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마이크로파 및 밀리미터파 조사에 의한 새로운 재료 프로세싱

전문가 제언: ○ 마이크로파 가열현상은 1970년대 가정용 전자레인지에 응용되어 사용이 크게 확대되었다. 1990년대부터 유기화합물, 금속재료, 탄소 등의 대부분의 재료와 액체에서 마이크로파 가열의 공학적 이용에 대한 연구가 시작되었다. 적외선과 고주파 사이에는 300㎒에서 300㎓의 마이크로파가 있으며, 0.915㎓와 2.45㎓의 마이크로파가 공업, 과학, 의료용으로 사용되고 있다

○ 새로운 소성기술인 마이크로파 가열은 마이크로파 대역의 전자파를 물질(피가열체)에 조사하여 물질을 자기 발열시키는 방법이다. 전자파와 물질의 상호작용은 투과, 흡수, 반사로 분류되지만, 마이크로파 인가에 의한 물질의 자기발열 현상은 흡수에 의해 일어난다. 마이크로파 흡수는 물질의 전자스핀에 의한 자성손실, 전기분극의 유전손실, Joule 열에 의한 도전손실로 일어난다. 이 문헌은 마이크로파를 이용한 재료 프로세싱에서 세라믹스의 소결, 신물질 합성, 과포화 고용체의 상분리에 대해 설명하고 있다.

○ 자기발열 현상에 근거하는 마이크로파 가열의 특징으로 균일 가열, 내부 가열, 급속 가열을 들 수 있다. 또한 열전도가 낮은 물질을 균질하게 가열하거나, 미소 영역에 선택적 에너지 공급에는 좋은 점이 있다. 그러나 화학반응이나 재료 프로세싱에서 2성분 이상의 반응계에서 각 성분의 마이크로파 흡수특성의 차이로 인한 선택가열 현상이 일어나는 점이 있다.

○ 국내에서도 마이크로파를 이용한 소성이나 소결을 통한 제품개발에 대한 연구는 다양한 분야에서 발표되고 있다. 발표되는 학회지는 세라믹학회지가 가장 많으며, 재료학회지, 전기학회지, 전기전자재료 학회지 등에 200여 건이 발표되었다. 연구 분야는 전자재료분야 중에서도 유전체를 많이 연구하고 있다. 향후 이 분야 연구는 실제 에너지를 절감할 수 있는 마이크로파를 이용하는 가열설비 등을 개발하여 화석연료의 절감에 기여가 되기를 바란다.

저자: Hirotsugu TAKIZAWA
자료유형: 학술정보