NAMRI/SME, 제45회 NAMRC 컨퍼런스서 제조 연구 혁신 기념

제조 학계 인사들이 북미 제조 연구 컨퍼런스(NAMRC) 연례 행사에서 서비스, 기여, 뛰어난 제조 연구로 표창받았습니다. 북미 제조 연구 기관 SME(NAMRI/SME)가 주최한 올해 45회 연례 행사는 서던 캘리포니아 대학교가 로스앤젤레스에서 개최했습니다.

연례 시상식에서 연구자, 학생, 산업 전문가에게 21개 상이 수여되었습니다. NAMRC는 제조와 설계 분야 응용 연구와 산업 적용의 최고 국제 포럼입니다. NAMRI/SME는 전 세계 연구자들을 모아 이산 부품 제조의 과학적 기반 발전을 도모합니다.

"제조업은 가능한 것의 경계를 밀어붙이는 연구에 의해 주도되는 예외적 기회의 산업입니다."라고 NAMRI/SME 회장 딘 바틀스 박사(FSME)는 말했습니다. "오늘 표창받은 이들이 그 연구와 우리 산업을 앞으로 수십 년간 차이를 만들 방식으로 발전시키고 있습니다."

2017 NAMRI/SME 수상자에는 다음이 포함됩니다:

• NAMRI/SME S.M. 우 연구 구현상, 아제이 말셰 박사, 아칸소 대학교/나노메크(아칸소주 스프링데일).
• NAMRI/SME 평생 공로상, 닐 더피 박사(FSME, CMfgE, PE), 위스콘신 대학교, 위스콘신주 매디슨.

NAMRI/SME 최우수 논문상은 세 편의 논문에 수여되었습니다:

• "5축 공작기계 열오차 보상을 위한 적응 학습 제어"
• "공구 상태 예지를 위한 가상 센싱 기반 증강 파티클 필터"
• "광조형법을 위한 고제거성 워터 서포트"

국립과학재단 후원으로 inaugural NAMRI/SME 데이비드 도른펠트 제조 비전상과 블루 스카이 경쟁도 올해 NAMRC에서 시상되었습니다. 데이비드 도른펠트 제조 비전상은 연구와 교육의 진정한 비전적 개념을 장려하기 위한 것으로, 프로그램 위원회가 결정한 최고 발표자에게 수여됩니다.

"제조업은 미국 내 모든 민간 연구개발의 4분의 3 이상을 차지합니다."라고 NAMRI/SME 전 회장 스콧 스미스 박사(FSME, 노스캐롤라이나-샬럿 대학교 교수)는 말했습니다. "이 경쟁은 제조업의 미래가 무엇일지 한계를 밀어붙이는 급진적이고 도전적인 아이디어를 찾습니다."

국립과학재단 후원으로 inaugural 경쟁 초록은 컨퍼런스에서 특별 '블루 스카이 아이디어' 트랙의 일부였습니다. 제출물은 기존 가정을 얼마나 도전하는지, 분야의 가능성과 지평을 얼마나 확장하는지 기준으로 위원회가 심사했습니다.

inaugural NAMRI/SME 도른펠트 제조 비전상은 고인이 된 UC 버클리 교수 이름을 땄으며, 그는 지속가능 제조와 스마트 제조의 글로벌 리더로 여겨졌고, 제조 커뮤니티 내 뛰어난 비전과 리더십을 인정하는 상입니다. "도른펠트 교수, SME 펠로우이자 전 이사, NAMRC 창립자 중 한 분을 기리게 되어 영광입니다."라고 스미스는 말했습니다. "그의 유산은 미래 산업 개척자들과 그들이 우리 산업 발전에 헌신할 의지에 살아있을 것입니다."

이 상은 토니 슈미츠 박사(FSME, 노스캐롤라이나 대학교 샬럿)에게 수여되었습니다. 그의 발표 "생체모방 제조"로. 차세대 제조 혁신은 생산 환경에서 생물학적 시스템을 모방함으로써 부분적으로 가능해질 것입니다. 발표에서 슈미츠는 생체모방 제조 분야의 새로운 연구를 개요했습니다.

돈 루카 박사(FSME, CMfgE, 오클라호마 주립대학교 석좌교수 겸 헤링턴 첨단 소재 석좌)가 NAMRI/SME 창립자 강연 "초정밀 가공으로의 길"을 발표했습니다.

NAMRC 46은 2018년 6월 18-22일 텍사스 A&M 대학교(텍사스주 칼리지 스테이션)에서 개최됩니다.

레이저 기술로 목재에서 그래핀 제조

라이스 대학교(휴스턴) 과학자 팀이 목재 표면을 그래핀으로 변환해 전도체로 만들었습니다.

라이스 화학자 제임스 투어 주도로 연구팀은 레이저로 소나무 블록에 얇은 필름 패턴을 검게 그을렸습니다. 이 패턴은 라이스에서 2014년 발견된 원자 두께 탄소 소재의 한 형태인 레이저 유도 그래핀(LIG)입니다.

"고대 소재와 최신 나노소재가 단일 복합 구조로 결합된 것입니다."라고 투어는 성명에서 말했습니다. 이 소재는 생분해성 전자기기에 사용될 수 있습니다. 발견은 이번 달 어드밴스드 머티리얼즈에 상세히 실렸습니다(웹페이지 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201702211/full 참조). 이전 LIG 반복은 저렴한 플라스틱인 폴리이미드 시트를 레이저로 가열해 만들었습니다. 평평한 육각형 탄소 원자 시트가 아닌 LIG는 한 가장자리가 하부 표면에 부착되고 화학적으로 활성인 가장자리가 공기에 노출된 그래핀 시트 폼입니다.

어떤 폴리이미드든 LIG를 생성하는 것은 아니라고 투어는 말했습니다. 라이스 대학원생 루콴 예와 이예 치안이 주도한 연구팀은 자작나무와 참나무를 시도했지만, 소나무의 가교 결합된 리그노셀룰로오스 구조가 리그닌 함량이 낮은 목재보다 고품질 그래핀 생산에 더 적합함을 발견했습니다. 리그닌은 목재의 단단한 세포벽을 형성하는 복잡한 유기 고분자입니다.

예는 목재를 그래핀으로 전환하면 비폴리이미드 소재로부터 LIG 합성의 새 길을 연다고 말했습니다. "일부 애플리케이션, 예를 들어 3D 그래핀 프린팅에서 폴리이미드는 이상적 기판이 아닐 수 있습니다."라고 그는 말했습니다. "게다가 목재는 풍부하고 재생 가능합니다."

폴리이미드와 마찬가지로 이 과정은 표준 산업용 레이저로 상온, 상압, 불활성 아르곤 또는 수소 분위기에서 진행됩니다. 산소 없이 레이저 열은 소나무를 태우지 않고 표면을 목재 표면에 폼 결합된 주름진 그래핀 플레이크로 변환합니다. 레이저 파워 변경도 결과 LIG의 화학적 구성과 열 안정성을 변경합니다. 70% 파워에서 레이저는 최고 품질의 'P-LIG'를 생성했습니다. P는 '소나무(pine)'를 의미합니다.

연구실은 발견을 한 단계 더 나아가 P-LIG를 물 분해용 수소와 산소 생성 전극과 에너지 저장용 슈퍼커패시터로 전환했습니다. 전자의 경우 코발트와 인 또는 니켈과 철 층을 P-LIG에 증착해 내구성과 효과가 입증된 넓은 표면적의 전기촉매 쌍을 만들었습니다.

폴리아닐린을 P-LIG에 증착해 사용 가능한 성능 지표를 가진 에너지 저장 슈퍼커패시터로 만들었습니다. "탐구할 애플리케이션이 더 많습니다."라고 예는 말했습니다. "예를 들어 광합성을 위한 태양 에너지 통합에 P-LIG를 사용할 수 있습니다. 이 발견이 과학자들이 자연 자원을 더 나은 기능의 소재로 엔지니어링하는 방법을 생각하게 할 것이라 믿습니다." 이 과정은 생분해성 전자기기도 만들 것입니다.

공동 저자는 라이스 대학원생 지보 장과 일룬 리, 샤오 한(라이스 겸임, 베이징 베이항대 대학원생), 라이스 연구 과학자 카터 키트렐입니다. 투어는 화학과의 T.T.와 W.F. 차오 석좌교수이자 컴퓨터 과학, 재료 과학 및 나노공학 교수입니다.

공군 과학연구실 다학제 대학 연구 이니셔티브와 NSF 나노시스템 공학 연구센터 나노기술 기반 수처리 센터가 연구를 지원했습니다.

새로운 나노소재가 미래 전자 소자 제작 가능성 열어

시카고 대학교와 아르곤 국립연구소 연구자들이 나노소재를 패터닝하는 새로운 방법을 고안해 새로운 전자 소자 제작에 도움이 될 수 있습니다.

이 연구는 사이언스에 게재되었습니다( https://science.sciencemag.org/content/357/6349/385 참조). LED 디스플레이부터 휴대폰, 광검출기, 태양전지까지 모든 것에 이 소재들을 더 쉽게 사용할 수 있게 될 수 있습니다. 나노소재가 미래 소자로 유망하지만, 지금까지 이들을 복잡한 구조로 구축하는 방법은 제한적이고 소규모였습니다.

"이것은 양자점과 많은 다른 나노소재를 개념 증명 실험에서 우리가 사용할 수 있는 실제 기술로 이동시키는 데 필요한 단계입니다."라고 공동 저자 드미트리 탈라핀, 시카고 대학교 화학 교수 겸 아르곤 나노스케일 소재 센터 과학자는 성명에서 말했습니다. "우리의 지평을 정말 넓혀줍니다."

현대 컴퓨팅의 기초인 트랜지스터는 포토리소그래피라는 과정을 통해 수십억 개가 만들어지는 극히 작은 스위치입니다. 이 과정은 스마트폰을 보편적이고 저렴하게 만들었습니다. 유기 고분자 층에서 스텐실을 만들고 패턴된 '마스크'를 깔고 자외선으로 비춥니다. 새 소재를 위에 증착한 후 폴리머 스텐실을 들어내 패턴을 드러냅니다. 여러 번의 패터닝으로 소재 위에 미니어처 트랜지스터를 만듭니다.

포토리소그래피에는 한계가 있습니다. 몇 가지 소재만 이 방식으로 패터닝할 수 있습니다. 이 방법은 원래 실리콘용으로 개발되었지만 실리콘의 반세기 전자 제패가 끝나가면서 과학자들은 다음 소재를 찾고 있습니다. 관심 분야 중 하나는 나노소재—금속이나 반도체의 미세 결정입니다. 이 규모에서 독특하고 유용한 특성을 가질 수 있지만, 이들을 이용해 소자를 제조하는 것은 어려웠습니다.

DOLFIN이라는 새로운 기술은 다양한 나노소재를 직접 '잉크'로 만들어 폴리머 스텐실을 깔 필요를 우회하는 과정입니다. 탈라핀과 팀은 개별 입자에 화학 코팅을 설계했습니다. 이 코팅은 빛과 반응하므로 패턴된 마스크를 통해 빛을 비추면 빛이 아래 나노입자 층에 패턴을 직접 전사해 유용한 소자로 배선합니다.

"패턴 품질이 최첨단 기술로 만든 것과 비슷함을 발견했습니다."라고 주 저자 유안위안 왕, 시카고 대학교 박사후 연구원은 말했습니다. "반도체, 금속, 산화물, 자성 소재 등 전자 제조에 흔히 사용되는 광범위한 소재에 사용할 수 있습니다."

연구팀은 시카고 대학교 폴스키 기업가정신 혁신 센터와 함께 DOLFIN 기술 상용화를 추진 중입니다.

테크 프론트는 수석 편집자 패트릭 워진이악이 편집했습니다; pwaurzyniak@sme.org.