다양한 과학 기술 분야에서의 신소재 개발 및 응용 연구 성과 doc_id CNTS-00118885770_23

연구팀은 이번에 발표한 논문에서 한 가지 새로운 아이디어를 제시하고 수산화금 중간체를 이용하여 장기적으로 작은 사이즈 금속 나노 입자가 금속 산화물을 커버하지 못하는 난제를 해결했으며 금/이산화규소의 코어-쉘 구조의 나노 재료를 개발하여 작은 사이즈 금 나노 입자의 안정성을 실현했다. 동 재료는 우수한 고온 안정성 및 일산화탄소 산화 등 반응의 촉매 활성을 나타냈다. 본 논문에서 제시한 합성 방법은 기타 금속 나노 촉매 물질의 개발을 위해 새로운 아이디어를 제공하였다. 가오촨보(高傳博) 교수 연구팀은 기존의 연구를 바탕으로 귀금속 나노 재료의 합성, 안정화 및 응용 등 분야에서 뛰어난 효과가 있는 연구를 실행했으며 부분적인 연구는 이미 미국 화학협회 학술지(Journal of the American Chemical Society) 및 다양한 유명 학술지에 발표되었다. 연구팀은 40개 붕소원자로 구성된 원자단은 극히 우수한 안정성을 보유하고 있다는 점을 발견했지만 동 원자단이 어떤 형태로 나타나는지에 대해서는 명확한 분석을 하지 못하고 있었다. 연구팀은 한층 더 심층적인 계산 및 실험을 통해 두 가지 안정된 구조를 형성시켰는데 한 가지는 거의 편평한 분자이고, 다른 한 가지는 임베디드 형태로 구성된 구(球)체 중공(中空) 구조이며 탄소 기반의 버키볼(Buckyballs)과 유사하다는 점을 발견하였다. 탄소 기반의 버키볼(Buckyballs)과 비교하면 우아하지 않은 형태 외에 붕소 볼은 한 가지 부동한 유형의 내부키가 있는 것으로 나타났기 때문에 단독적인 부분으로 사용하지는 못하며 동 원자는 상호 역할 트렌드를 보유하고 있지만 이런 반응은 붕소 버키볼이 체인에서 연결하는데 더욱 유리할 수 있다. 이런 특성은 붕소 볼이 수소와 결합할 수 있도록 하여 수소를 저장하는데 사용할 수 있게끔 한다. 에너지 공급이 점점 더 어려워지고 있는 동시에 태양 에너지, 태양전지 등 신 에너지 등 신 에너지가 화학 석유 에너지를 완전히 대체할 수 없는 상황 하에서 원자력발전은 여러 나라들의 선택으로 되고 있다. 하지만 3세대 원자력 기술은 여전히 거대한 안전 문제를 함유하고 있으며 원자력발전에서 사용되는 우라늄 자원 저장량도 제한되어 있다. 이런 상황에 근거하여 중국과학원은 ‘미래 선진 핵분열 에너지인 토륨에 기반 한 용융 염 반응 원자로 에너지 시스템 연구개발’ 프로젝트 실행을 통해 토륨을 연료로 발전할 수 있는 차세대 원자력 발전 연구를 추진하였다. 이번 연구는 중국과학원 상하이(上海) 응용물리 연구소가 주도하고 중국과학원 금속 연구소가 합금 재료 개발을 주도하였다. 중국과학원 금속 연구소 연구팀은 용융 염 원자로 구조의 금속 재료 개발을 추진하였다. 이런 금소 재료는 주변 및 환경 핵 방사 안전 문제를 해결하는 동시에 토륨에 기반 한 원자로 사용 수명, 원가와 효율성 문제를 해결한다. 최근 중국과학원 화학연구소가 발표한 자료에 따르면, 동 연구소의 그린 프린팅 중점 실험실의 연구팀은 최근 관련 연구를 통해 다양한 결빙 방지 기능을 보유하고 있는 표면재료를 개발하는데 성공했다. 연구팀의 왕젠쥔(王健君) 연구원이 관련 연구 결과를 기반으로 작성한 결빙 방지 재료 분야 시스템 관련 연구 성과는 ‘미국화학 학회-나노’ 학술지 최신호에 발표되었다. 왕젠쥔(王健君) 연구원의 설명에 따르면, 연구팀은 자연과 인류활동에서 아이디어를 얻은 후 이에 관한 결빙 방지 재료를 개발했다고 한다. 왕젠쥔 연구원의 설명에 따르면, 연구팀은 포자식물이 포자를 튕겨서 퍼뜨리는 방식에서 아이디어를 받고 일련의 결빙 방지 신 재료를 설계했다고 한다. 왕젠쥔(王健君) 연구원은 “동 재료는 냉각된 물방울이 응집될 때 생성된 표면 에너지를 운동 에너지로 전환하여 냉각된 물이 결빙되기 전에 신속하게 신 재료 표면에서 튕겨내어 얼음이 생성되지 않는 표면 재료를 형성한 것”이라고 설명했다. 21세기에 들어서면서 텅스텐-구리 복합재료는 대전차 고폭탄(HEAT, High Explosive Antitank Warhead) 커버 재료, 미사일 노즐 재료 및 표적 재료 등은 군사 및 고신기술 분야의 주목을 받고 있다. 텅스텐-구리 복합재료는 높은 융해점, 고밀도 및 저 팽창 계수의 텅스텐 및 높은 전도성, 높은 열전달성을 보유하고 있는 구리로 구성되다. 이런 두 가지 재료는 모두 우수한 성능을 보유하고 있는데 예를 들면 높은 전도성 및 열전달성, 낮은 팽창 계수, 양호한 고온 강도 및 아크 침식(Arc erosion)저항성이 있다. 지난 20세기 30년대부터 텅스텐-구리 복합재료는 양호한 압축강도와 전력 열 충격 저항성능 때문에 고압 전기제품 스위치 등 공업부문의 폭넓은 응용을 실현했다. 지난 20세기 60년대에 들어서서 텅스텐-구리 복합재료는 점차적으로 저항용접 전극, 우주항고 내(耐) 고온 부품 등 분야에서 응용되었다. 그 후 제작기술이 점차적으로 발전함에 따라 90년대에는 전자 패키징 및 열 싱크 재료가 대규모적인 집적회로 및 높은 전력의 전자장비 등 분야에서 폭 넓은 응용을 실현했다. 21세기에 들어서서 텅스텐-구리 복합재료는 대전차 고폭탄(HEAT, High Explosive Antitank Warhead) 커버 재료, 미사일 노즐 재료 및 표적 재료 등은 군사 및 첨단 기술 분야에서 주목을 받았다. 현재 텅스텐-구리 복합재료는 양호한 전도성, 열전달성 및 우수한 열 안정성으로 인해 이미 높은 전력의 마이크로웨이브 장치 및 대규모적인 집적회로 기판, 내장 부품, 연결 부품 등의 핵심재료에 속한다는 평가를 받고 있다. 높은 열전달성, 높은 열 안정성 및 양호한 정밀 사이즈 성형 성능은 정밀 전자장치의 사용효율을 향상시킬 수 있고 장치의 소형화 및 정밀화 발전에 유리하다. 텅스텐-구리 복합재료의 낮은 열팽창 계수 및 열팽창 계수의 조절 가능성은 소형 전자 장치 중의 실리콘 웨이퍼, 갈륨비소 등 반도체재료 및 튜브용 세라믹재료의 연결 및 매칭에 유리하며 열응력에 의한 열 피로 손상을 방지하여 텅스텐-구리 복합재료가 소형 전자분야에서의 응용범위를 확대할 수 있다. 텅스텐-구리 복합재료는 높은 전도성, 열 전달성과 양호한 아크 침식 저항성 및 열 안전성 등으로 인해 이미 전자기포 유도, 로켓 미사일 분사관 목 및 연소 기체 날개 등 고온 분야에서 중요한 역할을 발휘하고 있다. 최근에 텅스텐-구리 복합재료는 점차적으로 대전차 고폭탄(HEAT, High Explosive Antitank Warhead) 커버 재료로 사용되고 있으며 고 밀도, 극초음속(Hypersonic) 및 양호한 역학성능은 대전차 고폭탄의 투과력을 향상시키는데 유리한 것으로 나타났다. 유럽 미국 등 선진국들에서의 관련 연구 결과에 따르면 순수한 구리로 개발한 대전차 고폭탄 커버와 비교할 경우 텅스텐-구리 복합재료의 커버는 3배 직경의 폭발 고도 조건 하에서 투과 깊이를 30% 향상시킬 수 있는 것으로 나타났다. 고성능 텅스텐-구리 복합재료 제조 기술 및 응용연구가 지속적으로 발전함에 따라 군수 산업에서도 더욱 폭넓게 응용될 것으로 전망된다.