[e테크]지능물질(Smart Materials)-응용분야

지능물질의 응용분야는 크게 자동차 부품, 과학기술장비, 산업 응용제품, 항공 및 군용제품, 의료장비, 전자제품 등 광범위하며 이를 다시 세분하면 다음과 같다.

　

◇자동차 부품=자동차 분야는 지능물질에 대한 대량 소요가 발생할 수 있는 분야다. 그러나 이 시장은 가격경쟁이 매우 심하다. 지능물질은 자동차에서 여러가지 편의성을 제공해 줄 수 있지만 단기적으로 볼 때 아직 적용하기에는 미흡한 기술도 있다. 자동차용 부품은 높은 온도, 먼지, 기름, 연료, 습기, 진동 등에 노출돼도 견딜 수 있어야 한다. 이 물질을 사용할 수 있는 자동차 부품은 후면거울, 창문, 소형 모터, 진동 및 소음 감지장치, 차대버팀장치 및 안정감 제어, 수압조절기 등이다.

　

△후면거울 및 창문=뒤따라오는 자동차의 전조등에 반응하여 자동적으로 꺼지는 전자크롬 거울이 고급 승용차에서는 인기가 높다. 수요가 급증, 현재 연간 900만개가 판매되고 있다. 이 거울이 중저가 승용차에도 채택되려면 가격을 낮추지 않으면 안된다. 승용차에 유리를 많이 사용함으로써 내부 태양열을 제어하는 일이 중요한 문제로 대두되었다. 이 문제를 해결하기 위한 전자크롬 창문을 개발하고 있으나 아직 실용성이나 가격이 맞지 않는다. 전자크롬 창문은 에어컨을 가동하기 위해 많은 에너지를 사용해야 하는 전기 자동차에 특히 유용할 것이다.

　

△소형 모터 대체=자동차는 현재 거울, 좌석, 머리받침대, 라디오 안테나, 창문, 잠금장치, 앞 유리 닦는 솔 등을 움직이기 위해 케이블 작동체나 소형 전자 모터 또는 다른 저전력기계를 사용한다. 지능 물질로 만든 작동체와 초음파 모터가 이들 중 여러가지 기능을 수행할 수 있지만 그 가격을 아주 싸게 하든가 아니면 고급스러운 기능을 탑재해야 한다. 일본의 도요타사가 자사 고급 승용차 운전대에 압력파 모터를 탑재하기 시작했다.

　

△진동 및 소음 감지 및 제어=승용차 구매자들은 차가 미끄러지듯 조용히 운행되기를 바란다. 기술적인 측면에서 볼 때 진동은 부품의 마모와 노후를 촉진시킨다. 또 소음과 진동은 운전자의 집중력을 떨어트리고 피로를 느끼게 한다. 현재 자동차들은 수동적인 방법으로 소음과 진동을 제어하고 있고 엔진노크상태를 감지하는 압전 센서가 유일한 진동을 감지하는 장치다. 지능물질 개발업체들이 다양한 능동 소음제어, 진동 감지 또는 감소장치를 자동차업계에 제안했거나 실험을 마쳤다.

　

△차대버팀장치 및 안정감 제어=자동차업계에서는 다양한 조건 아래서도 안정적으로 운행할 수 있게 해 줄 수 있는 능동적 차대버팀장치를 개발해 왔다. 그 일환으로 일부업체들이 전자유동 액체나 자기유동 액체를 사용해 실험단계의 능동 버팀장치를 개발했으나 이의 상용화는 앞으로 여러 해 더 있어야 할 것이다. 여기에서 소비전력, 수명, 미립자 고정, 극한 온도에 대한 내성 등의 부분이 아직 미진한 상태다. 하지만 지능물질 기술을 혼합한 시스템은 가까운 장래에 상용화할 것으로 보인다. 이 부분에서는 이미 다임러크라이슬러사가 주목할 만한 압전 변환기를 사용한 방향 안정장치를 개발, 사용하고 있다. 8개의 압전 변환기를 채택한 이 장치는 자동차를 급격히 조작하거나 미끄러져도 방향을 유지하는 역할을 한다.

　

◇과학기술장비=기술장비 부문에서는 아직 대량 수요가 발생하지 않고 있으나 중요한 부문으로 떠오르고 있다. 일반적으로 과학자들은 정밀성과 청결성을 추구한다. 이러한 점에서 이 부문에서도 지능물질에 대한 수요가 일어날 것으로 보인다.

　

△정밀 동작 및 위치설정=압전기 및 자기변형 작동체는 많은 응용 제품에서 위치를 정밀하게 설정하게 해준다. 이 때문에 과학자들은 스캐닝 현미경이나 관련기구를 가지고 위치를 탐색할 때 압전 변환기를 사용한다. 이밖에 여러가지 다른 광학 응용 제품에서도 정밀 세팅이나 위치를 설정할 때 이를 사용하는데 지능 물질은 1미크론(㎛) 이하 수준의 정밀조정을 가능하게 해 준다. 또 지능물질 작동체는 정밀 장치가 진동의 영향을 받지 않게 하는 데도 사용된다.

　

△광학장비=천체망원경과 같은 광학시스템의 위치나 각도 등의 정밀조정에 지능물질이 사용된다. 이러한 시스템에는 천체의 이미지가 왜곡되지 않도록 압전기 작동체가 사용된다. 복잡한 빛을 조정할 경우에는 효과적인 폴리머 광굴절 물질을 사용하면 비용을 절감할 수 있다. 또한 정밀 광학 제품을 광택하는데 자기 액체를 사용한다.

　

△음향 시스템=압전기 및 자기변형 물질은 초음파나 수중음파의 탐지, 지진 연구 및 비파괴실험 등에 사용된다. 초음파화학은 아직 미개척 분야지만 과학자들은 초음파로 일으킨 액체안의 작은 방울(空洞)이 터질 때 수천도(또는 수만도)의 고온과 500기압의 압력을 발생시킨다는 것을 발견했다. 또 특정 조건에서는 이들 방울이 터질 때 50피코초 정도 지속되는 빛을 발하는 데 이것은 구경(口徑) 검사기 및 형광체 연구에 이용될 수 있을 것이다.

　

◇산업용 제품=지능물질이 산업제품에 사용될 수 있는 분야는 거의 무한대라 할 수 있다. 하지만 새로운 지능물질을 산업부문에 적용하려면 미리 계획을 세워 추진해야 한다. 지능물질 제품은 단순히 기존 제품을 대체하기보다는 어느 기업이나 분야에서 시스템을 교환하려고 할 때 이를 채택할 수 있는 기회가 생길 것이다. 산업장비들은 생산품질의 일관성을 확보하기 위해 기계적으로 경직된 세팅을 하기 때문에 단 하나의 요소라도 변동사항이 발생하면 이를 수정할 수 없었다. 그러나 지능물질은 이러한 수정을 가능하게 해준다. 지능물질은 하나의 대안으로 수정사항을 단순화하고 소형화하거나 장비의 위치를 옮기는 대신 형체를 변경할 수 있게 해준다.

　지능물질을 사용할 수 있는 산업용 장비는 공작기계, 산업용 기계, 화학처리 장비, 로봇, 소음제어기, 비파괴 실험 및 평가장비, 유압시스템 등이다.

　

◇의료장비=주로 새로운 기술의 고가, 고성능 의료장비에 지능물질을 사용하는데 의료 분야는 매우 중요한 시장이다. 진료 이미지 처리 및 감시장치에는 압전물질 제품이 사용되고 있으며 내시경, 관절경 등과 같은 최소 침습성 장치 및 정형외과 수술과 인체 약품투입 장치 등에 형상기억 물질이 주로 사용된다.

　

◇소비제품=각종 소비제품에 지능물질이 사용되고 있으나 대부분의 사용자들은 그 사실을 모르고 있다. 다만 안경테에 형체기억 물질이 사용되고 있다는 것은 잘 알려진 일이다. 지능물질은 가정 보안 시스템, 자동조명 스위치 등에 사용되고 있으며 특히 압전물질은 버저, 스피커, 마이크, 박막스위치, 악기 등에 사용된다. 이밖에 스포츠용품, 장난감, 장신구에도 사용될 수 있다.

　

◇전자 응용제품=집적회로를 제외한 일부 전자회로와 전자광 시스템에는 기계적 기능을 갖는 부품이 내장돼 있다. 지능물질은 소형화와 단순화가 가능하고 또 신뢰성과 효율성이 높기 때문에 이들 시스템과 통합하는 데 적합하다. 지능물질의 이런 특성은 궁극적인 전자 및 기계적 기능의 통합체인 마이크로전자기계시스템(MEMS)에 유용할 뿐 아니라 집적회로의 특정 용도에도 사용할 수 있을 것이다.

　

지능물질은 이밖에 항공 우주, 군사, 오락 및 광고, 사무기기분야 등에 사용된다.