기술동향
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플렉시블 OLED 생산라인용 로봇의 응용 성공

시아순(SIASUN:新松)이 자체적으로 개발한 중국 첫 플랙시블 OLED 로봇이 중국 내 유명기업에 성공적으로 응용되었다. 이로써 중국은 중국 외 기술장벽을 극복한 자국산 로봇을 최초로 고급 유연성 스크린 생산라인에 도입해 플랙시블 OLED 운반 핵심장치의 중국산을 달성하였다. OLED 패널은 LCD 패널에 비해 더 얇고 가벼우며 밝을 뿐만 아니라 전력소비가 적고 응답이 빠르며 해상도가 높고 유연성이 양호한 등 장점을 보유한다. OLED 패널의 유기플라스틱층은 얇고 유연하기에 관련 생산공정에 있어 클린로봇기술에 대한 요구도 더 엄격하다. 기존의 중국산 플랙시블 OLED 생산라인은 전부 중국 외 생산설비를 도입하였는데 이는 관련 생산공정의 중국산 달성을 크게 제한하였다. SIASUN이 자체적으로 개발한 플랙시블 OLED 로봇—SCARA 매니퓰레이터(manipulator)는 고성능 제어시스템, 기계본체설계 및 정밀 리포지셔닝(repositioning) 등 기술을 확보해 여러 어려움을 극복하였다. 연구팀은 센서 스캐닝 및 소프트웨어 알고리즘을 통해 해당 로봇에 완전 새로운 중국산 "대뇌"를 부여함으로써 Alignment 자동 교정, 둘씩 잡아서 놓기, 데이터 리포팅 등 기능 수행은 물론 분석 장치의 복잡 다양한 위치 식별을 가능케 했다. 아울러 로봇 동작 조정 및 회전각도 보상을 구현해 로봇의 "눈과 손" 협동을 달성함으로써 생산라인에서의 각종 복잡한 작업의 수행을 보장하였다.

화성탐측기 화성까지 10개월 소요

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중국과 러시아는 올해 연말 전으로 화성탐사활동을 진행한다. 중국이 개발한 잉훠1호위성은 이미 러시아로 출발했으며, 도착 후 테스트가 있게 된다. 1. 위성 무게 110kg, 화성 도착 소요기간 10개월 중국과 러시아의 화성탐사 계획은 2007년에 확정되었으며, 양국은 화성과 화성의 제1위성 포보스(Phobos)를 공동 탐사한다. 협정에 따라 중국은 잉훠1호 화성탐측기를 연구개발하여 화성궤도에서 화성 우주환경과 지모를 탐사한다. 잉훠1호는 능력이 제한된 소위성이지만 과학적인 목표가 집중되고, 하는 일이 중요하며, 가격대비 성능이 뛰어나다고 중국과학원 우주과학 및 응용연구센터 주임 우지(吴季) 잉훠1호공정 응용 수석과학자가 소개했다. 무게는 110kg이고, 양쪽에는 에너지를 공급하는 태양전지판이 장착되어있다. 지구의 위성과는 달리 화성궤도 부근의 태양에너지 밀도가 지구보다 낮기 때문에 잉훠1호위성의 태양전지판은 지구의 위성보다 커 보인다. 잉훠1호는 지구에서 발사되어 10개월 후 화성에 도착해 화성의 큰 타원궤도를 120바퀴 돌며, 원화점(apoareon)은 화성과 800km 떨어져있다. 2. 화성 대기와 전리층 탐사 잉훠1호는 화성의 고층 대기와 우주환경을 주로 탐사한다. 구체적으로 화성 공간의 자기장, 전리층과 입자 분포 및 변화법칙, 이온의 화성 대기의 탈출 속도, 화성 지형과 지모 및 황사현상, 그리고 화성 적도 부근 중력장의 탐사이다. 현재까지 인류가 화성에 가장 큰 관심을 가지는 것은 화성에 생명이 존재하는지의 여부이며, 세계 탐사계획은 화성에 물이 있는지 또는 생명의 흔적이 있는지의 여부에 귀추가 주목됐다. 태양계의 행성을 지구와의 유사성으로 배열하면 1순위가 화성이다. 실제상 인류는 화성의 대기환경, 특히 고층 대기와 전리층에 대해 잘 알지 못하고 있다. 지구에 강한 자기장이 있어 지구를 보호하는 전제 아래 태양 대폭발에서 분출되는 물질은 지구 공간의 고에너지 입자 흐름을 생성할 수 있으며, 또 인공위성 등 우주장치에 충격을 주어 대량 위성 고장을 초래할 수 있다. 반면에 화성에는 지구와 같은 자기권이 없기 때문에 태양폭발이 나타나면 대량 고에너지 입자는 화성 표면에 충격을 주어 인류의 화성 상륙에 큰 위협을 준다. 현재까지 발사된 대량 탐측기는 화성의 부분적인 공간에 대한 탐사에 그치며, 화성의 고층 대기와 전리층에 대해서는 탐사하지 않았다. 3. 독자적인 화성탐사 계획 작성, 입안 대기 중 중국과 러시아의 화성탐사계획은 현재 협력규모가 최대인 우주프로젝트다. 러시아과학원은 2004년 화성의 제1위성 포보스 탐사를 재시도하기로 결정했다. 이번 시험계획의 성과를 확대하고자 러시아 우주기관은 부분적인 자원을 내놓고 해외 탐측기 장착에 활용하기로 결정했다. 결국 중국 과학계가 이 기회를 얻었다. 현재 중국도 독자적인 화성탐사계획을 작성하고 입안을 대기 중이다. 화성 탐사는 복잡한 시스템공정으로서 다방면의 기술을 준비해야 한다. 구체적으로 탐측기를 제2우주속도인 초당 11.2km로 끌어올릴 수 있는 대추진력의 운반로켓을 개발해야 한다. 10개월간의 행성간 비행에서 정확한 궤도측정을 진행해야 한다. 탐측기에 대해 순항구간의 유지보호와 관리를 진행하여 화성에 도착할 때까지의 정상작동을 확보해야 한다. 화성탐측기가 수억km 밖에서 발송하는 미약한 신호를 수신할 수 있는 초원거리 관측제어와 통신이 필요하다. 이밖에 탐측기는 강한 자체 자세제어와 운행능력을 지녀야 한다.

2010년 원전산업 10대 뉴스

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2010년 중국 원전산업의 10대 뉴스 1. 당중앙 원전 발전 크게 중시 17차 5중 전회에서 12차 5개년 계획기간 안전을 보장하는 기초위에 원전사업을 고효율적으로 발전시킬 것을 제안하였다. 9월 4~6일 후진타오 국가주석이 선전(深圳)시를 시찰하던 중 다야완(大亞灣)원전기지를 특별히 고찰하면서 원자력은 전 세계적으로 공인하는 청정에너지이기 때문에 중국이 에너지구조를 조정하고 온실가스의 방출을 감소시키는 중요한 조치로 삼아야 한다고 강조하였다. 2. 링오우(岭澳)원전 2기공정의 1호기와 친산(秦山)원전 2기 확충공정의 3호기 상용화 운영에 투입 7월 15일 중국 자체브랜드의 원전기술을 최초로 사용한 링오우원전 2기공정 1호기가 전력망 연결에 성공해서 9월 20일부터 상용화에 정식 투입되었다. 8월 1일 11차 5개년 계획기간 최초로 착공한 친산원전 2기 확충공정의 3호기가 전력망 연결에 성공해서 10월 21일부터 본격적으로 상용화되었다. 이로써 중국은 총 13기의 상용화 원전을 보유하게 되었으며, 총 발전용량이 천만kw를 초과하였다. 3. 새로운 원전프로젝트가 잇달아 착공 2010년 한해 중국은 총 10기의 신규 원전을 착공하였다. 1월 8일에 닝더(寧德)원전의 3호기, 4월 15일에 타이산(臺山)원전의 2호기, 4월 25일에 창쟝(昌江)원전의 1호기, 6월 210일에 하이양(海阳)원전의 2호기, 7월 30일에 팡청강(防城港)원전의 1호기, 9월 29일에 닝더(寧德)원전의 4호기, 11월 15일에 양쟝(陽江)원전의 3호기, 11월 21일에 창쟝(昌江)원전의 2호기, 12월 28일에 팡청강(防城港)원전의 2호기, 12월 31일에 푸칭(福淸)원전의 3호기가 잇달아 착공되었다. 2010년 말 기준 중국 내 건조중인 원전은 28기에 이르러 전 세계 건조중인 원전 총수의 40%를 차지하였다. 이로써 중국은 건조중인 원전 규모가 가장 큰 국가로 부상하였다. 4. 네이멍구(內蒙古)지역에서 3만톤 이상의 초대형 우라늄광상 발견 12월 7일 중국의 지질학자들이 10년 동안의 노력을 거쳐 네이멍구지역에서 초대형의 우라늄 광상을 발견한 사실이 보도되었다. 연구자들은 Erdos분지 외 Erlian분지의 중부지역에서 백악기시기 호수/하천지층에서 형성된 3만톤 이상의 초대형 우라늄광상을 확인하였다. 이와 관련된「Erdos분지 북부지역의 사암타입 우라늄광상의 시간/공간적 오리엔테이션과 광상형성메커니즘 연구」프로젝트는 지질과학기술 10대 진전에 선정되었다. 5. 사용후핵연료 재처리중간실험공정 열조절에 성공 12월 21일 중국 최초의 사용후핵연료 재처리중간실험공정인 중국핵공업그룹(CNNC)404중간실험공정이 열조절에 성공하였다. 이는 중국이 원자력에너지 연구개발 분야에서 이룩한 중대한 기술성과로서, 핵연료 밀폐사이클(closed cycle) 방향으로의 발전을 위해 중요한 걸음을 내디뎠다. 재처리를 거쳐 회수하는 우라늄과 플루토늄으로 MOX(우라늄-플루토늄 혼합산화물)연료를 제조해서 원자로에 재활용할 수 있다. 6. 백만kw급 원자로압력용기의 독자개발에 최초로 성공 12월 18일 중국핵동력연구설계원(NPIC)에서 설계하고, 중국제1중형기계그룹이 제조한 훙옌허(紅沿河)원전 1호기의 압력용기의 각종 기술지표가 요구조건을 전부 충족시켰다. 세계 선진수준에 도달한 이 원자로압력용기는 중국이 백만kw급 NI(nuclear island) 메인설비의 국산화를 기본적으로 실현하였음을 뜻한다. 7. 중국고속실험로(CEFR) 최초로 임계에 도달 7월 21일 중국의 첫 고속중성자증식로 CEFR이 최초로 임계에 도달했는데, 이는 원전 분야의 중대한 자주혁신 성과이다. 이로써 중국은 미국, 영국, 프랑스 등에 이어 세계에서 8번째로 고속로기술을 보유한 국가가 되었다. 고속중성자증식로는 우라늄자원의 이용율을 크게 향상시키는 동시에 고준위폐기물의 양을 감소시킬 수 있다. 8. 원전산업협회 과학기술상 최초로 창설 11월 9일 중국원전산업협회 과학기술상 평가위원회의 심의를 통해 1등상 2건, 2등상 12건, 3등상 42건을 선정하였다. 원전산업의 자주혁신능력을 향상시키고 원전 발전에 특출한 기여를 한 기관과 과학기술자를 장려하기 위해, 중국원전산업협회, 중국핵공업그룹, 광둥원전그룹, 국가원전기술유한공사, 중국전력투자그룹, 중국화넝(華能)그룹, 중국다탕(大唐)그룹 등이 공동으로 출자해서「원전산업협회 과학기술상」을 최초로 창설하였다. 9. AP1000/EPR 3세대 원전 6기 전부 착공 6월 20일 하이양(海陽) 2호기가 착공되었다. 이로써 AP1000 3세대 기술을 사용한 산먼(三門) 및 하이양(海陽)의 4기 원전과 EPR 3세대 기술을 사용한 타이산(臺山)의 2기 원전을 포함해서 총 6기의 3세대 원전이 전부 착공되었다. 10.「원자력법」잉태중 9월 국무원이 북경대학의 4명 원사가 공동으로 작성한「원자력법을 조속히 제정할데 관한 제안」에 대해 긍정적인 의견을 표시하였다. 이로써 원자력 분야 기본법이 될「원자력법」의 논증사업이 심층적으로 추진될 예정이다.

'12.5'기간 100회의 우주 발사 신기록 달성 예정

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중국은 '12.5'계획이 시작되는 첫해인 2011년부터 연간 20회 이상의 우주 발사를 진행하여 '12.5'기간 총100회의 우주발사 신기록을 창조할 예정이다. 유인우주선, 달 탐사 및 북두(北斗)항법위성 등 공정은 이 시기 2단계 계획을 수행하고 우주선의 각 기술지표 역시 더욱 높아지게 되며, 연구개발과 발사 주기 또한 크게 단축될 것으로 예상된다. 장제(姜杰) 장정3A 로켓 책임 디자이너에 따르면 1994년 2월 8일 첫 비행을 시작으로 2010년 말까지 장정3A는 총38회의 발사를 성공적으로 완성하였다. 그중 '11.5'계획기간에만 총23회 발사되었다. '12.5'기간에는 차세대 로켓 설계제작, 생산량 및 발사에서 더 큰 진보를 가져올 것으로 전망했다. 예페이젠(叶培建) 창어(嫦娥)1호 책임 디자이너는 '12.5'기간 달 탐사분야에서 중국은 달 표면 착륙 및 탐사 등 핵심기술 연구개발에 주력할 계획이며, 중국은 현재 독자적으로 화성탐사를 진행할 능력을 갖추고 있고 '12.5'기간에는 화성 탐사를 독자적으로 시도할 전망이라고 밝혔다.

중국 대형원전용 터빈날개 독자개발에 성공

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중국 대형원전용 터빈날개 독자개발에 성공 상해터빈공장(STP)이 대형원전용 터빈날개를 독자적으로 개발하는데 성공하고 지재권을 확보하였다. 1,710mm 길이의 이 터빈날개는 중국의 AP1000 3세대 원전프로젝트 가운데 하나인 후난(湖南)성 타오화쟝(桃花江) 원전에 사용될 예정이다. 터빈날개는 원전프로젝트의 핵심 기술과 부품이다. 3세대 원자로의 용량이 기존의 1000mw급 원전보다 20~80% 증가한데다가 연해 및 중부/북부지역의 저온 냉각수 요구 때문에 전 세계 대형 터빈제조업체에서 더욱 큰 배기면적의 터빈날개 개발에 노력을 기울이고 있다. 중국이 독자적으로 개발한 1,710mm 길이의 터빈날개는 혁신적인 설계이념, 선진적인 설계기술과 제조공업을 사용했기 때문에 기동성과 항진동성이 우수하고, 주파수의 안전성이 뛰어난 등의 특징을 보유하고, 경제성 및 안전성 등의 분야에서도 세계 선진수준에 도달하였다. 이는 현재 AP1000 3세대 원전에 사용되는 가장 선진적이면서도 배기면적이 가장 큰 터빈날개인 것으로 평가되고 있다.

타이웬철강 W형강 압출성형, 세계적인 기술난제 해결

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최근 타이강스테인리스강관공사(太钢不锈钢钢管公司)는 W형강을 압출성형하는데 성공하여 세계적인 기술난제를 해결하였다고 밝혔다. W모양의 강제품은 주로 원자력발전소의 핵분열 원자로의 파이프스탠드 제품으로 사용된다. 타이웬철강은 스테인리스튜브시장 점유율 향상과 응용범위 확대를 목표로, 생산·판매·연구 일체화기반을 이용해 고객수요를 충족시키기 위한 맞춤식 제품개발전략을 수립하였다. 원자력발전·항공·첨단제조 등 산업용 PF/TF 도체 케이싱, U형강, L형강, 사각튜브 및 W형강 등 원자력발전소용 신제품 개발에 주력하였다. W형강은 AP1000 제3세대 원자력발전소 가스터빈 발전여열배출환열시스템의 받침대로 사용되는 강제품으로, 일반적으로 열간압연과 용접공정을 거쳐 W형강을 생산한다. 이러한 생산과정은 열간압연 원가가 높은데다가 후벽재료여서 용접난도도 크며 이음매없는 강제품보다 위험요소가 큰 것이 단점이다. 타이웬철강은 금형을 자체 설계하고 자사의 60MN 압출성형설비를 이용해 가열공법과 압출성형공법 개선을 통해 기술적인 문제를 해결함으로써 W형강을 압출성형하는데 성공했다.

선박 밑바닥 방오도료 기술, 국제인증 통과

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따랜위샹(大连裕祥)과기그룹이 중국과학원과 공동 개발한 선저방오도료(Anti-fouling paint) 기술 및 제품은 중국 선급협회의 인증을 통과했을 뿐만 아니라 가장 엄격한 노르웨이 선급협회와 영국 로이드 선급협회 인증도 통과함으로써 해외 기업이 그동안 동 기술을 독점하던 국면을 타개시켰다. 선박 밑바닥은 장기적으로 바닷물에 잠기기 때문에 선저방오도료 핵심기술이 그동안 부식방지기술의 난제로 존재해왔다. 일반 원양선박의 경우 해외 선저방부도료로 1년에 한 번씩 칠을 해야 하나 중국이 개발한 선저방부도료로는 2-3년에 한 번만 칠하면 된다. 중국의 이 강한 부식방지기능은 환경친화적 나노기술을 적용했다. 그러나 해외 선저방오도료는 모두 화학제제를 첨가함으로써 도료와 폐기물이 해양오염을 조성한다. 2009년 따랜위샹과기그룹은 국가과기지탱(支撑)계획 ‘선박과 대형 해양공정용 도료 및 핵심기술 연구개발’프로젝트를 담당했다. 기업은 중국과학원과 손잡고 나노기술을 활용하여 차세대 선저방오도료, 차세대 고성능 밸러스트 탱크(ballast tank) 도료, 해양플랫폼 나노 중방식도료(Heavy anti-corrosion coating)를 개발했다. 자체 지적재산권을 보유하고 있는 이들 핵심기술은 이미 시험생산단계에 진입했으며, ‘제12차 5개년 규획’기간 본격적으로 생산에 들어갈 것으로 전망된다.

상해광학정밀기계연구소 대구경 네오디뮴유리 가공기술확보

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중국과학원 상해광학정밀기계연구소 산하의 헝이공사(恒益公司)는 대구경 네오디뮴유리 첨단가공기술을 확보하였다. 미세폴리싱처리를 거친 광학유리표면에 레이저 전송시 파면왜곡(wavefront distortion) 안정성은 1/3λ(λ=632.8nm)이상에 달하여, 중국내 최고의 대평면 광학링모양 폴리싱 가공수준에 도달하였으며, 기술지표는 선진국 가공수준으로 소규모 생산능력을 갖추었다. 그동안 네오디뮴유리판을 미세폴리싱가공하는 과정에 표면형상제어공정의 난이도와 표면결함표준을 훨씬 초과하는 현상이 생산능력을 제약하는 병목이 되었다. 이 문제를 해결하기 위해 전문기술인력을 구성하여 네오디뮴유리광학가공공정에 대한 세부적인 분석을 거쳤고 확정성 링모양 폴리싱기술과 생산과정제어를 중심으로 공정개선과 효율향상을 목표로 확정하였으며 기술과 관리 측면에서 기술로드맵을 수립했다. 현재 생산성과 가공공정수준을 크게 높였다. 구체적으로 7개월안에 생산성을 기존의 월 2개에서 현재의 월 15개로 높였고, 표면품질의 효과적인 제어와 개선을 포함한 제품의 기술지표를 향상하여 납품합격률을 크게 높였다. 고출력 레이저장비의 핵심부품으로 사용되는 대구경 네오디뮴유리는 최대 규격이 1m에 달하며, 미세폴리싱처리를 거친 광학유리표면에 대한 요구는 전송시 파면왜곡이 1/3λ보다 우수해야 하는데, 이는 0.21㎛의 평면도 요구에 해당된다. 대규격 네오디뮴유리의 미세폴리싱처리과정에는 1℃의 온도기울기의 변화에도 표면왜곡현상이 일어나기에, 이처럼 높은 수준의 평탄도를 실현한다는 것은 기술난도가 얼마나 높은지를 가히 짐작할 수 있다.

대구경 네오디뮴유리 가공기술, 미세폴리싱, 파면왜곡

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그래핀(graphene)은 우수한 전기전도성, 열전도성과 기계성능을 지니고 있다. 탄소나노튜브와 같은 나노탄소재료에 비해 비표면적이 크며 또한 열환원법으로 양산이 가능하다. 이론계산에 따르면 그래핀의 비표면적은 2630m2/g에 달할 수 있으나 흑연산화팽창법으로 제조한 그래핀의 비표면적은 500-1000m2/g에 불과하다. 최근들어 그래핀의 제조, 변성 및 고분자 나노복합물 분야의 연구가 활발히 추진되고 있다. 중국과학원 닝보(宁波)재료기술공정연구소 고분자사업부의 정원거(鄭文革)연구팀은 중국과학원 닝보재료연구소에 합류한 후부터 그래핀 제조연구를 추진해왔고 저온/저압팽창에 의한 그래핀 제조기술(J. Mater. Chem. 2011, 21, 5392-5397.)을 성공적으로 개발하였다. 이 기술은 고온팽창법에 의한 그래핀제조의 국한성을 극복하였고, 중국발명특허(신청번호: 201010273989.5)를 출원하였다. 이 연구성과를 바탕으로 연구팀은 최근 그래핀 제조 신기술을 개발하였다. 이 기술은 저압 분위기가 필요없이 상압/저온상태에서 흑연을 산화하면 팽창되면서 비표면적이 700-900m2/g에 달하는 그래핀 나노재료를 제조할 수 있다. 이는 그래핀의 상업화생산을 위한 기반기술로서 현재 중국특허를 신청중에 있다. 저온팽창법으로 제조한 그래핀의 표면에는 대량의 산소 기능단(Oxygen groups)이 함유되어 있어, 우수한 전기전도성능을 지니는 동시에 양호한 용매 용해도와 고분자화합물 친화성도 갖출 수 있다. 연구팀은 저온팽창법으로 제조한 그래핀이 물에 용해할 수 있을 뿐 아니라 안정된 블랙용액을 형성하며, 균일하게 분산된 그래핀 판 두께는 1-1.7nm에 달한다는 것을 발견하였다(<무기재료학보>, 2011, 26, 707-710.). 또한 연구결과, 그래핀 재료는 우수한 전기전도성능을 지니며 도전율은 1000S/m에 달하지만, 산화흑연의 도전율은 10-5S/m에 불과한 것으로 나타났다. 그래핀의 길이와 너비는 ㎛수준이며 두께는 1nm미만이다. 따라서 그래핀은 용액에서 강하게 응집되는 경향을 나타낸다. 그래핀의 응집현상을 방지하기 위해 특수한 비공유결합 변성기술을 채택하였는데, 즉 타이오닌(Thionine)과 그래핀판과의 π-π상호작용을 형성하여 그래핀이 수상(Water phase)에서 안정된 단층 분산을 실현하였으며, 동시에 그래핀의 양호한 전기전도성능(23.6 S/m)을 유지하였다. 관련 연구성과는 Mater. Res. Bull. 2011, 46, 583-587.에 발표되었다.