일본산업뉴스요약

첨단 거점 해부
상온에서 세라믹 박막 제조
산업기술종합연구소 첨단기술연구센터

항공기와 자동차, 전자부품 등 차세대 제조분야에서는 부품의 성능 향상을 위한 표면 가공 기술의 중요성이 높아질 것이다. 산업기술종합연구소의 첨단 코팅기술 연구센터(이바라키 현)는 상온에서 세라믹 막을 만드는 기술 등을 연구해 실용화를 목표로 산업계와 적극적으로 연대하고 있다. 아케도(明渡) 센터장은 “연구자는 기술을 세상에 내놓아야 한다는 의식을 가져야 한다”라고 주장한다.

“보세요, 핀셋으로 긁어도 벗겨지지 않죠?” 연구실에서 아케도 센터장이 유리 기판에 뿌리는 방법으로 부착한 회색 세라믹을 보여주었다. 끝이 뾰족한 핀셋이나 손톱으로 힘 주어 긁어도 상처 하나 나지 않는다.

세라믹은 고온에서 구워 만든다라는 지금까지 상식을 뒤집은 장본인이 아케도 센터장이다. 1990년대 후반, 실험 중 작은 실수를 통해 상온에서도 세라믹을 만들 수 있다는 것을 알게 되었다. 상온에서의 제작으로 대규모 설비가 불필요해 기존보다 수 십 배 이상 빠르게 고품질 박막을 만들 수 있게 되었다.

산업기술종합연구소가 개발한 ‘Aerosol deposition(AD)법’은 세라믹의 입자와 기체를 혼합해 감압, 기판 위에 뿌려 막을 만드는 기술이다. 세라믹 입자가 기판과의 충돌로 작게 부서지면서 적층으로 쌓이고 입자들이 다시 결합하기 위해 튼튼한 막을 만든다. 이것을 ‘상온 충돌 고체화 현상’이라고 부른다.

세라믹의 표면 가공은 항공우주와 자동차, 의료 관련 등 광범위한 영역에서 응용될 수 있을 것으로 기대되고 있다. 프라이팬이나 스마트폰 커버 등에도 AD법이 이용될 가능성이 있다고 한다. 이미 TOTO가 AD법을 이용해 반도체 제조 장치 부재를 개발해 실용화하는 등, 기업들의 관심이 높다. 센터에는 매년 100~200건의 기술 상담이 들어오고 있다.

AD법의 산업 응용을 추진하기 위해 2015년에 센터가 발족. 연구부문은 미립자 스프레이 코팅, 광 반응 코팅, 에너지 응용 재료, 그린 파워 디바이스 재료의 4개 분야로, 기업 출신자들이 참여한 실용화 지원 팀이 있다.

에너지응용재료 연구팀의 가타오카(片岡) 주임연구원과 팀원은 AD법을 응용해 안전성이 높은 고체재료로 만들어진 리튬이온전지의 시작품을 제작했다. 산화물의 단결정으로 만들어진 고체 전해질 기재 표면에 세라믹 미립자를 뿌려 강하게 접합시킨 정극을 만들었다.

이 타입은 ‘전고체전지’라고 불리며 유기전해액보다 잘 발화되지 않는 고체재료를 전해질로 사용한다. 그 중에서도 가장 품질이 우수한 것이 산화물계열이지만, 배터리가 쇼트 되기 쉬워 전극과 전해질을 강하게 접합시키기 어렵다는 과제가 있었다. 단결정(單結晶)의 경우, 쇼트를 낮출 수 있기 때문에 AD법으로 접합하기 쉬워진다. 아키모토(秋本) 연구팀장은 “단결정의 양산화를 목표로 기업과 공동연구를 추진하고 있다”라고 말한다.

센터는 자외선을 이용한 독자적인 성막(成膜)법 ‘광MOD법’ 등도 연구의 축으로 하고 있다. 쓰치야(土屋) 그린디바이스재료 연구팀은 전자부품 제조업체 다치야마(立山)과학공업(도야마 시)과 함께 LED 조명에 적합한 고휘도(高輝度)∙장잔광(長殘光)의 축광재료를 개발했다. 광MOD법을 이용해 세라믹을 수지 기판 위에 코팅한 고휘도 축광(야광) 시트를 제작. 고속도로의 안전 표시 등으로의 응용이 전망되고 있다.

센터의 연구원 수는 17명으로 소수 정예이지만 산업계에 기술을 전도하는 중핵 거점으로서 존재감을 나타내고 있다. AD법 등의 신속한 실용화를 추진하기 위해 설립한 ‘선진 코팅 얼라이언스’에는 원료, 장치 및 부품 제조사 등이 공동 연구를 위해 참가하고 있다. 기술 개발을 제외한 분야에서 기업이 협력하는 시스템이라고 한다.

산업계와 매우 밀접하게 움직이는 센터이지만, 아직 목표까지는 갈 길이 멀다고 한다. 아케도 센터장은 “실용화의 성공 사례가 적고, 과제도 많다. 높은 수준으로 끌어올리기 위해 기초적 연구에도 주력해나갈 것이다”라고 강조했다.

▶ 거점 개요
- 명칭: 산업기술종합연구소 선진코팅기술연구센터
- 장소: 이바라키(茨城) 현 쓰쿠바 시
- 연구원 수: 17명
- 주요 연구: ‘에어로졸 데포지션법(AD법)’ 등 코팅 기술 연구 개발

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