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겔 캐스팅에 의한 다공질 세라믹스의 개발과 응용

전문가 제언: ○ 다공질 소재는 기공 크기에 따라서 기공의 직경이 2nm 이하인 마이크로 다공성 물질, 2-50nm의 메조 다공성(mesporous), 50nm 이상의 매크로 다공성 물질로 분류한다. 수처리 등과 같은 분리 막에서는 기공크기가 0.1-10㎛인 정밀여과(탁도 및 박테리아 제거), 10-100nm인 한외여과(고분자량의 유기물이나 각종 바이러스 제거), 1-10nm인 나노여과(다가의 이온과 저분자량의 유기물 제거) 및 1nm 이하의 역 삼투(일가 이온들 제거)막으로 분류하기도 한다. 세라믹 분리막은 고분자 분리막에 비해 pH, 압력, 온도 등 극한 조건에서 높은 내구성, 내환경성을 갖고 있으며 재활용 가능한 소재이다.

○ 본고에서 소개된 겔 캐스팅은 가교제, 중합 개시제, 계면활성제, 촉매 등이 들어간 복잡한 공정이나 중량체 겔의 망목 중에 분산된 세라믹스가 건조 및 소결을 통해 80% 이상의 기공률을 가진 단단한 다공질 세라믹스를 얻을 수 있다. 이들의 응용 중에서 층간 소음방지용 흡음건제, 전자파 흡수체 등은 흥미 있는 예이다. 이 방법은 복잡형상의 다공질 세라믹스 제조에 적합한 방법이다.

○ 현재까지 사용되는 단량체, 개시제 등이 독성을 가지고 있어 국내에서는 무독성 유기물을 이용한 공정이 개발되어야 한다. 일본 NIRIN에서 동결건조법을 다공질 제조에 응용하였다. 즉 얼음을 기체로 승화시켜 빈자리가 기공으로 남는 기술이다. Du Pont은 수소회수용 중공형 시스템을, Alcoa에서는 알루미나를 이용한 다채널 시스템 분리막을 개발하여 석유화학, 의학 및 생물공학 분야에 응용하는 연구를 하고 있다.

○ KIST, KIER, 국내 대학에서 수질 정화용 및 기체 분리용 분리막, SiC를 이용한 집진필터를 연구하였다. 다공성 세라믹스는 환경 및 에너지 산업의 발전한계를 극복하고 효율화, 고 청정화, 고 특성화를 실현할 수 있는 원천 기반 기술로 다공질 재료가 기능적으로 재료의 특성 한계를 극복할 것으로 예상된다. 이들 수요는 지속적으로 증가할 것이므로 나노기공 제어기술, 응용확대 기술 등에 관한 산학연의 공동연구가 지속되어야 할 것이다.

저자: Takashi Shirai and Masayoshi Fuji
자료유형: 니즈학술정보