세라믹스계 나노콤포지트 재료의 현상과 전망

개요 이 글에서는 약 20년 전 일본에서부터 시작된 나노콤포지트 재료 설계 컨셉과 이 재료 설계를 구사해 개발된 혁신적인 기능의 신재료를 소개하며, 나노콤포지트 구조를 기반으로 한 고차기능조화재료의 연구와 앞으로 중요 분야인 분자·격자 레벨 복합 재료에 대해 언급하고자 한다. 서론 전 세계적으로 반드시 해결해야 되는 환경과 에너지 문제는 세라믹스 재료의 활용 없이는 해결할 수 없는 과제가 많으며, 그만큼 세라믹스 재료의 역할은 중요해졌다. 이같은 상황판단을 기본으로 이 글에서는 갈수록 중요해지고 있는 전기사업분야에서 세라믹스 재료, 특히 나노테크놀로지를 구사한 세라믹스 재료에 초점을 맞춰 이 분야의 최근 연구 개발 상황을 일부 산업화를 포함해서 소개하며, 마지막으로 필자들이 연구하고 있는 분자·격자 레벨의 복합재료 구조와 기능의 상관 관계에 대해 논한다． 21세기 엔지니어링 세라믹스 연구 개발의 기본 자세 <그림 1>은 21세기에 더욱 중요해진 공학 분야를 재료 공학에 중심을 둬서 나타낸 상관도이다. 이 그림에서 알 수 있듯이 재료 공학의 혁신적인 발전 없이는 지구 환경 문제와 에너지 문제를 해결하지 못한다는 걸 예측할 수 있다. 지구 환경 문제는 온실 효과 가스인 이산화탄소 가스 등에 기인하는 지구 온난화, 오존층 파괴, 산성비, 환경 호르몬 등 많이 있다. 이들 문제를 해결하는데 새로운 기능을 가진 세라믹스 재료의 개발이 필요하다는 것은 두 말할 필요가 없다. 에너지 문제에 관해서 크린에너지 창출 기술 개발, 화석 연료의 유효이용, 에너지절감, 원자력발전에 따른 모든 문제 등이 존재하지만, 이들 문제의 해결도 새로운 엔지니어링 세라믹스 재료의 개발 없이는 달성할 수 없다. 또한 에너지 문제 가운데 지구 환경 문제와도 연관지어 자원절감·에너지절감 기술 개발은 특히 중요하다고 생각되는데 이 문제에 관해서 일본은 과거 두 차례의 오일쇼크를 극복하였고 세계 최첨단 기술을 보유하고 있다는 점을 기억해 둘 필요가 있다. 또, 이 문제 해결에도 엔지니어링 세라믹스가 중요한 역할을 담당하고 있다.

이와 같이 21세기의 과학기술을 지배하는 공학 분야는 각각의 분야에서 혁신적인 발전이 요구되고 있으며 동시에 다른 공학과의 융합도 중요하므로 쌍방향의 발전이 요구된다. 이와 같이 미래예측에 대응해야하는 엔지니어링 세라믹스 재료의 발전 전략은 크게 다음과 같이 세 가지로 나누어 생각할 수 있다. ○ 첫째로 ‘세라믹스 재료의 구조와 기능을 근본적으로 재인식하여 원자와 분자 차원에서 구조 기능을 재구축하는 방향’이다. ○ 또 다른 방향은 ‘기존의 단일 기능 재료에서 우수한 복수의 기능을 동시에 발현하는 기능 조화 재료를 지향하는 방향’이다. ○ 또 세계적인 디지털 회사의 도래로 더욱 중요해진 사회 경제 글로벌리즘에 대응해 ‘재료·시스템 개발 전략 프로세스의 재인식’도 중요하다. ○ 미래의 ‘새로운 고성능·고기능 재료의 개발은 반드시 새로운 응용 분야로 연결된다’는 사고가 필요하다. 이 글의 주요 주제인 엔지니어링 세라믹스의 개발은 재료 개발에서 기본적인 연구 자세를 바꿔 산업응용 분야에서 출발해 재료·구조·기능, 가격, 투입할 수 있는 자본, 개발 기간 등을 명확히 하고 그에 따른 연구 개발 계획이 필요하다. 위의 3, 4번째에 나열한 Materials Integration적인 사고가 특히 중요하다. 또 필요한 경우에는 금속 재료, 고분자 재료, 반도체 재료의 요소를 망라해서 구조·기능·비용을 숙고해야 한다. 매크로·마이크로·나노·분자레벨에서 연구하는 자세가 필요하다는 것은 두 말할 필요가 없다. 새로운 재료 설계 지금까지 나열한 것을 기본으로 한다면 엔지니어링 세라믹스의 설계·개발 지침은 다음 세 가지 로 나눌 수 있다. ① 세라믹스 재료의 구조·기능을 원점부터 개질(改質)하는 재료 설계 ② 기능 조화 재료를 목표로 하는 재료 설계 ③ 획기적인 비용절감을 이룰 수 있는 프로세스 설계(개발자금·기간 등을 포함함) 이에 ①을 목표로 1986년부터 추진해온 나노콤포지트에 관한 연구 결과, 그 결과에서 도출된 ②의 과제에 관한 기능 조화 재료의 기본적인 재료 설계 방침, 그 방침에 근거해서 개발된 신규 세라믹스를 일부 소개한다. 1. 나노콤포지트 컨셉

나노콤포지트 재료는 <그림 2>에 표시된 것처럼 입내(粒內), 입계(粒界), 입계/입내 나노콤포지트 재료, 나노/나노콤포지트 재료로 분류할 수 있다. 마이크로매트릭스입자 내에 나노입자를 분산시킨 나노콤포지트재료<그림 1(A)>에서는 나노입자가 세라믹스의 경우와 금속입자의 경우로 그 조직 제어가 약간 다르다. 세라믹스 입자를 분산시킨 나노콤포지트 재료에서는 매트릭스와 분산상(分散相)과의 열팽창률, 탄성률, 포아손 비의 상위(相違)에 기인한 분산 입자의 내부와 주위에 발생하는 국소(局所)잔류(殘留)응력(應力)을 유효하게 이용한다. 예를 들어 분산상이 매트릭스상 보다 더 고온까지 단단한 경우는, 고온에서 소결(燒結)시킨 후 냉각 중에 이 국소잔류응력으로 매트릭스 내에 전위를 발생시켜 그것을 나노분산입자에서 피닝시켜 집결시킨다. 이로써 서브입자를 발생시켜, 마이크로매트릭스입자를 재분할할 수 있다. 이에 따라 파괴원(破壞原)이 현저하게 감소되어 강도가 향상된다. 동시에 결정립이 나노입자와 서브입계에서 재분할되기 때문에 이상 성장 입자가 존재하더라도 강도가 작아지거나 분산되는 확률은 낮아지게 되어 세라믹스의 신뢰성은 눈에 뜨게 향상된다. 또 소결(燒結)시에 발생한 불순물이 존재하는 입계의 영향이 작아지게 하거나 혹은 나노입자에 따라 입계 강화를 효율적으로 설계할 수 있기 때문에 파괴 모드를 변화시켜 고온까지 입내 파괴를 일으킬 수 있게 된다. 이것이 가능하게 되므로 재료의 고온특성을 현저하게 개선하면서 입내에 존재하는 나노입자에 의한 크랙 선단의 브리징과 편향을 유효하게 일으켜, 결정립 자신의 터프닝을 가능하게 하며, 세라믹스의 신뢰성을 근본적으로 개선할 수 있다. 또한 매트릭스와 분산립와의 열팽창률이 서로 다르다는 것을 잘 선정하면 크랙의 진전 시(파괴 중)에 미소한 크랙을 매트릭스의 결정립 내에서만 발생시킬 수 있게 되어, 이 기구에 의해서도 세라믹스의 인성(靭性)을 결정립 레벨에서 개선할 수 있게 된다. 또 고온에서 사용 시 매트릭스 내에 움직이는 전위의 이동을 분산 나노입자로 피닝시키는 일도 가능하게 됨으로 세라믹스의 고온 경도·강도·크립·피로 등을 현저하게 개선시킬 수 있다. <표 1>에 대표적인 세라믹스/세라믹스계 나노콤포지트의 역학적 기능개선 예를 표시한다. <표 1>의 특성 개선은 나노입자 크기가 50-100nm에서는 3-5vol%로 실현할 수 있지만, 나노입자 크기가 20nm이하가 되면 특성 개선에 필요한 분산량은 0.1%이하로 된다. 또 미크론레벨의 복합재료의 경우, 복합화에 의한 특성개선에는 15-20vol%의 제2상 분산이 필요하다. 한편 세라믹스의 우수한 특성을 살리면서 이에 금속을 나노레벨에서 복합화시킨 세라믹스/금속나노콤포지트 재료에는 금속이 갖는 다양한 특성을 부여한다. 또 나노크기의 금속입자에 따른 세라믹스를 조직 제어하는 것으로, 고기능성 세라믹스/금속 나노콤포지트 재료를 얻을 수 있다. 또 기존의 세라믹스/금속계 복합재료는 세라믹스와 금속 계면에서의 반응과 구조 제어와 관계가 있으며, 조합 가능한 계가 한정되어 있지만 세라믹스/금속나노콤포지트 재료는 다양하며 새로운 계로의 전개가 가능하다. <표 2>에 대표적인 세라믹스/금속계 나노콤포지트의 역학적 기능 개선의 예를 표시한다.

<그림 3>에 대표적인 나노콤포지트의 구조로 Al2O3/Y2O3계의 소결조제를 첨가해서 제작한 Si3N4/SiC입내/입계 혼합형 나노콤포지트 재료의 고분해능 전자현미경 사진을 표시한다. 이 고분해능 전자현미경 사진은 미크론레벨의 Si3N4 결정립 중에 약 20nm의 SiC 나노입자가 균일하게 분산되어 있는 모양을 취한다. 이 타입의 복합화에 의한 특성 향상은 <표 1>에 표시한 것처럼 Al2O3/Sic를 예로 들면 5vol%의 나노 SiC 입자의 분산이며, 강도가 약 5배, 최고 사용 온도가 400℃, 크립 저항을 3-4항이나 개선할 수 있으며, 고온까지 입내 파괴를 유도해서 입내(粒內)고인화(高靭化)를 가능하게 한다. 또 매트릭스 혹은 분산상(分散相) 공동으로 나노메타 크기의 조직, 즉 <그림 2>의 (D)가 실현되면 지금까지의 세라믹스 특성과는 다른 재료, 예를 들어 <그림 4>에 표시된 금속과 같은 초소성(超塑性) 변형(變形) 재료를 만들 수 있다.

또 이런 나노콤포지트 구조는 전자세라믹스와 금속·폴리머 재료로도 실현할 수 있다는 점에 주목해야 한다. 2. 고차(高次)기능(機能)조화형(調和型) 재료로의 전개 지금까지의 세라믹스계 재료 설계는 우수한 단일 기능을 새롭게 개선하는 방향으로 연구가 진행되어 왔다. 그러나 현재 인류가 직면하고 있는 에너지 문제와 지구환경문제를 돌파하기 위해서는 종래의 단일 기능형에서 복수의 우수한 기능을 동시에 발현하는 기능조화형으로 전환할 필요가 있다. 기능조화형 재료, 다시 말해 수준 높은 기능이 조화된 재료의 설계개발은 나노콤포지트 컨셉의 전개로 가능하게 된다. (1) 나노콤포지트 재료로는 극미량의 분산 나노입자(나노입자 크기가 50~100nm에서는 3~5vol%, 나노입자 크기가 20nm이하로는 1vol% 이하)이며, 각종 역학적 기능의 대폭적로 전개가 가능하다. (2) 이 나노입자에 의한 역학적 특성 개선은 나노입자의 종류에 상관없이 가능하다. 다시 말해 종래의 상식을 뛰어 넘어 유연하고 약한 분산상(分散相)에 의한 역학적 특성의 개선이 가능하다. (3) 입계·입내에 분산된 나노입자는 매트릭스의 종류에 상관없이 정합성이 뛰어난 계면구조를 형성하는 기능이 뛰어나다. 다시 말해, 나노콤포지트 재료는 코팅재료로 위력을 발휘한다. (4) 나노콤포지트 구조는 전자세라믹스 등의 각종 기능재료로의 전개가 가능하며, 역학적 기능과 전기·자기·광학적 기능의 동시 개선을 가능하게 한다. (5) 분산된 나노입자에 의존하는 전기적, 자기적 기능의 부여가 매트릭스의 역학적 기능을, 역학적 특성을 새롭게 개선해 가면서 부여할 수 있다. 예를 들어 각종 센싱 기능을 갖고 있는 고강도 세라믹스 등의 설계가 가능하다. (6) 입계에 존재하는 상과 그 구조 제어에 따라, 즉 입계의 나노 구조 제어 배열에 나노콤포지트화로 신기능을 부여할 수 있다. (7) 위의 (2)와 관계가 있는 나노콤포지트 구조로는 기공에 의한 역학적 특성 개선이 가능한 경우가 있다. 이 점은 고강도이며 초경량의 새로운 기능을 갖는 다공체(多孔體)의 설계가 가능하다는 점을 의미한다. (8) 나노콤포지트 구조는 금속 재료와 고분자 재료로 전개가 가능하다. (9) 나노콤포지트 구조는 분자, 격자 레벨 복합 재료로 전개가 가능하다. 15년 이상 세라믹스계 나노콤포지트와 관련된 연구에서 얻어진 위의 정보를 따라 이 글의 필자들은 다음과 같은 연구 과제에 몰두하고 있다. (1) 세라믹스 파괴 역학, 강인화(强靭化)기구, 특성 평가 및 미세 구조 해석 (2) 세라믹스의 새로운 프로세스 개발 (3) 입계의 나노 구조 제어 프로세스 개발 (4) 세라믹스계 나노 복합 재료의 설계 컨셉 구축·창제(創製)·기능 해명 (Al2O3/SiC, Si3N4/SiC, MgO/SiC, ZrO2/AlO3 등) (5) 마이크로/나노하이브리드화에 의한 초강도·초인성 세라믹스 개발<그림 5>(Si3N4/SiC/장섬 유, 쌍방향 나노복합화(Al2O3/Ce-ZrO2), 나노콤포지트 적층재료 등) (6) 고차기능조화형 세라믹스 기 나노콤포지트 재료의 개발 (우수한 역학적 기능을 잃지 않고 금속과 같은 기계가공성, 초소성(超塑性)변형능(變形能), 전기전도성, 생체적합성 등의 기능 부여가 가능하다) (고강도이며 공구로 이용 가능한 Si3N4/BN, SiC/BN, AlN/BN, 이온 전도성 Si3N4, 전자전도성 AlN 등) (7) 나노 구조 제어에 의한 기능성 세라믹스의 고차기능조화 (BaTiO3계, ‘PZT계, Pb프리계’ 압전체계 나노콤포지트 등) (8) 세라믹스/금속계 고차기능조화형 나노 복합재료의 설계와 개발 (강도개선과 함께 파괴(응력) 센싱 기능을 부여한 고차기능조화재료) (9) 유기/무기 나노콤포지트 재료의 설계와 고차기능화 (인간의 손가락과 같은 기능을 갖고 있는 감촉 센서 등) (10) 분자, 격자 레벨 복합 재료 개발 3. 고차기능 조화 엔지니어링 세라믹 개발 위에서 소개한 연구 과제와 재료계는 엔지니어링 세라믹스의 범주에 속하지 않는 것도 포함하고 있지만, 이들 연구는 나노콤포지트의 가능성 때문에 나노콤포지트 구조와 전개에 관련이 있다고 말할 수 있다. 연구에서 얻어진 새로운 기능을 갖고 있는 엔지니어링 세라믹스의 예를 몇 가지 소개한다.

(1) 장섬유(長纖維) 강화 Sialon/SiC 나노콤포지트 재료 새롭게 개발한 Sialon/Sic 나노복합재료를다시 마이크로 장섬유로 강화하는 마이크로/나노하이브리드화(<그림 5>참조)로 초경(超硬)재료에 필적하는 초인성(超靭性)과 1000MPa이상의 초강도와 우수한 고온 특성이 조화된 재료를 개발했다. 이 재료로 제조된 가스터빈 부품<그림 6>은 1500℃까지 사용할 수 있다. (2) ZrO2/Mo, ZrO2(CeO2)/Al2O3계 쌍방향 나노 콤포지트 ZrO2/MoRp에서 미크론 크기인 ZrO2 입내에 나노 크기의 Mo 또는 동시에 미크론 크기의 Mo입내에 나노 크기의 ZrO2가 분산된 쌍방향 나노 복합 재료의 설계 개발에 성공했다. 이 새로운 재료는 초경 재료에 필적하는 강도와 인성을 갖고 있다. 똑같은 구조의 신재료는 CeO2이며 정방정(正方晶)을 안정화한 ZrO2(CeO2)와 Al2O3계에 있어서도 개발에 성공했으며, 이 신재료는 <그림 7>에 보여는 것처럼 최초 프로용 절단력이 면도칼로 실용화되었다. 최근에는 인공치아재료로도 이용되고 있다.

(3) Si3N4/BN, SiC/BN, AlN/BN, Al2O3/BN계 나노콤포지트 Si3N4분말 표면에 용액법에 따라 난층(亂層)구조를 갖는 BN을 피복하는 프로세스를 개발해서 그것을 출발 원료로 Si3N4/BN 나노복합 재료의 제작에 성공했다. BN은 Si3N4에 비해 1/5 이하의 영률, 1/10이하의 단단함과 강도를 갖고 있는 재료이다. 따라서 Si3N4에 BN을 분산시키면 강도는 저하되며 열팽창도 커질 것으로 예측된다. 그러나 이 나노복합재료로는 ① 강도 낮은 BN을 분산시켜도 강도의 감소는 없으며, 통상적인 복합재료와는 반대로 강도가 약 1.3배 증가하며, ② 열팽창이 큰 BN을 분산시키더라도 열팽창이 증가하지 않으며 역으로 감소한다. ③ 그러나 영률과 경도는 종래의 복합 측에 따라 감소한다는 점이 명확해졌다. 이상의 특성변화는 Si3N4세라믹스에 비약적으로 개선된 열충격 특성을 부여하면 예상할 수 있으며 그 평가를 실시했다. 그 결과, 예상대로 1600℃의 고온에서 수중에 투하하는 심한 열충격에도 견디어 내는 초재료로 변신한다는 점이 판명되었다. 이 계에서 찾아낸 최대의 발견은 <그림 8>에 보이는 것처럼 이 재료가 금속과 같은 기계 가공성을 갖고 있다는 점이다. 또 이 계의 나노콤포지트 재료는 고온강도에 우수하며, 용액금속에도 뛰어난 내식성을 갖고 있다는 것이 밝혀졌다. 즉, 이 계의 나노복합재료는 고강도·뛰어난 고온강도·탁월한 내열충격저항·내식성·쾌삭(快削)특성을 동시에 발견하는 종래에는 없는 새로운 기능조화재료라고 말할 수 있다. 이와 같은 연구결과는 SiC/BN, AlN/BN, Al2O3/BN 등의 계에서도 얻어지며, 이런 재료설계는 종래에는 없는 것으로 앞으로 여러 분야에 걸쳐 응용전개가 기대된다. (4) Al2O3/Ni, Al2O3/Fe, ZrO2/Co계 등에 있어서 나노콤포지트재료 산화물 세라믹스에 강자성인 Ni, Fe, Co 등의 금속을 나노 크기로 분산시키는 새로운 프로세스를 발견, 이에 따라 산화물 세라믹스에 우수한 기계적 성능, 예를 들어 강도를 2배나 개선시키며 (<그림 2>참조), 동시에 벌크 금속보다 우수한 강자성 특성을 부여하는 것에 성공, 또 이 새로운 재료가 외부로부터의 응력을 검출하는 기능을 갖고 있다는 것이 밝혀졌다. (5) MgO/BaTiO3, MgO/PZT 나노콤포지트 MgO에 강유전체의 유연하면서 강도가 낮은 BaTiO3, PZT를 분산시켜서 고강도화를 달성함으로써 동시에 응력과 파괴의 센싱기능을 부 여할 수 있다는 것을 알아냈다. (6) 전기전도성 Si3N4, MgO, ZrO2, AlN계 나노콤포지트 입계에 이온 전도성 및 전자전도성 세라믹스를 재치시킨 나노콤포지트를 개발하여(<그림 9>참조), 이 재료가 우수한 역학적 기능을 잃지 않고 우수한 이온전도성과 전자전도성을 나타낸다는 것을 명확히 했다<표 3>. (7) 기타 이상 소개한 것 이외에 Al2O3, ZrO2, Si3N4계의 나노/나노콤포지트화에 의한 초소성변형기능 부여, 입계 나노구조제어에 의한 질화(窒化)계소로의 투명성 부여, 금속간 화합물의 나노콤포지트화에 의한 기능개선, 산화물세라믹스 적층 재료의 나노콤포지트화에 의한 역학적 기능과 열전기능의 동시 개선, 우수한 역학적 기능을 갖는 고분자계 나노콤포지트의 개발, 유기/무기계난의 콤포지트 감촉센서 설계·개발, 등의 연구도 수행되고 있으며 몇 가지는 이미 성공했다.

나노에서 분자레벨의 재료설계로 나노레벨의 구조제어, 특히 나노입자를 분산시킨 나노콤포지트에 관해 기본적인 사고, 그 전개에 따른 고차기능 조화재료의 완성에 관해 이야기했다. 이들 연구는 이미 약 10년 연속해서 많은 성공을 거두었고 일부 재료에 관해서는 이미 말한 것처럼 실용화에 성공했다. 다음에는 최근 몇 년 동안 흥미를 갖고 연구해오고 있는 분자레벨의 구조제어에 의한 새로운 기능재료, 즉 계면을 원자레벨에서 조성 경사시킨 계면조성경사 나노복합재료, 코어/셀형 나노복합재료, 단위격자 내에 다른 기능을 갖고 있는 물질을 층상으로 조합한 층상 라테이스 복합재료에 관해 최근의 연구 가운데 일부를 이들 구조가 가까운 미래에 엔지니어링세라믹스로 발전할 가능성이 있기 때문에 여기에 소개한다. 1. 계면 조성 경사 나노복합재료 기존의 복합재료로는 분산상과 매트릭스 사이에서 화학반응이 일어나는 것을 최대한 피했다. 그러나 대부분의 경우, 기능향상과 신기능의 부여 때문에 분산되는 제2상의 선택은 현저히 제한된다. 그렇기 때문에 양상이 반응하는 계를 선택해서, 계면구조를 의식적으로 제어한다는 것을 시험했다. 그 결과, Al2O3/Si3N4 등의 복합계에서 계면조성과 구조가 원자레벨에서 경사기능화된 나노콤포지트 재료를 만들었다. 또 이 재료에서는 반응·고용(固溶)·석출(析出)프로세스를 제어함으로써 출발분말로는 약 300nm의 Si3N4의 입자경을 30nm이하로 제어하는데 성공했다. 이 경사조성화에 따라 계면강도의 개선과 균일한 나노입자의 분산에 기인해서 극미량(0.5vol% 이하)의 제2상의 분산으로 강도와 온도에 있어서 크립저항을 몇 배에서 몇 항도 개선시킬 수 있었다. 2. 코어/셀형 나노복합구조 유사한 구조를 갖고 있는 물질이 고용체(固溶體)를 형성한다는 것은 잘 알려져 있다. 이 고용현상을 이용해서 코어/셀형 나노복합재료를 만드는 연구를 하고 있다. 이 재료설계의 기본적인 생각은 고용상태가 평행으로 이뤄지지 전에 비평형 형태를 급냉함으로써 실현시키는 데 있다. 예를 들어 Al2O3와 Cr2O3가 고용된다는 것은 잘 알려져 있다. 따라서 미세한 Al2O3분말 상에 전체 양에서 1vol% 이하의 Cr2O3를 균일하게 피복해서 그것을 고온으로 가열하면 Al2O3 분말 표면에서 Cr+3과 Al+3의 전환반응이 일어난다. 이 고용현상을 도중에 멈추고 급냉시키면 소결체를 형성하고 있는 결정립의 내부는 Al2O3에서 표면근방이 Al2O3/Cr2O3 고용층이 되는 코어/셀 구조를 실현할 수 있다. 이 고용층(셀)의 두께는 가열온도와 시간을 바꿈으로써 제어할 수 있으며, 또 셀과 코어의 계면에 전위를 집적시킬 수도 있다. 상세한 구조의 해명에는 성공하지 못했지만 이런 구조를 달성함으로써 강도 등의 역학적인 특성이 대폭 향상된다는 것을 밝혀냈다. 3. 모레큐러/클러스터 복합재료 나노복합화 기술을 다시 전개하는 것을 목적으로 매트릭스 내에 분자 레벨의 클러스터가 분산된 복합재료의 창성에 관련한 기초연구도 이뤄지고 있다. 이 연구에 따라 나노복합재료에 관한 연구성과를 유기적으로 연결지은 나노/클러스터 복합재료를 설계하는 게 가능해졌다. 예를 들어 극미량의 Cr2O3를 Al2O3에 첨가, 고용시켜 창생한 클러스터 복합재료(Al2O3 격자 중의 클러스터(AlO)+6의 일부를 (CrO)+6에서 전환시킨 복합재료)는 약 0.4vol%의 Cr2O3의 첨가로 파괴강도가 2배 이상 향상되었다는 것을 알았다. 현재 이 새로운 재료설계를 각종 전자세라믹스로 발전시키는 기초 연구를 계속하고 있다. 또 동시에 초격자 구조를 제어함으로써 단위격자 내에 다른 기능을 갖는 물질, 예를 들어 절연상과 유전체상을 조합한 분자복합재료를 장래의 소결법으로 창성하는 연구를 진행 중이다. 4. 나노금속포함 플라렌 분산 나노콤포지트 재료 Al2O3/NiO/Sic 혼합분말에서 소결법에 의해 Al2O3/Ni 나노입자/Ni3Si 나노 입자 포함 플라렌계의 복합재료를 창제하는 데 성공했다. 현재 이 새로운 특이한 구조를 갖는 ‘Al2O3/Ni나노입자/Ni3Si 금속간 화합물 나노입자 포함시킨 플라렌계의 복합소결체’가 어떤 신기능을 보일지는 확실치 않다. 그러나 이 재료는 다공체이면서 강도와 인성에서 대폭적인 개선이 구현된다는 점은 확신할 수 있다. 이 재료의 특징은 그 프로세스에 있으며, Ni3Si 나노입자 포함 플라렌은 소결 프로세스에서 In-situ에 생성한다. 5. 그 외 이상 소개한 것 이외에 화학 프로세스에 의한 산화물계 나노튜브의 제조, 금속/반도체 계 나노입자의 창성과 광학소자로의 응용, 나노코팅프로세스 개발, 초상자성계 나노재료개발과 자기냉동으로의 응용, 나노/클러스터 매체재료와 자기냉동으로의 응용, 나노/클러스터 매체재료의 개발, 나노열전소자개발 등에 관한 연구도 계속하여 흥미있는 성과를 얻기 시작했다.