김성륜 KIST 박사팀, 우수 고방열 복합소재 제조 기술 만들어

(왼쪽부터) 김성륜 박사와 길명섭 교수.<사진=KIST 제공>
(왼쪽부터) 김성륜 박사와 길명섭 교수.<사진=KIST 제공>
가격이 저렴한 고품질 고방열 플라스틱 제조기술이 개발됐다.

KIST(한국과학기술연구원·원장 이병권)는 김성륜 전북분원 복합소재기술연구소 박사팀이 자체 개발한 유도 결합형 플라즈마를 이용해 결함 발생이나 표면 특성 변화 없이 흑연의 팽창구조를 제어해 우수한 고방열 복합소재를 제조하는 기술을 개발했다고 24일 밝혔다. 이번 연구는 길명섭 전북대학교 유기소재파이버공학과 교수팀과 공동연구한 결과다.

팽창흑연은 열전도 특성이 우수하다고 알려진 탄소소재 중 저렴한 가격과 복합소재 방열 특성을 효율적으로 향상시킨다고 알려져있다. 특히 복합소재의 열전도도를 효율적으로 향상시키는 장점이 있으며, 최근 경량 고방열 플라스틱 제조를 위해 첨가하는 열전도성 충전재(filler)로써 재 주목받고 있다. 

김성륜 박사팀은 이러한 팽창흑연을 자체 개발한 유도 결합형 플라즈마를 이용해 결함 및 표면 특성 변화를 최소화하면서도 팽창 정도를 제어하고 고속으로 제조할 수 있는 기술개발에 성공했다. 

먼저 유도 결합형 플라즈마의 처리 온도를 높일수록 팽창흑연의 팽창율이 증가하고, 가장 크게 팽창된 흑연을 혼입한 고방열 플라스틱의 열전도도가 사용된 플라스틱의 열전도도에 비해 최대 약 58배, 팽창되지 않은 흑연을 혼입한 플라스틱의 열전도도에 비해 최대 약 5.7배 향상되는 것을 규명했다.

김성륜, 이헌수 박사팀은 결함의 발생이나 표면 특성 변화없이 고속으로 흑연의 팽창구조를 제어하기 위해 유도 결합형 플라즈마를 직접 설계 및 제작했다.<사진=KIST 제공>
김성륜, 이헌수 박사팀은 결함의 발생이나 표면 특성 변화없이 고속으로 흑연의 팽창구조를 제어하기 위해 유도 결합형 플라즈마를 직접 설계 및 제작했다.<사진=KIST 제공>
특히 연구진이 직접 설계 및 제작한 유도 결합형 플라즈마가 결함 발생이나 표면 특성 변화를 최소화 하면서도 시스템의 가스 온도를 제어함으로써 흑연의 팽창구조를 자유롭게 제어할 수 있다는 것을 발견했다.

연구진은 이 같은 특성을 통해 기존 열처리 공정에 비해 팽창처리시간 단축 및 고속화와 자동화 연속 공정 개발의 가능성을 기대했다. 더불어 고방열 소재 세계 시장규모가 2025년 8조6680억원으로 예측되는 만큼 경량 자동차 방열부품과 전재자료 등에 확대 적용할 수 있을 것으로 예상했다.

김 박사는 "최근 고방열 플라스틱의 열전도성 필러로 탄소소재에 대한 관심이 높아지고 있다. 이번 성과를 활용하면 가격이 저렴하고 고품질의 고방열 플라스틱 제조할 수 있을 것"이라며 "학술적으로도 최근 이슈가 되고 있는 소재에 일어나는 열전도특성의 이상적인 변화(thermal percolation) 거동의 발견과 원인 규명에 중요한 연구가 될 것"이라고 말했다.

연구결과는 탄소 소재분야 학술지 카본에 지난 14일자 온라인판에 게재됐다.
 

용어설명

유도 결합형 플라즈마 : 고주파 코일의 축을 따라 혼합물을 흘려 전자적으로 플라즈마 상태를 생성시킨 광원

고방열 플라스틱 열전도성 필러 : 플라스틱의 열전도도를 향상시키기 위해서는 열전도도가 우수한 금속 혹은 세라믹을 혼합하는 방법을 사용하는데, 열전도도가 향상된 플라스틱을 고방열 플라스틱 및 이를 위해 혼입된 소재를 열전도성 필러라고 한다.
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