제조하는 임무를 맡았다. 현재 이 4대의 초대형 분쇄기는 내몽고 우누거투산 구리-몰리브덴 광산에서 생산운영에 투입되었다. 반자동 분쇄기와 볼분쇠기의 설계 처리능력은 한 시간당 625톤, 하루당 1만 5,000톤이다. 운행 중인 실제 처리능력은 한 시간당 745톤이고, 하루당 1만 7,800톤으로 계획의 20%를 넘어섰다. 광산용 분쇄기의 설계 및 제조에서 중신중공은 모델 선정, 설계, 생산제조, 조립, 공장 내 시운전, 현장 설치, 납품을 일체화로 사용자를 위해 완전한 솔루션을 제공해줄 수 있는 세계 유일의 기업이다. 중국기계산업연합회 양쉐퉁(杨学桐) 부회장은 중신중공이 연산 200대 이상인 중형 분쇄기 제조능력을 지녔으며, 국내외 사용자를 위해 직경이 8-12.2m인 대형 자동분쇄기와 반자동분쇄기, 그리고 직경이 4-7.9m인 볼분쇄기를 제공할 수 있다고 소개했다. 중신중공이 설계 및 제조한 자체 지재권을 보유한 다양한 광산용 분쇄기는 중국 각지에 널리 판매되었는가하면 호주, 브라질, 러시아를 비롯한 세계 20여 개 국가에 수출되었다.

고성능 리튬이온전지 전극재료 최신 성과

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전자제품, 전기자동차와 에너지분야의 발전에 적응하기 위해서는 보다 높은 에너지밀도, 출력밀도, 순환횟수와 안전성능의 리튬이온전지의 개발이 급선무가 되고 있다. 그중 고용량, 고배율성능과 순환안전성능을 지닌 전극재료의 개발은 핵심이 되었고 또한 연구의 난제가 되었다. 국가자연과학기금위, 과기부와 중국과학원의 지원을 받아 화학연구소 분자나노구조나노기술연구원 중점실험실의 연구원은 삼차원 도전네트워크를 쉽게 형성하는 동축(同軸) ‘나노케이블’구조의 고성능 복합전극재료를 설계 및 제작하였다. 관련 연구논문은 Chem. Mater., 2010, 22, 1908; Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 2014; Adv. Mater., 2011, 23, 4415에 게재되었으며 Energy. Environ. Sci.에도 발표되었다. 연구팀은 고효율의 안정된 고배율 리튬이온전지 전극재료연구(Adv. Mater., 2008, 20, 2878; Adv. Mater., 2008, 20, 1160; Adv. Mater., 2009, 21, 2710; Adv. Mater., 2010, 22, 4591)에 주력해왔다. 최근에는 동축 ‘나노케이블’구조의 전극재료를 개발하여 리튬이온과 전자와의 동시 고효율 전도가 불가능한 문제를 효과적으로 해결하였다. 연구팀은 구조와 형태를 제어할 수 있는 CNT@TiO2 나노케이블을 제작하는데 성공하였고 신기한 ‘협동리튬저장효과’를 발견하였다. 한편으로 CNT코어는 Li의 TiO2쉘에서의 저장을 위해 전자통로를 제공하였으며, 다른 한편으로 CNT에 코팅된 메조포러스 TiO2층은 상대적으로 안정된 표/계면으로서 SEI막 형성을 줄일 수 있기에 Li의 CNT 저장을 위해 고속 이온전송 채널을 제공하였고 CNT자체의 순환성능도 크게 높일 수 있게 되었다. 이러한 ‘협동리튬저장효과’의 발견은 고효량, 고배율, 안정된 전극재료를 개발하기 위해 새로운 구상(Chem. Mater., 2010, 22, 1908–1914)을 제공하였다. 논문이 온라인에 발표된 후 영국왕립화학회의 Chemistry World (March 2010, P26)에 의해 연구 하이라이트로 선정되어 보도되었다. ‘나노케이블’을 이용해 ‘3차원 도전네트워크’구조의 전극재료를 제조하는 과정에 연구팀은 나노와이어 콜렉터에 Cu를 임베디드하는 방식으로 실현할 수 있음을 발견하였다.(Phys. Chem. Chem. Phys., 2011, 13, 20142020) 그밖에 연구팀은 독일의 연구자와 함께 표/계면이 안정된 동축 ‘나노케이블’구조의 고용량 Si기질 음극재료를 설계하였는데, Cu 콜렉터에 직접 Cu@Si@Al2O3 복합구조의 나노케이블 어레이를 생장시키는데 성공하였다. 연구결과, Cu나노와이어의 코어는 고속 전자전송이 가능하며 효과적인 구조상의 지원역할을 하며 Al2O3코팅층은 상대적으로 안정된 표/계면을 지니며 SEI막 형성을 줄일 수 있음을 발견하였다. 복합나노케이블은 리튬이온전지음극재료로서 우수한 순환 안정성과 높은 리튬저장용량을 구현하였다. 연구결과는 최신호 Adv. Mater.(2011, 23, 4415)에 발표되었다. 영국왕립화학회 Energy & Environmental Science 저널의 요청에 응하여 연구원은 종합적인 관점(Perspective)을 저술하여 나노케이블구조의 전극재료가 리튬이온전지에서의 응용 및 미래 발전전망을 체계적으로 소개하였으며 저널의 뒤표지에 실렸다.(Energy. Environ. Sci. 2011, 4, 1634-1642)

머리와 목 부위 전용 초고해상도 PET시스템 개발

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세계 선두기술을 자랑하는 인체 머리와 목 부위 전용 PET(양전자단층촬영장치)가 상하이생물의학공정연구센터에 의해 연구개발에 성공했으며, 11월 1일 ‘상하이 2011년 중국 국제 산업박람회’에 최초로 등장했다. 이로써 중국은 독자적으로 PET를 연구개발 및 생산할 수 있는 세계 유수의 국가 중 하나로 부상했다. PET는 세계 최첨단 의학 촬영진단장치로서 물리, 소프트웨어, 전자, 기계, 의학, 분자영상학과 관련되며, 수 만개의 부품으로 구성되었다. 세계 유수의 다국적기업만이 독자적으로 이 장치를 연구개발 및 생산하고 세계시장을 독점하고 있다. 중국은 전부 수입에 의뢰하며, 환자가 이 장치를 한 번 사용하는데 1만 위안의 비용이 든다. 인체 뇌, 오관, 턱과 얼굴 및 목 부위의 신경계통 또는 종양질환의 임상수요가 늘어나고, PET 촬영기술과 진단에서 이미지 해상도 요구가 높아지고 있으나 세계에는 임상전용 PET 상용제품이 부재한 실정이다. 기자가 현장에서 본 바에 의하면 엑스선, CT, 핵자기공명 등 촬영기술과는 달리 시뮬레이션 ‘환자’가 이동할 필요가 없이 편안하게 침대에 누워있어도 1만 9,200개의 작은 탐측기 결정체로 조립된 ‘탐측 링(detector ring)’이 이동하면서 스캐닝하고, 머리와 목 부위 전용 초고해상도 PET 촬영을 수행할 수 있었다. 한편 PET 이미지는 환자 기존 CT를 비롯한 이미지와의 자동 등록(automatic registration)이 가능하여 다양한 질환에 대한 조기진단이 뛰어날 뿐만 아니라, 기존의 의료자원을 충분히 활용할 수 있어 치료비를 많이 절약할 있다. PET는 악성 종용, 신경계통, 심혈관 등 질환의 조기 발견, 병소의 감별, 단계별 치료효과 평가에서 독특한 우위와 뚜렷한 임상가치가 있어 최첨단 의료기기 왕관의 다이아몬드로 불리고 있다. 상하이생물의학공정연구센터 분자영상팀과 산업화개발팀은 3년간의 노력을 거쳐 머리와 목 부위 전용 초고해상도 PET시스템 및 종합처리소프트웨어를 최초로 개발 및 생산하고, 자체 지적재산권을 보유하게 되었다. 이로써 중국은 이 분야 자체 핵심경쟁력을 지니게 되었다. PET시스템은 국제 특허 14건을 출원했으며, 이미 산업화 단계에 접어들었다.

지형 적응성 강한 다리-바퀴 복합형 로봇 개발

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최근 허난과기대학 차량 및 동력공정대학 학부생 장칭젠(张青建), 후빙(胡兵), 옌징후이(闫静辉)가 제작한 다리-바퀴 복합형 로봇이 국가 실용신안특허를 획득했다. 개량을 거친 2세대 ‘다리-바퀴 복합형 로봇’은 중난(中南)지역 홍콩/마카오특구 공학교육 학술회의 및 제5기 대학생 기계 설계 및 제조 혁신대상 2등상을 수상했다. 다리-바퀴 복합형 로봇은 지형 적응성이 강한 다리형 로봇과 기동속도가 빠른 바퀴형 로봇의 장점을 이용해 복잡한 지형에서도 다양한 보행과 운동방식으로 특수 기동임무를 수행할 수 있다. 특히 비구조화 지형 적응성이 강해 평탄한 지면에서 주행할 수 있을 뿐만 아니라 야외 험난한 지형도 지날 수 있다. 따라서 앞으로 우주연구, 재해퇴치 위험제거, 군사정찰, 폭발방지 반테러에서 광범위하게 응용될 전망이다.

화학연구소 분자재료와 부품연구 성과리뷰

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과기부, 국가자연과학기금위원회와 중국과학원의 지원을 받아 화학연구소 유기고체연구원 중점실험실의 연구진은 분자재료와 부품연구에서 새로운 성과를 올려 국제학술계의 주목을 받고 있다. 논문은 여러차례 Chem. Rev.과 Chem. Soc. Rev.에 발표되었다. 유기 전계효과 트랜지스터(OFET)의 경우 유전체/반도체 계면상태가 부품성능에 중요한 영향을 미친다. 현재 OFET의 계면연구에서 많은 계면변수의 계산과 측정은 대부분이 평균 통계방법을 채택한다. 표면에너지는 중요한 유전체/반도체 계면영향요소로서 그 균일도가 부품성능에 미치는 영향은 과거의 계면연구에서 소홀히 하였으며 표면에너지의 불균일성이라는 핵심요인을 고려하지 않은 점 역시 계면연구에서 상반된 이견을 발생시킨 근본 원인이기도 하다. 본 과제팀은 유전체표면에너지의 불균일성으로 인한 실험현상을 충분히 연구한데 이어, 실험을 통해 표면에너지 불균일성이 OFET 성능에 광범위하게 영향을 미친다는 점을 입증하였으며, 표면에너지 불균일성과 OFET 전이율간에 선형 반비례관계가 존재한다는 점도 발견하였다. 관련 연구성과는 Adv. Mater. (2011, 23, 1009-1014)에 삽화형태로 발표되었다. 그후 과제팀은 또 위의 연구결과를 바탕으로 유전체 표면에너지 불균일성을 이용해 유기반도체층 생장형태를 제어하고 최적화하였으며 홀 이동성(hole mobility)은 3.6cm2/Vs되는 펜타센(Pentacene) OFET를 제작하였는데, 국제적으로 보도된 펜타센 유연성 박막부품가운데 최고 성능을 나타내었다. 연구원들은 또 이러한 고성능의 트랜지스터로 고성능 유연성 링 발진기를 제작하였는데 진동주파수는 1kHz이상이다. 관련 연구성과는 Adv. Mater.(2011, 23, 3128-3133)에 발표되었다. 그래핀(Graphene)은 탄소원자 육각구조로 촘촘하게 배열된 2차원 단층 흑연층으로 풀러린(Fullerenes), 탄소나노튜브와 다이아몬드와 같은 기타 차원의 탄소재료를 구성하는 기본 구조단위이다. 따라서 고품질, 대면적의 형태제어가 가능한 그래핀을 만드는 것은 핵심문제가 되었다. 화학기상증착법(CVD)은 비용이 저렴하면서도 대규모제조가 가능한 것이 장점이며, 최근 몇 년간 급속히 발전하면서 그래핀을 제조하는 중요한 수단이 되고 있다. 과제팀은 CVD법으로 금속동을 촉매제로 하여 생장조건을 정밀하게 제어하여 규칙적인 모양의 육각구조 그래핀을 제조하는데 성공했고 전기화학특성연구도 수행했다. 육각구조의 그래핀가 발견되면서 그래핀분야의 연구내용이 크게 다양해졌고 연구범위도 확장되었다. 관련 연구내용은 Adv. Mater.(2011, 23, 3522-3525)에 발표되었다. 그래핀의 새로운 구조에 기반한 탐구는 그래핀연구영역의 중요한 연구내용이다. 연구팀은 액체질소조건에서 마이크로웨이브 불꽃법을 이용해 천연흑연을 박리하여 고품질, 고순도의 탄소나노코일(carbon nanocoil)을 획득했다. 이러한 탄소나노코일은 소수층이거나 단층 그래핀을 롤링하여 만든 것으로 촘촘한 구조를 하고 있다. 이 탄소나노코일로 만든 부품은 대기와 질소기체에서 안정된 양극성 행위를 지니며 질소기체가운데 최고의 홀 이동성은 3117cm2/Vs에 달하며, 전자 전이율은 4595 cm2/Vs에 달한다. 탄소나노코일은 또 안정된 선형 전류/전압 곡선을 지니며 최고 전류밀도는 7 × 107 A/cm2에 달한다(Adv. Mater.2011, 23, 2460-2463). 최근에는 중국농업대학의 연구원과 전기화학법을 이용해 유연성 기판에서 양전극 간에 일보법에 의해 산화그래핀의 환원을 실현하였고 농약감지용 센서에도 성공적으로 응용시켰다. 이 센서의 자주 사용되는 농약인 디메토에이트(Dimethoate)에 대한 감응 민감도는 7.6 ppb이며, 농약분자의 활성은 질소, 황과 인 원자가 공동작용한 결과에서 비롯된다는 점을 분석하였다. 관련 연구성과는 Adv. Mater. (2011, 23, 4626–4630)에 발표되었다. 그동안 연구원은 탄소나노튜브 및 특성연구를 통해 탄소나노튜브 제어제조, 생장메커니즘과 전기성능 연구에서 성과를 올렸고 학술계의 인정을 받았다. 미국왕립화학회는 Tutorial Review (Chem. Soc. Rev., 2011, 40, 1324-1336)의 형태로 최근 몇 년간 탄소나노튜브 분리와 농축에 관한 성과를 소개하였다. OFET는 잠재성이 있는 대면적의 저렴하며 유연성 전자부품으로서 지난 10년간 본격적인 연구와 발전에 힘입어 응용단계에 들어서고 있다. OFET은 박막형 부품위주이기에 박막의 제조기술, 특징기술은 박막의 품질과 부품성능에 크게 영향 미친다. 과제팀은 분자재료의 화학구조와 부품성능간의 관계에 큰 관심을 돌렸고 박막의 응집체구조와 부품성능간의 관계연구에서도 일부 성과를 올렸다. Chem. Rev.지의 초청에 응해 ‘OFET용 유기박막제조와 특징 실험기술’ 제목의 리뷰를 작성하여 발표했다(Chem. Rev. 2011, 111, 3358-3406).

대학생, 해양생물 침입방지 신형 밸러스트 수처리장치 개발

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하얼빈공정대학 8명의 학부생이 해양생물 침입을 효율적으로 방지할 수 있는 선박용 신형 밸러스트 수처리장치를 개발했다. 에너지절감과 친환경형 신형 밸러스트 수처리장치의 학명은 경사도가 높은 자기와 벤튜리관 보조 자외선 촉매 이산화티타늄복합 밸러스트 수처리장치로서 불활화 살균기술과 혐기성 발효에 의한 수소제조 기술 간 결합을 통해 신규 수처리 표준에 도달할 수 있을 뿐만 아니라 밸러스트 수처리 비용을 급감시킬 수 있고 처리효율을 높일 수 있다. 프로젝트 책임자 하얼빈공정대학 열에너지공학부 재학생 진샹둥(金向东)은 2008년 칭다오(青岛) 인턴기간 그린 파래(Enteromorpha)가 올림픽 요트경기장을 거의 점령한 것을 보았으며, 파래 오염은 결국 잘못을 밸러스트 수로 돌렸다. 선박 밸러스트 수는 선박 경하상태 또는 만재가 아닌 상태의 항행 안전을 확보하기 위해 싣는 해수이며, 선박이 해안에 도착한 후 현지의 인접 해안 해역에 배출된다. 밸러스트 수는 다양한 ‘월경성’ 동식물을 휴대할 수 있어 생태균형을 심각히 파괴하고 오염을 조성한다. 이를 위해 2004년 국제해양기구(IOC)는 엄격한 밸러스트 수처리 표준을 제시한 한편, 모든 선박이 2016년 전으로 합격된 밸러스트 수처리장치를 장착할 것을 제시했다. 이에 진샹둥은 선박용 밸러스트 수처리장치 설계 및 연구개발 아이디어를 얻었다. 이 밸러스트 수처리장치는 경사도가 높은 자기 필터로 현재 시장에서 흔히 접하는 정밀여과를 대체하며, 부지는 기존의 3분의 1이고, 여과 속도는 일반 고속 필터의 20-30배이다. 이 장치의 최대 혁신성과는 혐기성 발효장치로서 역세척 부유생물로 수소를 제조하며, 2차 오염을 완전히 제거하는 상황에서 에너지절약 효과가 있다. 진샹둥은 혐기성 발효장치를 추가 설치할 경우 처리비용이 국제시장 처리비용의 1/22이라고 예상했다.

고용량 리튬이온전지 전극재료 기초연구 진전

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고용량 리튬전지의 발전은 전극재료성능의 제약을 받는다. 전극재료의 나노사이즈는 리튬이온의 확산속도를 높이고 전극재료와 전해질용액의 침습성을 개선하는데 유리하기에 재료의 전기화학성능을 크게 높인다. 하지만 충방전을 반복하는 과정에 고활성의 나노입자가 분말화되기 쉽기에 용량이 급격히 줄어드는 것이 문제점으로 제기되고 있다. 따라서 고용량, 고출력, 장수명의 전극재료를 제조하는 것은 현재 리튬이온전지연구의 핵심문제가 되었다. 중국과학원 복건물질구조연구소 구조화학국가정점실험실의 관룬후이(官輪輝)연구원이 이끄는 연구팀은 과기부 973계획의 지원을 받아 각종 탄소나노베이스재료를 담체로 이용하여 전극재료의 안정성을 크게 높이는 효과를 보았다. 이 연구팀은 온화한 습식화학반응합성법을 발전시켰고, 각종 금속산화물 나노입자를 탄소나노튜브, 나노각(Nano-angle), 그라핀 등을 포함한 담체에 균일하게 커버하여 탄소베이스금속산화물 복합나노재료를 합성해냈는데, 순환안정성, 성능등급 등에서 탁월한 전기화학성능을 나타냈다. 단일벽 탄소나노튜브내부를 Fill modified하고 튜브외부를 로드처리이후 제작한 복합음극재료의 비용량은 900mAh/g에 달하였는데, 이는 시판된 기존상품의 3배(Chem. Comm. 2011, 47, 5238)수준이다. 또한 탄소나노각을 담체로 하는 음극재료는 양호한 전기화학안정성을 지니기에 새로운 유형의 탄소나노재료로서 응용전망이 밝다.(Chem. Comm. 2011, 47, 7416;RSC ADV.DOI: 10.1039/C1RA00267H). 원위치 산화환원반응설계를 통해 설계합성해낸 형태와 구조를 제어가능한 탄소나노튜브에 MnO2나노복합재료를 로드하면 리튬공기전지의 양극재료로 삼을 수 있으며 이러한 복합재료는 순환 및 성능등급을 뚜렷이 높일 수 있다(Electrochem. Comm. 2011, 13, 698). 그밖에 이 연구팀은 단일벽 탄소나노튜브표면에 5nm미만의 고도의 분산된 Pt베이스 코어쉘구조재료를 설계 합성하였는데, 이 Pt원자의 에틸알코올에 대한 촉매산화능력은 시판되고 있는 Pt/C의 8배 정도된다. 이 방법은 Pt고효율 연료전지촉매제를 설계합성하는데 새로운 아이디어를 제공하였다.(Energy Environ. Sci. DOI: 10.1039/c1ee02044g)

첫 유리창 청소 로봇 독자적으로 개발

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중국 최초의 지체 지재권 보유 유리창 청소 로봇 커워스창바오(科沃斯窗宝)가 최근 상해시에 등장했다. 이 로봇은 유리창 청소에 대한 지능화 계획이 가능하고, 능동적으로 창문을 닦을 수 있다. 2㎡ 이내 유리창을 닦는데 6분이 걸린다. 창바오로봇은 유리창의 내외를 능동기계와 종동기계(driven machines)로 구분한다. 유리창을 닦는 과정에서 능동기계와 종동기계 사이에서 자기장의 흡인력으로 운행한다. 로봇은 자기장 흡인력의 크기를 알 수 있고, 또 사용자가 흡인력을 조절하도록 일깨워준다. 로봇의 4개 바퀴에는 센서가 장착되어 사용자가 로봇을 유리에 놓고 가동 버튼을 누르면 4개 바퀴에 장착된 센서가 압력의 크기를 감지한다. 흡인력이 충분할 경우 청색 등이 켜지고 흡인력이 부족할 경우 붉은 등이 켜지면서 사용안전을 확보한다. 먼저 왼쪽에서 시작해 Z자 모양을 따라 유리창을 닦으며, 나중에 다시 출발점으로 돌아온다. 커워스(科沃斯)는 국제표준화회의(IEC TC59) 로봇진공청소기 표준화업무팀 유일의 중국 위원으로서 홈서비스 로봇 국제표준 검토와 제정에 참여한다. 2010년 국가표준위원회로부터 홈서비스로봇 표준화업무팀 팀장기관으로 임명되었으며, 홈서비스로봇 국가표준의 제정사업을 주관하기도 했다. 올해 9월 폴란드에서 열린 홈서비스로봇 박람회에서 커워스 제품이 ‘최고혁신기술제품상’을 수상했으며, 출원한 특허는 총47건이다. 그 중 발명특허가 19건이다.

세계 첫 영구자석 부상 회전기계 개발

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* 백년간 영구자석 부상의 ‘안정 불가능’ 원리를 ‘안정 가능’으로 전환 환자가 인공심장펌프를 통해 수술 또는 응급구조할 경우 펌프 내 베어링 마손으로 심장펌프를 교환하면서 환자의 생명에 위험을 조성한다. 기계베어링을 대체할 수 있는 영구자석 베어링이 이 문제를 해결할 수 있다. 최근 중국은 세계 최초의 영구자석 부상 회전기계 연구개발에 성공했다. 전문가는 이 신규 기계혁명의 의미가 이론상의 획기적인 성과에 있다고 했다. 즉 과학계에서 백년간 인정해온 영구자석 부상의 ‘안정 불가능’ 원리를 ‘안정 가능’으로 전환시킨 것이다. 쟝수대학이 설계하고 수저우신화(苏州申华)저온부대설비유한공사와 쟝수대학 기계전기공장이 공동 연구개발한 영구자석 베어링 터빈이 최근 전체하중 시험에 성공했다. 분당 회전수는 2만RPM이다. 영구자석 부상은 영구자석 또는 자기의 조합으로서 서로 간의 영구자석 자력의 작용으로 무기계(볼베어링) 접촉의 균형을 유지한다. 영국의 유명한 학자 Enshao(恩绍)가 1839년 ‘정적상태의 영구자석 또는 자기의 조합은 다른 외력의 작용이 없이 서로 간의 영구자석 자력의 작용만으로 정적상태에서 안정을 유지할 수 없다.’는 이론을 입증했다. 그러나 쟝수대학 첸쿤시(钱坤喜) 교수는 ‘Enshao가 정적상태의 영구자석 부상에 대해서만 불안정의 결론을 내렸을 뿐, 동적상태의 영구자석 부상의 안정 여부에 대해서는 결론을 내리지 않았다.’고 했다. 첸쿤시 연구진은 10년간 노력을 들여 영구자석 부상 회전체의 자이로스코프 효과를 인공심장펌프에 도입시켜 안정 균형에 도달했다. 실험결과, 영구자석 부상 회전체가 어느 정도 회전속도에 도달한 후 부상의 안정을 유지하여 자이로스코프 효과를 낼 수 있음을 규명했다. 동적상태에서는 영구자석 부상기계가 크게 회전할수록 안정해지고, 회전속도가 빠를수록 안정해져 영구자석 부상기계의 개선과 산업화를 위한 기반을 마련할 수 있음을 입증했다. 이 연구성과는 국가특허 3건을 획득한다. 첸쿤시의 소개에 의하면 현재 선진국은 전자기 부상기술을 이용해 베어링을 생산하고 있다. 단점은 기술이 복잡하고 신뢰도가 낮은 것이다. 영구자석 베어링은 사용수명이 길고 비용이 적게 들어 재료가 노화되지 않을 경우 수십 년간 사용이 가능하다.

복건물질구조연구소 희토도핑반도체 나노발광재료 연구진전

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희토이온과 반도체 나노결정(혹은 양자점) 자체는 모두 매우 좋은 발광재료로서, 양자를 효과적으로 결합시키면 신형의 고효율 발광 혹은 레이저부품을 생성할 수 있는지는 줄곧 국내외 학자가 주목하는 이슈가 되었다. 절연체 나노결정에 비해 반도체 나노결정의 엑시톤 보어 반경이 많이 크기에 양자구속효과가 반도체도핑 나노결정 발광성능에 미치는 영향은 매우 뚜렷하며 치수제어를 통해 광전성능을 지닌 신형의 발광재료를 설계할 수 있다. 또한 희토이온과 메트릭스 양이온과의 이온반경 차이가 크기에 전하가 매칭되지 않으며 3가 희토이온은 일반적으로 결정격자위치를 대체하는 형태로 반도체(ZnO와 TiO2) 나노결정에 도핑시키기 힘들다. 현재 국내외 연구결과가운데 대부분은 희토의 반도체 나노결정표면이나 혹은 근접표면의 발광효과는 미약한 수준이다. 따라서 희토이온의 벌크도핑을 실현하는 것은 중요한 이슈가 되었다. 과기부 863계획과 973계획, 국가자연과학기금, 중국과학원 백인계획, 복건성 걸출청년프로그램의 지원을 받아 중국과학원 복건물질구조연구소 광전기재료화학물리 중점실험실의 천쉐웬(陳學元)연구팀은 희토반도체도핑 나노결정연구에서 새로운 성과를 올렸다. 이 연구팀은 희토이온의 TiO2 나노결정중의 벌크도핑을 실현하였고 아나타제(Anatase) TiO2 구모양 다결정 응집체가운데서 희토이온의 강한 빛을 관찰하였다. 저온 고해상도 형광스펙트럼실험을 통해 Er3+의 TiO2 나노결정중의 국부 전자구조와 결정장 에너지등급에 대해 체계적인 분석과 계산을 하였으며 처음으로 실험을 통해 단일 격자위치를 차지하는 Er3+의 아나타제 TiO2중의 전부 결정장 변수를 확정하였다. 이 결과는 기타 희토이온의 이산화티타늄 반도체 나노결정중의 광스펙트럼성능 및 국부구조를 연구하는데 중요한 의의를 지닌다. 연구결과는 9월 20일 Small(DOI: 10.1002/smll.201100838)온라인판에 발표되었다. 이에 앞서 연구팀은 유로퓸이온을 광스펙트럼 탐침으로 이용해 Eu3+의 TiO2중의 멀티그리드 위치 및 Eu3+의 국부구조 대칭성이 원래의 D2d에서 D2와 C2v로 감소되었다는 사실을 입증하였고(J. Phys. Chem. C, 2008, 112, 10370), Sm3+, Nd3+을 도핑한 TiO2나노결정으로 TiO2 기질로부터 Sm3+와 Nd3+로의 효율적인 에너지전달을 실현하였으며(J. Phys. Chem. C, 2009, 113, 8772), 희토를 도핑한 ZnO(Opt. Express, 2009, 17, 9748; J. Phys. Chem. C, 2008, 112, 686), SnO2 (Opt. Lett. 2009, 34, 1873), In2O3(J. Phys. Chem. C,2010, 114, 9314)등의 반도체 나노발광재료의 연구에서 성과를 올렸다.