▲ 다양한 평판 크기와 두께의 플레이크 그래핀.

국내연구진이 두껍고 평판이 넓은 플레이크 그래핀이 뛰어난 열 전도율과 방열특성을 가진다는 것을 구명했다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 8일 전북분원(분원장 김준경) 복합소재기술연구소 김성륜 박사팀이 마이크로 메카닉스 이론에 기초해 그래핀의 형태학적 구조와 복합소재 연전도도 간의 관계를 구명하면서 플레이크 그래핀이 방열 복합소재에 적합하다고 밝혔다.

그래핀을 다양한 전자기기로에 적용과 방열복합소재로의 관심은 증폭하고 있지만 그래핀 구조와 방열복합소재의 열전도도의 관계가 명확하게 규명되지 않아 상용화에 어려움이 있었다.

이에 연구팀은 그래핀의 표면 화학적 특성, 결함수준 및 분산 인자들의 복합소재 열전도도에 미치는 영향을 최소화하여 통제하면서 평판 크기와 두께가 다른 다양한 그래핀을 이용하여 용융혼합법에 의해 복합소재를 제조하였다

연구팀은 미세단층촬영 (Micro X-ray CT)을 이용하여 플레이크 그래핀 기반 방열복합소재 내부의 3차원적 구조 및 분산을 확인했다.

또한, 열적외선 카메라를 이용하여 방열복합소재의 실제 방열 특성을 평가해본 결과, 평판 사이즈 및 두께가 큰 그래핀을 적용한 방열복합소재의 열전도도 및 방열특성이 가장 우수함을 발견하였다.

플레이크 그래핀의 형태학적 구조는 그래핀 기반 방열복합소재의 열전도도 및 방열 특성을 결정하는 매우 중추적인 역할을 한다는 것을 밝혀냈다.

기판이 필요하지 않은 파우더 형태로 대량생산이 가능한 소재인 플레이크 그래핀은 기판 형태로 제작되는 소량 고품질 소재인 CVD 그래핀에 비해 방열 복합소재의 소재 부가가치뿐만 아니라 응용분야 제품 단가 절감의 유리한 점이 있다.

본 연구팀은 그래핀 기반 방열복합소재의 효율적인 디자인 및 제조를 위해서 그래핀 평판 사이즈 및 두께와 방열복합소재 열전도도의 관계를 규명해 낸 것에 큰 의의를 두고 있다.

KIST 김성륜 박사는 “플레이크 그래핀 구조에 따른 효율적인 방열복합소재 디자인 및 제조 최적화로 그래핀 상용화를 앞당길 수 있다”고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 미래창조과학부 지원으로 KIST 기관고유연구사업으로 수행되었으며, 중소기업 융복합기술개발 사업 및 산업통상자원부의 WPM(World Premier Materials) 사업에서 진행되었다. 연구 결과는 사이언티픽 리포트 5월25일자로 온라인 게재되었다.