한국세라믹학회

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제목

e-Ceramist 제31호

작성자

사무국

등록일

2019-03-06

이메일

kcers@kcers.or.kr

e-Ceramist NEWS LETTER 30

회장 인사말

2019년 한국세라믹학회 신년회 후기
2019년 한국세라믹학회 운영위/조직위 워크숍 후기
2019년 한국세라믹학회 춘계학술대회 및 총회 안내

효곡嘵谷 임응극林應極 회장님 白壽를 축하 합니다
세라믹 한 평생: 효곡嘵谷 임응극林應極 회장님 100년의 발자취

[학회지 우수논문] Effects of Co-doping on Densification of Gd-doped CeO₂ Ceramics and Adhesion Characteristics on a Yttrium Stabilized Zirconia Substrate (이호영, 강보경, 이호창, 허영우, 김정주, 이준형)
[학회지 우수논문] Thermal Durability of Thermal Barrier Coatings in Furnace Cyclic Thermal Fatigue Test: Effects of Purity and Monoclinic Phase in Feedstock Powder (박현명, 전수혁, 여관림, 정연길, 양병일, 박광용)
[학회지 우수논문] Simultaneous Control of Phase Transformation and Crystal of Amorphous TiO₂ Coating on MWCNT Surface (차유림, 박일한, 문경환, 김동환, 정성일, 윤영수)
[학회지 우수논문] Linear and Nonlinear Dielectric Ceramics for High-Power Energy Storage Capacitor Applications (Mahesh Peddigari, Haribabu Palneedi, 황건태, 류정호)
[학회지 우수논문] Recent Progresses in the Growth of Two-dimensional Transition Metal Dichalcogenides (정연준, 지은지, Andrea Capasso, 이관형)
[학회지 우수논문] Studies on Damage Properties of MgO-C Refractories through Hertzian Indentation at Room and High Temperatures (조근호, 변윤기, 정연길)

KIMS, 고강도 고열전도도 지닌 투명세라믹 제조기술 개발
[사이언스 샷] 공기만큼 무게 가볍고 1400도에서도 끄떡없어
한미연구진, 구조변화 없이 전기적 특성만 변하는 물질 첫 개발

KIST 이종호 박사, 이달의 과학기술인상(2월) 수상
공영민 교수(울산대) 국가균형발전위원회 자문위원 위촉
송규호 박사 대구기계부품연구원 원장 취임

김응수

회장 인사말

존경하는 한국세라믹학회 회원 여러분

2019년 기해년의 신년회에서 인사 드리면서, 활기찬 도약을 위한 다짐을 한지도 벌써 2개월이 지나고 있습니다. 회원님께서도 모든 일이 계획하신 바와 같이 진행되시리라 믿으며 더욱 건승하시는 한해가 되시기를 기원 드립니다.

또한, 올해 白壽을 맞으신 효곡 임응극 회장님의 건강하심을 축하드리며, 그 동안 세라믹에 대한 크신 사랑으로 많은 후학을 양성하시고, 오늘의 한국세라믹학회가 있을 수 있도록 헌신적인 노력을 하여주신 임응극 회장님께 머리 숙여 깊은 감사의 말씀을 드립니다.

저희 임원진은 지난 1월 17일 조선대학교에서 상반기 워크숍을 갖고, 학술, 편집, 사업분야의 실행계획을 점검하고, 회원님들의 다양한 의견이 반영될 수 있는 학회운영에 최선을 다할 것을 다짐하였습니다.
학술분야에서는 제주 라마다 플라자 호텔에서 4월10일-12일 개최되는 춘계학술대회 프로그램의 대형화를 위해 4대 미래기술과 초청연사를 선정하였습니다.
편집분야에서는 영문지인 Journal of the Korean Ceramic Society 의 SCIE 등재 추진전략을 점검하고, 그 일환으로 Springer 와 공동 출판을 위한 세부일정을 점검하였고, Journal of Asian Ceramic Societies 의 국내 편집위원의 역할 강화 방안을 논의하였습니다. 또한, 국문지인 세라미스트지의 국내 학술지 (KCI) 등재 전략을 수립하고, 계획을 확정하였습니다.
사업분야에서는 주요 7개 연구소 및 15개 산업체와 산학협력 계획을 점검하였고, 저희 학회의 모태산업인 유리, 시멘트, 내화물분야의 활성화 방안으로 기술강좌 개설을 논의하였습니다.

저희 임원진은 회원님과 같이 생각하며 학회의 발전을 위해 최선을 다할 것을 약속 드리니 회원님의 많은 성원 부탁 드립니다. 끝으로, e-ceramist 편집을 위해 수고하고 계신 오민욱교수님과 김동환교수님께 깊은 감사 드립니다.

한국세라믹학회 회장 김응수 드림

학회소식

2019년 한국세라믹학회 신년회 후기

한국세라믹학회 신년회가 2019년 1월 4일 프레지던트호텔에서 개최되었다.

신년회에는 세라믹학회 전·현직 임직원, 학계 및 산업계 원로 분들과 학회회원 등 110여분이 참석하셔서 학회 첫 행사를 빛내 주었고, 김응수 신임 회장님의 신년사와 한국세라믹기술원 유광수 원장님의 축사, 원로 회원님들의 격려사가 진행되었다. 이어 2019년 세라믹학회의 주요사업과 임원 소개가 있었다.

세라믹산업 발전에 기여하기 위하여 산학연 협력운영 부회장으로 산업체 임원 15명과 주요 연구소 수석연구원 8명을 위촉하고 산학연 협력체제 강화에 노력할 것을 다짐하였다.

학회소식

2019년 한국세라믹학회 운영위/조직위 워크숍 후기

2019년 상반기 한국세라믹학회 운영위/조직위 워크숍이 1월 17일-18일 1박 2일로 조선대학교에서 개최되었다. 2019년 춘계학술대회 준비현황 및 산학연 협력, 학술, 총무, 재무, 사업, 편집 전 부문에 대한 업무 보고와 토의를 진행하였다.

학회소식

2019년 한국세라믹학회 춘계학술대회 안내

본 학회에서는 2019년 춘계학술대회를 다음과 같이 개최할 예정이오니 회원 및 비회원 여러분의 적극적인 참여를 바랍니다.

일시: 2019년 4월 10일(수) ~ 12일(금)
장소: 제주라마다프라자호텔

일반세션
G1	전자세라믹스	이종흔 교수(고려대), 김윤석 교수(성균관대)
G2	에너지환경 세라믹스	배중면 교수(KAIST), 황해진 교수(인하대)
G3	엔지니어링 세라믹스	류도형 교수(서울과기대), 한병동 박사(KIMS)
G4	나노융합 세라믹스	이규형 교수(연세대), 임재홍 교수(가천대)
G5	바이오 세라믹스	이정헌 교수(성균관대)
G6	유리 및 비정질 세라믹스	최용규 교수(항공대)
G7	내화물 및 시멘트 세라믹스	송명신 교수(강원대), 변윤기 박사(POSCO)
G8	전산재료과학 및 재료분석	오민욱 교수(한밭대)
G9	생활 및 전통 세라믹스	황광택 박사(KICET)
G10	에너지 변환 세라믹스	정성민 박사(KICET)
G11	제12회 세라믹스 표준화 심포지엄	이희수 교수(부산대), 김용남 박사(KTL), 이선홍 박사(KICET)
4대 미래기술 특별 심포지엄
S1	스마트 미래기술	장호원 교수(서울대), 임원빈 교수(한양대)
	[Keynote Speaker]
	이종흔 교수(고려대): 산화물 반도체 가스센서와 4차 산업혁명
	류정호 교수(영남대): 다강체 결합현상을 이용한 에너지 변환 기술
	김영훈 교수(성균관대): 산화물 반도체 기반 광시냅스 소자 기술
	임원빈 교수(한양대): 고출력 백색 LED/LD을 위한 발광체 개발
	[Invited Speaker]
	김경민 교수(KAIST): 고출력 백색 LED/LD을 위한 발광체 개발
	박민혁 교수(부산대): 메모리 및 에너지 소자용 플루오라이트 구조 강유전체 및 반강유전체
S2	친환경 미래기술	김진영 교수(서울대), 박종성 교수(명지대)
	[Keynote Speaker]
	이종호 박사(KIST): Advanced Solid Oxide Cell for Power Generation and Storage
	석상일 교수(UNIST): Halide Perovskite Solar Cells: Current Status and Beyond
	강기석 교수(서울대): Li Excess Transition Metal Oxides for Lithium Ion Batteries
	김상우 교수(성균관대): Sustainable Power Generation from Multifunctional Piezoelectric and Triboelectric Nanogenerators
	[Invited Speaker]
	김동회 교수(세종대): Complete Pb Recovery and Recycling from Perovskite Solar Cells Using Calcium Phosphate Nanomaterials
	이찬우 교수(국민대): Decoupling Hydrogen Evolution from Electroreduction of CO2 by Reduced Graphene Oxide Layers
	박상백 박사(KIST): Stretchable Hetero-nanostructures for Wearable Energy Storage Devices
S3	바이오/메디컬 미래기술	고영학 교수(고려대), 김일두 교수(KAIST)
	[Keynote Speaker]
	윤희숙 박사(KIMS): 바이오세라믹의 형상 및 기능제어 기술
	김해원 교수(단국대): Bioactive Nanomaterials for Tissue Regenerative Therapies
	유현승 대표(CG Bio): 세라믹 골대체재 산업화 20년
	김일두 교수(KAIST): Multi-dimensional Nanobuilding Blocks for Selective Molecule Detection
	오진우 교수(부산대): Virus: The Next-Generation Material
	[Invited Speaker]
	이정환 교수(단국대) Bioactive Ceramic Nanoparticles for Tissue Regeneration
	스티브박 교수(KAIST): Tactile Sensing Electronic-Skin for Wearable Health Monitoring and Robotic Applications
S4	엔지니어링세라믹스 미래기술	류도형 교수(서울과기대), 한병동 박사(KIMS)
	[Keynote Speaker]
	송인혁 박사(KIMS): Current Status and Prospects of Ceramic Membrane for Water Treatment
	이성민 박사(KICET): 반도체디스플레이 산업용 세라믹의 개발
	김원주 박사(KAERI): 원자력 극한환경용 세라믹 복합재료 개발 현황 및 전망
	김재육 박사(쎄노텍): 소형 세라믹 비드의 제조와 응용
	나용한 대표(화인테크): 투명세라믹스
	[Invited Speaker]
	문경석 교수(경상대): Application of Grain Growth Control to Ceramic Materials
	이윤주 박사(KICET): An Issue in Organic-Inorganic Conversion Process of Poly(Carbosilane) to Obtain High Performance SiC Ceramics

효곡 임응극 회장님 白壽 기념

효곡嘵谷 임응극林應極 회장님 白壽를 축하 합니다

이 력 서

성 명	임 응 극(林應極)
생년월일	1921년 2월 13일 황해도 신천 출생
학력	1942.04-44.09 와세다제일고등학원 이과 1946.03-47.08 서울대학교 공과대학 화학공학과 (BS) 1947.09-50.05 서울대학교 대학원(MS) 1963.04-64.10 동경공업대학(공학박사)
경력	1947.09-86.02 서울대학교 공과대학 전임·조·부·정교수 1969.08-85.02 서울공대 무기재료공학과 학과장 1987.04-현재 서울대학교 명예교수 1952.10-53.07 Canada Cement Co.에서 시멘트제조 연구 1953.08-55.05 삼척시멘트공사 겸직 기술감독관 1955.06-55.09 MIT Foreign Student Summer Project 에 한국대표로 참가 1955.09-56.06 미국 Ohio State Univ. 요업공학과 객원교수 1957.03-73.04 대한요업학회 전임이사·부이사장·이사장. 1960.10-69.03 대한화학회 평의원 1962.01-93.12 공진청 공업표준심의회 요업부회 상임위원. 1962.05.26 방사선동위원소 취급자 일반면허 취득 1963.11-64.11 동경공업대학 객원교수 1966.06-67.04 서울대학교 공과대학 교무과장 1966.06-70.04 공예기술연구소 이사 1966.07-76.02 한국산업은행 기술자문위원회 의원 1966.04-68.12 요업센터 건설위원회 위원 1966.12.09 요업기술사 자격 취득 1967.04-68.07 독일 Karsruhe 공대 연소연구실 객원연구원 1969.05-74.01 충북시멘트 기술고문 1971.05-74.05 KAIST설립 자문위원회 위원 1975.06-78.02 한국열관리협회 자문위원회 위원 1977.01-77.03 일본 무기재질연구소 초빙연구원 1977.06-77.12 문화공보부 문화재관리국주관 신안앞바다 해저인양 문화재 보전처리. 1978.02-88.12 상공부에너지 관리위원회 자문위원 1978.05-93.12 대한상사 중재인회 중재인단 중재인 1981.02-97.12 한국적연와협회 기술고문 1982.02-84.07 한국요업학회 도예연구소 소장 1984.08-88.12 조선내화화학(주) 기술고문 1984.08-92.03 한국요업학회 도자기부회 회장 1986.07-90.03 광업진흥공사 기술고문 1987.03-97.02 과학기술총연합회 원로 과학기술자문단 요업분과 위원 1987.03-04.12 한일국제 세라믹세미나 조직위원회 위원 1988.07-92.02 고려도토 기술연구소 소장 1988.04-98.12 월간 세라믹스 편집위원 1991.03.24-29 Russia Ceramic Society에서 전통 자기기술에 관하여 발표 1991.06-91.07 한국 도자문화진흥협회 이사 1991.07 Ceramic Center for Studies and Research에서 전통도자기술 1992.02-97.03 한국요업학회 성옥상 포상위원회 위원장 1993.11.24-27 일본 사가현요업 기술센터에서 초청강연(처자) 1994.04-현재 한국과학기술한림원 원로회원 1996.11-99.12 한양대학교 세라믹공정 연구센터 자문위원 2003.04-현재 한국세라믹학회 자문위원
수상	1960.01.01 녹조 소성훈장 1972.08.15 국민훈장 동백장 1978.04.28 대한요업학회 학술상 1986.02.28 국민훈장모란장 1998.09.22 한국세라믹학회 성옥상

세라믹 한 평생: 효곡嘵谷 임응극林應極 회장님 100년의 발자취

효곡 임응극 교수님은 1921년 우리나라 곡창지대로 유명한 황해도 신천에서 울진 임씨인 임형찬씨와 모 김형신씨의 사남 일녀중의 3남으로 태어났다.
어릴 때부터 남달리 총명하여 황해도의 명문이었던 해주 동공립중학교를 마치고 일찍이 고교시절부터 일본에 유학하여 와세다제일고등학교 이과를 졸업한 후, 1944년 동 대학 이공학부 응용화학과에 진학한 이듬해 해방을 맞이하였다.
누구나가 겪었던 전환기에 서울공대 화공과에 편입하여 몇 명 안 되는 국립서울대학교화공과 제 1회 졸업생이 되었다.
세계 제2차 대전 후의 고도 성장기에 누구나가 열망하였던 유기화학공업을 전공하지 않고 그 당시는 학문적으로나 공업 기술면에서 뒤떨어져 있는 요업분야를 연구하기 시작한 것은 임교수님의 탁월한 선견지명이었다고 생각된다.
임교수님을 대하는 사람이면 누구나가 느끼는 온화한 인품에서 풍겨 나오는 따사로움 이외에 외골수 길을 걸어오는 사람에게 특유한 강직함을 엿볼 수 있다. 이 성격 때문인지는 몰라도 임교수님은 1947년 8월 공학사 학위를 받는 즉시 화공과의 교수 조무원으로 발탁되어 그 후, 전임강사, 조교수, 부교수, 그리고 교수의 고고한 천직을 누구나 부러워하는 모교에서 누린 행운아(?)이기도 하다.
임교수님이 적극적으로 요업계에 투신하기 시작한 것은 1955년부터 1년간 요업의 메카인 Ohio State Univ. 대학원 요업과에서 요업과 인연을 맺기 시작한 때부터이다. 그 후 서울 공대 화공과에서의 규산염공업 강의를 하였고, 또 1963년부터 2년간 동경공업대학 공업재료연구에서 방사능폐기물의 요업적 처리에 관한 연구로 공학박사 학위를 받아 학문의 깊이를 가일층 더 하였다.
또 1967년에는 요업과 아주 밀접한 관계가 있는 연소계통의 연구에 종사하기 위하여 서독의 Karlsruhe 대학에서 개최하는 국제세미나에 참가한 후 동교 연소공학 연구소에서 Jet 염에 대한 연구를 수행한 바도 있다.
1960년도에 국내 타 사립대학에 요업과가 신설되고 선진외국에서는 서서히 재료과학에 대한 인식이 새로워지고 있을 지음, 서울대학교에서 재료과학에 대한 학문분야가 소홀하게 다루어져 유감스럽게 여긴 임교수님은 1969년 드디어 서울공대에 재료공학과가 신설하여 홀로 모든 무거운 업무를 떠맡아보다 싶이 하였다.
임교수님은 산학을 매우 중요시 하여 현장 실습을 졸업 요건으로 하여 모든 학생이 방학 중 한달간 산업체에 실습하게 하였다. 최근의 파인 세라믹스 붐을 생각해 볼 때 임교수님이 닦아 놓은 기반이야 말로 우리나라의 파인 세라믹스계의 주춧돌이 되었다고 감히 단언할 수 있다. 그 후 1977년과 1980년에 일본의 무기재질연구소와 동경공대의 공업재료연구소에서 객원교수로 전자요업에 대한 연구를 수행하여 서울 공대 무기재료과가 파인 세라믹스에 중점을 두게 된 기틀을 잡았다고 할 수 있다. 또 임교수는 교직이라는 바쁜 일정 중에서도 우리나라 공업발전을 위하여 한국요업학회장, 공업표준심의회위원, 열관리위원회위원, 한국과학원 자문위원, MOST연구개발심의회전문위원 등의 중요한 직책을 맡아 일한바 있으며 또 특히 요업과 연관하여 그의 취미로 시작한 우리나라 고유의 도자기인 고려청자, 분청사기, 백자에 대한 과학적인 연구는 그 신기의 비법을 파헤치는데 있어서 독보적인 역작이라 하겠다.
특히 1983년에 강진 도요지의 발굴에 참여하여 청자가 이미 신라시대에도 제조되었다는 사실과 청자의 비색의 비밀이 청자 소지와 유약의 철분 함량이 다름에 기인한다는 것을 규명하였다.
또한 임교수님은 정년 후에도 우리나라 세라믹 산업 발전을 위해 정열적으로 많은 활동을 하였다. 조선내화 화학 기술고문, 광업 진흥공사 기술고문, 고려도토 기술연구소 소장을 역임하였고 세라믹 학회에도 도자기부회 회장, 한국 적연와협회 기술고문을 지냈고 현재까지도 세라믹학회 자문위원으로 활동한바 있다.
그 공로와 업적을 생각하면 훨씬 미흡하지만 한국요업학회의 공로상과 학술상 및 성옥상을 비롯하여 국민훈장 동백장과 모란장을 수여 받은 바도 있다.
임교수는 학문에 대해서만 집념이 강할 뿐 아니라 늦게 시작한 테니스에서도 감히 젊은 사람이 따라가기 힘든 정력과 체력을 발휘하여 타인의 부러움을 사고 있다.

만수무강 하십시오.

(제자 이기강 올림)

Research Highlights

Journal of the Korean Ceramic Society, Vol. 55, No. 6, pp. 576 –80, 2018.

Effects of Co-doping on Densification of Gd-doped CeO₂ Ceramics and Adhesion Characteristics on a Yttrium Stabilized Zirconia Substrate
이호영, 강보경, 이호창, 허영우, 김정주, 이준형
경북대학교

Gd-doped CeO₂ (GDC)는 산소 이온 전도도가 높고 전극과의 호환성이 좋아 고체 산화물 연료 전지 (SOFC)의 전해질로서 많은 주목을 받고있다. 그러나 GDC의 치밀한 소결을 위해서는 1500 ^oC 이상의 고온이 필요하다. 소결 온도가 높으면 셀을 구성하는 성분 사이에 화학 반응이 일어날 뿐만 아니라 Ce⁴⁺에서 Ce³⁺ 이온으로 환원 할 가능성이 높아 저온에서 GDC를 치밀화 시키는 것이 바람직하지만 그것은 매우 까다로운 과제이다. 또 다른 문제는 다층 구조의 SOFC에서 층간 접착력이다. 우수한 셀 성능을 얻기 위해서는 소재의 물리적 및 화학적 특성과는 다른 두 물질 간의 완벽한 접착이 매우 중요하다. 그러나 치밀화가 낮은 경우 소재의 층간 접착력이 낮은 것이 대부분 이다. 접착력과 접촉 품질을 높이기 위해서 그 동안 재료의 선택, 셀 구조의 제어 및 새로운 제조 공정에 대한 많은 연구가 있었다.

근래 CeO₂ 에 MnO₂, Fe₂O₃, CuO 및 CoO와 같은 소량의 전이 금속을 도핑하면 이들 이온의 크기가 Ce⁴⁺ 보다 훨씬 작아 CeO₂ 격자를 크게 왜곡시켜 결함 이동을 촉진시킴으로써 CeO₂의 소결을 효과적으로 촉진한다는 보고가 있었다. 그러나 CoO 첨가로 인한 치밀화 향상은 액상소결이 원인이라는 의견도 있다. SOFC는 다층 세라믹 소자임에도 불구하고 전극과 전해질의 소결 및 이들의 접착 특성에 대한 연구는 많지 않은 실정이다. 따라서 본 연구에서는 GDC에 CoO 도핑 유무에 따른 GDC의 치밀화 및 GDC/8YSZ 이중층의 접착 특성에 미치는 영향을 조사 하였다.

Fig. 1은 1 at%라는 소량의 Co가 도핑되어도 GDC의 치밀화 시작 온도가 약 900 ℃부터 시작되었으며 Co가 도핑되지 않은 GDC에 비하여 치밀화 기울기도 더 급격하게 떨어져 약 1100 ℃에 이르러서는 치밀화 완료단계에 접어들었음을 볼 수 있다. Fig. 2의 Co가 도핑되지 않은 GDC의 경우 치밀화가 이루어지지 않았을 뿐만 아니라 8YSZ층에 단단히 부착되지 않았음을 볼 수 있다. 반면 Co가 도핑된 GDC는 치밀한 미세구조를 가지며 8YSZ와 양호한 접착을 보였다. 한편 Co 도핑이 GDC의 전기전도도에 미치는 영향은 매우 미미한 것으로 나타났다. 본 실험결과가 다층구조로 되어있는 SOFC 소자의 개발에 응용될 수 있기를 바란다.

Fig. 1. GDC 및 1at. % Co 도핑 된
GDC 샘플의 온도에 따른 수축 (치밀화) 거동.

Fig. 2. (a) GDC / 8YSZ와 (b) Co가
도핑 된 GDC / 8YSZ 계면의 전자현미경 사진.

Research Highlights

Journal of the Korean Ceramic Society, Vol. 55, No. 6, pp. 608 –17, 2018.

Thermal Durability of Thermal Barrier Coatings in Furnace Cyclic Thermal Fatigue Test: Effects of Purity and Monoclinic Phase in Feedstock Powder
박현명, 전수혁, 여관림, 정연길, 양병일*, 박광용**
창원대학교 신소재공학부, *두산중공업

열차폐 코팅은 항공용 및 발전용 가스터빈에 적용되는 고온부품의 수명향상 및 신뢰성 확보를 위해 적용되고 있다. 일반적으로 열차폐 코팅의 적용을 통해 고온부품 모재 (초내열합금)가 받는 온도를 약 150°C 낮출 수 있어, 모재의 온도 수용성을 극복할 수 있다. 그러나, 가스터빈의 출력 및 효율 향상을 위해 운전온도가 1600°C 이상으로 상승됨에 따라, 고온부품이 경험하게 되는 환경은 열악해지고 있는 실정이다. 특히, 열차폐 코팅용 소재로 사용되고 있는 7-8 wt%의 이트리아 (yttria) 안정화 지르코니아 (7-8YSZ)은 1200°C 이상의 온도에서는 7-8YSZ의 상 전이 및 소결 현상으로 사용에 제한을 받고 있다. 이를 해결하기 위해 저열전도성 소재가 제시되었으나 모재와의 열팽창계수 차이 및 자체의 낮은 파괴인성으로 인해 아직 상용화가 이루어지지 않고 있는 실정이며, 이를 극복하기 위해 구조설계, 조성설계, 복합체 등 다양한 방안이 제시되고 있으며, 그 중 출발물질 (feedstock powder)의 특성을 제어하여 상전이 및 재소결 현상을 제어할 수 있는 것으로 알려지고 있다. 따라서 본 연구에서는 순도 (고순도 및 일반순도), 단사정 상 (monoclinic phase) 함유여부에 따른 세가지 출발물질을 사용하여 대기용사 (air-plasma pray) 방법으로 열차폐 코팅을 형성하였으며, 1100°C에서 반복 열피로 시험을 수행하여 출발물질의 특성이 열차폐 코팅의 열적 내구성에 미치는 영향을 고찰하였다. 고순도 분말이 적용된 열차폐 코팅에서는 상대적으로 우수한 소결 저항성과 계면 (탑층과 본드층 계면)에서 얇은 산화층 두께를 나타내었다. 또한, 열적 내구성은 출발물질에 포함되어져 있는 단사정 상의 양과 탑층의 기공율에 영향을 받음이 확인되었으며, 단사정 상이 포함되지 않은 고순도 출발물질로 제조된 열차폐 코팅이 가장 우수한 열피로 거동 및 열적 내구성을 나타내었다.
본 연구를 통해서 기존 열차폐 코팅용 소재에서 문제점으로 제시된 상 안정성과 소결 저항성을 확보할 수 있는 방안이 제시되었으며, 향후 가스터빈 고온부품뿐만 아니라 내열특성이 요구되는 관련 산업분야에 기술적 배경을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

Research Highlights

Journal of the Korean Ceramic Society, Vol. 55, No. 6, pp. 618 –24, 2018

Simultaneous Control of Phase Transformation and Crystal of Amorphous TiO2 Coating on MWCNT Surface
차유림, 박일한, 문경환, 김동환, 정성일, 윤영수
가천대학교, 동휘홀딩스

탄소나노튜브(CNTs)는 독특한 전기적 구조를 가지며, 넓은 표면적과 우수한 화학적, 열적 안정성을 가지는 것으로 관심을 받아왔다. 또한 TiO₂는 산화물 반도체로써 독특한 화학적, 물리적 특성에 관해 연구되어왔다. TiO₂는 결정상에 따라 이의 특성이나 활용할 수 있는 분야가 달라지며, 특히 촉매 분야에서는 rutile 결정상의 TiO₂가 우수한 특성을 보인다. 최근, 다중벽 탄소나노튜브(MWCNTs)에 TiO₂를 코팅하여 복합체를 형성함으로써 두 물질의 장점을 활용하며, 연료전지의 촉매지지체로써 활용하였을 때 촉매의 높은 분산 및 분포도를 가지게 할 수 있다는 장점이 각광받고 있다. 또한 다중벽 탄소나노튜브에 TiO₂가 코팅된 복합체는 광촉매나 연료전지 촉매 지지체, 등의 다양한 적용분야로의 논문들을 통해 이의 가능성을 확인하였다. 하지만 TiO₂/CNT 복합체의 적용성을 높이기 위해서는 기존의 발표되었던 공침법, 수열합성법, 가수분해법, 침전법의 낮은 생산성과 낮은 수율이라는 단점을 극복하여야 한다. 본 연구에서는 기존의 합성법들에 비해 경제적이며, 효율적이고, 편리하며 반복 가능한 in-situ 졸겔법을 이용한 TiO₂/CNT의 복합체 합성법을 개발하였다. 이의 합성을 위해 단순한 교반, 초음파 분산, 열처리, 세척만을 이용하였으며, 또한 열처리 분위기 및 온도의 변화만을 통해 TiO₂의 상, 결정 크기의 변화를 이루어 냈으며, 이를 데이터를 통하여 설명하였다. XRD, TEM, TGA를 이용하여 열처리 조건에 따른 TiO₂의 결정성 및 MWCNT 표면에 코팅 된 TiO₂의 우수한 분산성을 확인하였으며, 기존의 문헌들에서의 복합체가 가지는 CNT의 질량 퍼센트는 0.5 wt% ~ 50 wt%인 것에 비해 본 연구에서는 0.36 wt%임을 보였다. 이는 기존의 합성 방법들에 비해 in-situ 졸겔법이 우수한 분산성, 코팅의 균일성 및 공정의 편리성을 가지게 할 수 있음에 대해 실험적 결과를 제시하고, 코팅된 TiO₂의 쉬운 상 변화를 통해 태양전지, 연료전지 촉매의 지지체, 뿐만 아니라 광촉매, 초강력 커패시터 등의 재료로써 중요한 역할을 할 것으로 기대한다.

Fig. 1. 합성된 CNT/TiO₂의
(a) SEM, (b) TEM 이미지 및 (c) TGA 데이터

Fig. 2. 열처리 조건에 따른 상 및
결정 크기의 변화

Research Highlights

Journal of the Korean Ceramic Society, Vol. 56, No. 1, pp. 1 –23, 2019

Linear and Nonlinear Dielectric Ceramics for High-Power Energy Storage Capacitor Applications
Mahesh Peddigari, Haribabu Palneedi, 황건태, 류정호
한국기계연구원 부설 재료연구소, 영남대학교

높은 에너지 밀도를 가지는 유전체 세라믹스는 각종 가전제품, 전기자동차 등의 전기를 사용하는 대부분의 장치들에서 충/방전 소자, 필터, 컬플링 소자, 디커플링 소자, 전력 관리, 전자기 교란 감쇄, 고출력 전력소자 등에 사용되고 있으며, 특히 최근에는 에너지 저장을 목적으로 하는 캐페시터 응용에 더욱 주목을 받고 있다. 대표적인 에너지 저장을 위한 소자들은 배터리, 전기화학적 캐패시터, 유전체 캐패시터를 들 수 있으며, 이중 유전체를 이용한 캐패시터의 에너지 저장 밀도는 다른 에너지 저장소자에 비하여 비교적 낮은 특성을 가지지만, 순간적으로 저장된 전기를 방전 시킬 수 있는 출력 밀도 (power density)는 다른 에너지 저장 소자에 비하여 우수한 특성을 가진다. 따라서 최근 군사용, 의료용, 전기자동차와 같이 순간적인 전기에너지 출력을 요구하는 응용분야에서 유전체 소재를 이용한 캐패스터에 대한 관심이 크게 증가하고 있다. 아래 그림 2에서 요약된 바와 같이 에너지 저장용 캐패시터에 사용되는 유전체 세라믹스는 Linear 유전체, 상유전체 (paraelectrics), 강유전체 (ferroelectrics), 반강유전체 (antiferroelectrics), 완화형 강유전체 (Relaxor ferroelectrics) 등으로 구분될 수 있다. 많은 연구들이 이들 재료들의 각각의 장점을 극대화 하면서, 다른 한편으로는 고유의 한계점을 극복하고자 진행되고 있다. 또한, 고에너지 밀도를 가지는 에너지 저장 캐패시터로 이들 재료를 활용하기 위해서는 높은 에너지 저장밀도, 효율 뿐만 아니라, 높은 유전파괴전압, 온도 안정성, 피로거동이 동시에 만족되어야 한다. 본 리뷰 논문에서는 고에너지 저장 캐패시터 응용을 위한 유전체 세라믹스의 개발 동향과 주목할 만한 최근 연구결과에 대하여 리뷰하고, 향후 연구 개발 방향에 대하여 제시하였다.

Fig. 1. 대표적인 에너지 저장소자
(배터리, 전기화학축전기, 유전체축전기)의 출력밀도와
에너지저장 밀도의 비교를 보여주는 Ragone 도표

Fig. 2. 에너지 저장 유전체 소재의
종류및 실용화를 위한 요구 특성 .

Research Highlights

Journal of the Korean Ceramic Society, Vol. 56, No. 1, pp. 24–36, 2019

Recent Progresses in the Growth of Two-dimensional Transition Metal Dichalcogenides
정연준, 지은지, Andrea Capasso, 이관형
연세대학교 신소재공학과

본 논문에서 소개하는 전이금속 칼코게나이드를 포함한 층상형 2차원 물질의 경우, 기존의 실리콘 반도체와 차별화된 특성을 가지고 있어 기존 물질로 구현이 어려운 새로운 분야에 적용 가능하므로 미래형 반도체 물질로 새롭게 주목받고 있다. 수 원자 층의 두께를 가진 2차원 물질 중 전이금속 칼코게나이드는 다양한 밴드갭과 직접천이 밴드구조를 가지고 밸리와 같은 새로운 반도체 특성을 가지고 있어 기본 반도체 물질과 차별되는 새로운 분야에서 높은 활용 가능성을 갖고 있다. 기존의 기계적 박리법으로 소량 제작하여 기초연구를 진행하다가 2012년 처음으로 화학기상증착법을 이용한 단일층 이황화몰리브데넘(MoS₂)의 합성이 가능하게 되면서 다양한 2차원 반도체 물질의 대면적 합성 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 합성된 물질의 품질이나 규모 및 재현성 등의 문제로 양산화하거나 산업에 실제 적용하기는 아직 어려운 수준이다.

본 논문에서는 화학기상증착법을 이용한 전이금속 칼코게나이드의 합성법에 대한 그 동안의 연구동향과 다양한 이슈, 그리고 이를 극복하기 위한 최신 연구성과에 대해 소개하고 있다. 열역학적∙동역학적 해석을 바탕으로 한 합성 메커니즘 분석을 통해 핵 생성과 성장 조절부터 궁극적으로는 연속적인 필름의 성장(그림)까지 앞으로의 연구 방향을 제시하고 있다. 또한 단순히 반도체 특성을 갖는 구조에서 벗어나 물질의 조성은 같으나 상 및 구조가 달라 다른 특성을 나타내는 이성질체(isomer)의 합성법, 단일 물질의 특성 한계 극복을 위한 이종 구조의 합성법 등에 대한 연구들은 다양한 분야에 2차원 전이금속 칼코게나이드를 활용할 수 있는 가능성을 보여준다.

그림. 진이금속칼코겐 박막의 화학기상증착 공정의 단계: 핵생성, 성장, 연속필름 형성

Research Highlights

Journal of the Korean Ceramic Society, Vol. 56, No. 1, pp.77~83, 2019

Studies on Damage Properties of MgO-C Refractories through Hertzian Indentation at Room and High Temperatures
조근호, 변윤기*, 정연길
창원대학교 신소재공학부, *포스코

마그네시아-카본 (MgO-C) 소재는 제강공정을 위한 내화재료로 매우 중요한 위치에 있다. 최근 제강공정에서 철강석의 사용보다는 고철 (scrap)의 사용량이 증가됨에 따라 고철의 낙하충격에 따른 손상으로 인해 마그네시아-카본 내화물의 수명이 저감되고 있는 실정이며, 이는 제품의 생산 단가를 증가시키는 주요 요인이다. 따라서 내화물의 강도 향상과 카본의 양을 줄이는 노력이 진행되고 있다. 한편, 마그네시아-카본 내화물에서 카본 함량의 감소는 열전도도의 감소와 탄성계수의 증가, 그리고 열충격 저항성의 감소를 가져오게 되어 이를 극복하기 위한 다양한 방안들이 연구되고 있으며, 곡강도 및 압축강도를 통해 내화물의 특성향상을 비교∙고찰하고 있다. 그러나, 실제 고철이 내화물과의 접촉에 의해 발생되는 충격 손상에 대한 평가는 전무한 상태이며, 제한된 실험적 접근으로만 내화물의 파괴거동에 대한 연구가 진행되고 있다.

따라서 본 연구에서는 구형 압입자를 이용한 헤르지안 압입시험 (Hertzian indentation test)을 통해 압입 하중에 따른 변위 및 기계적 손상거동을 고찰하였다. 이를 통해 내화물에 포함되어져 있는 카본 및 산화방지제의 양이 하중-변위 거동에 미치는 영향을 평가하였으며, 특히 고철의 반경 및 낙하 속도에 따른 손상 내구성을 평가하기 위해 압입자의 크기 및 압입 속도를 제어하였다. 결과적으로 카본의 양이 증가됨에 따라 내화물의 최대 및 잔류 변형량이 증가되었으며, 탄성계수가 감소됨을 확인할 수 있었다. 또한, 압입자의 크기가 증가됨에 따라 최대 및 잔류 변형량이 감소되었으며, 압입 속도가 증가됨에 따라 변형량은 증가되었다. 한편, 최대 압입 속도에서는 오히려 변형량의 감소되는 경향을 나타내었다.

본 연구를 통해서 내화물의 조성변화에 따른 특성예측과 내화물의 손상거동을 평가함에 있어 헤르지안 압입시험의 유효성을 검증할 수 있었으며, 실제 고철의 낙화 시에 마그네시아-카본 내화물의 충격파괴 기구와 준소성 손상에 대한 평가기법으로서 활용될 수 있을 것이다.

그림. 헤르지안 압입시험에서 접촉손상기구(왼쪽): (A) 압입곡선 및 (B) 균열형성 거동.
그림. 압입자의 크기가 압입 하중-변위 거동에 미치는 영향(오른쪽).

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KIMS, 고강도 고열전도도 지닌 투명세라믹 제조기술 개발

KIMS가 고강도 고열전전도 투명세라믹 제조기술로 만든 두께 5mm 투명세라믹.

재료연구소가 고강도에 고열전도성을 지닌 투명 세라믹 제조기술을 개발했다.

재료연구소(KIMS·소장 이정환)는 박영조 분말·세라믹연구본부 책임연구원이 김도경 KAIST 교수, 강신후 서울대 교수, 화인테크(대표 나용한)와 공동으로 세계 최고 성능의 투명세라믹을 만들 수 있는 제조기술을 개발했다고 18일 밝혔다.

연구팀은 소결조제를 사용하지 않고도 고열전도도 조성과정에서 생기는 기공을 제거해 강도와 열전도도를 동시에 높였다. 장치에 의한 오염과 환원을 최소화하기 위해 소재를 탄탈럼 호일로 감싼 후 가압 소결해 단결정 대비 동등 이상의 투광성과 내열충격성을 확보했다.

이 기술로 만든 투명 세라믹은 내열충격성을 가늠할 수 있는 핫셀만 지수가 기존 소재의 3배로 나타났다. 연구팀은 이 소재를 초음속 비행체의 윈도우, 투명 방탄 소재 제조에 활용할 수 있을 것으로 기대했다.

박영조 책임연구원은 “산학 공동연구로 우리나라 투명세라믹 기술 수준을 미국, 독일, 일본 등 세라믹 선진국과 어깨를 나란히 할 수 있는 정도로 끌어 올린 연구 성과”라고 말했다.

(출처: http://www.etnews.com/20190218000246 )

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[사이언스 샷] 공기만큼 무게 가볍고 1400도에서도 끄떡없어

美 연구진, 초경량 단열 소재 개발

UCLA

꽃잎에 얼음 덩어리 같은 물체가 앉았지만 수술의 모양이 그대로이다〈사진〉. 그만큼 가볍다. 하지만 1000도가 넘는 불꽃을 이겨낼 정도로 강력한 열 차단 능력을 자랑한다.

미국 로스앤젤레스 캘리포니아대(UCLA)의 시앙펭 두안 교수와 중국 하얼빈공대의 후이 리 교수가 이끈 국제 공동 연구진은 지난 15일 국제 학술지 '사이언스'에 "99% 공기로 이뤄진 에어로겔 재질의 초경량 단열 소재를 개발했다"고 발표했다. 새 단열재는 꽃에도 올려놓을 수 있을 정도로 가볍지만 1000도가 넘는 온도 변화도 너끈히 견딜 수 있다. 연구진은 우주선에 적용하면 지구로 귀환할 때 대기권과의 마찰로 발생하는 엄청난 열을 견뎌낼 수 있다고 기대했다.

에어로겔(aerogel)은 공기를 의미하는 '에어로(aero)'와 3차원 네트워크 구조를 의미하는 '겔(gel)'의 합성어다. 곳곳에 구멍이 나 있어 매우 가볍고 단열성이 우수한 차세대 소재로 주목받고 있다. 2002년 미국 시사 주간지 타임이 '올해의 발명품'으로 선정했다.

실험 결과 새로운 에어로겔은 1주일간 섭씨 1400도의 온도를 가해도 문제가 없었다. 아래쪽에서 500도의 화염을 가해도 위에 얹은 꽃잎에 아무런 손상이 가지 않았다. 에어로겔의 기본 구조는 세라믹 소재인 육각형의 질화붕소 분자가 벌집처럼 연결된 박막이다. 두안 교수는 "질화붕소 박막 사이에 공기가 들어 있는 형태"라며 "겨울에 이중 창이 단열 효과를 내듯 공기를 품은 이중 층 구조가 열전달을 막는다"고 설명했다.

기존 세라믹 에어로겔은 단열 효과가 우수해도 갑작스러운 온도 변화가 일어나면 부서지기 쉬웠지만 이번은 달랐다. 섭씨 영하 198도에서 영상 900도까지 1000도 넘게 급격한 온도 변화를 일으켜도 끄떡없었다. 이런 과정을 500번이나 반복해도 견뎌냈다.

비결은 스트레스를 받으면 안으로 뭉치는 능력에 있었다. 다른 세라믹은 열을 가하면 팽창하지만 새 에어로겔은 수축했다. 또한 다른 물체는 누르면 중심부가 밖으로 삐져 나가지만 새 에어로겔은 중심이 오히려 안쪽으로 이동한다고 연구진은 설명했다. 덕분에 스트레스를 더 잘 견뎌낼 수 있다는 것이다. 기존 세라믹은 원래 부피의 20%까지만 압축할 수 있지만 새 에어로겔은 5%까지 줄어들었다가도 다시 원래 상태로 회복된다고 연구진은 밝혔다.

(출처: http://biz.chosun.com/site/data/html_dir/2019/02/21/2019022100145.html)

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한미연구진, 구조변화 없이 전기적 특성만 변하는 물질 첫 개발

성균관대 이재찬 교수 "금속-절연체 상전이서 결정구조적-전기적 변화 분리"

(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 한국과 미국 공동연구진이 물질의 결정구조는 전혀 변하지 않고 온도 변화에 따라 도체-절연체 상전이를 일으키는 물질을 처음으로 개발했다.

성균관대 신소재공학과 이재찬 교수는 30일 미국 위스콘신-매디슨 주립대 엄창범 교수·이대수 박사팀과 함께 강상관계 물질(strongly correlated electron material)인 이산화바나듐(VO₂) 금속-절연체 상전이에서 결정구조적인 변화와 전기적 변화를 분리, 결정구조 변화 없이 순수 전기적 상전이를 보이는 물질을 만들었다고 밝혔다.

상전이 온도를 서로 다른 이산화바나듐 이종 구조의 모식도푸른색 원자가 낮은 상전이 온도를 가지는 이산화바나듐, 주황색 원자가 높은 상전이 온도를 가지는 이산화바나듐.(좌측, 중앙) 두 물질의 박막을 겹쳐 만든 이종 접합구조의 이산화바나듐에서 나타나는 구조변화 없는 금속-절연체 상전이. (우측) [과학기술정보통신부 제공]

상전이(Phase transition)는 물질이 온도, 압력, 외부 자기장 등 일정한 외적 조건에 따라 상태가 한 상(phase)에서 다른 상으로 바뀌는 현상으로, 이때 전기적 특성 등 물성도 변하게 된다.

강상관계 물질은 물질 내 전자 간 상호작용이 커서 일반 도체나 반도체와 다른 독특한 특성을 보인다. 특히 도체에서 절연체로 변화(금속-절연체 전이) 할 수 있어 주목되는데, 이를 이용하면 단일 물질로도 전원을 켜고 끄는 디지털 특성을 가질 수 있다.

하지만 문제는 금속-절연체 전이 도중 전기적 특성뿐 아니라 결정구조도 함께 변해 전이 속도가 제한되기 때문에 고속 작동 소자로 응용하는 데 한계가 있다는 점이다.

연구팀은 실험연구와 계산과학 연구를 통해 대표적인 강상관계 물질인 이산화바나듐의 금속-절연체 상전이에서 결정구조적인 변화와 전기적 변화를 분리하는 데 성공했다. 또 이를 통해 오직 전기적 변화만 일어나는 금속-절연체 상전이 물질도 최초로 개발했다.

이산화바나듐은 바나듐(V)과 산소(O)가 1대2로 결합한 형태(VO₂)지만 이 비율을 1대 1.9(VO₂-δ)처럼 미세하게 조정하면 금속-절연체 상전이가 나타나는 온도가 달라진다.

연구팀은 상전이 온도가 서로 다른 두 가지 이산화바나듐을 각각 수 나노미터(㎚=10억분의 1ｍ) 두께의 박막으로 만들고 이를 겹쳐 접합구조를 만드는 방법으로 결정구조 변화를 동반하지 않고 금속-절연체 상전이가 일어나게 하는 데 성공했다.

이재찬 교수는 "이 연구 접근법은 강상관계 물질에 일반적으로 적용할 수 있을 것으로 예상된다"며 "전기적 변화만 이용하게 돼 반도체 트랜지스터보다 많은 전류를 빠르게 흐르게 하는 모트트랜지스터나 펨토초(fs=1천조분의 1초) 단위의 전자 스위치 등 신규 소자로 응용될 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

과학기술정보통신부 기초연구지원사업(개인연구)과 한국과학기술정보연구원(KISTI) 슈퍼컴퓨터지원사업 지원으로 수행된 이 연구 결과는 국제학술지 '사이언스'(Science, 11월 30일자)에 게재됐다.