“소재강국 목표, 핵심소재 개발·기업 지원 앞장”

▲ 이정환 재료연구소 소장

■ 재료연구소에 대한 소개를 부탁드린다

재료연구소는 소재기술 관련 연구개발, 시험평가, 기술지원 등을 종합적으로 수행해 산업발전에 기여하기 위해 설립된 정부출연연구기관이다.

1976년 12월 ‘한국기계금속시험연구소’를 시작으로 1981년 1월 창원에 기계·재료 분야 연구를 하는 ‘한국기계연구소’로 재출범했다.

1990년대 들어 ‘정부출연연구기관 기능 재정립 및 운영효율화 방안’에 따라 1992년에 ‘한국기계연구원’으로 승격되면서, 기계분야를 중심으로 한 본원은 대덕연구단지로 이전하고, 창원은 재료분야를 중심으로 분원으로 운영됐다.

이후 지역균형 발전과 동남권 산업체 지원을 위한 지역단체들의 요청 등을 수렴해 창원 분원의 부설화를 정부에 건의했고, 2005년 산업기술연구회 임시이사회에서 ‘전략진단위원회’가 독립을 전제로 조기에 부설 연구소로 추진하고, 운영결과를 보고하는 등 여러 노력 끝에 2007년 4월27일 이사회를 거쳐 ‘한국기계연구원 부설 재료연구소’로 설립돼 지금에 이르고 있다.

올해는 재료연구소가 부설화된지 12년이 되는 해다. 지난 기간 동안 재료연구소가 이루어 낸 연구성과는 ‘소재’에 관심을 가져주시고 사랑해주시는 ‘신소재경제신문’ 독자 여러분들의 따뜻한 관심과 지속적인 성원에서 비롯됐다고 생각하고 있다. 진심으로 깊이 감사드리며, 앞으로도 독자 여러분들의 많은 관심과 격려를 부탁드리겠다.

■ 재료연구소의 역할과 향후 계획, 올해 상반기 주요 성과를 듣고 싶다

재료연구소는 현재 과기정통부와 함께 정부 출연연의 역할과 책임(Role & Responsibility) 정립을 통해 나아갈 방향을 정하고 관련 사업을 추진하기 위해 노력하고 있다.

주요 역할로는 우선 고효율 에너지플랜트 및 능동적 에너지 시스템 소재 개발을 통해, 신기후 체재 대응과 미래 에너지 자립화 기반 마련에 기여하는 것이다.

또한 사회 인프라용 환경·안전 소재 개발을 통해, 환경오염·재난 재해로부터 국민 안전을 확보하고 삶의 질 향상에 기여하며, 대기오염과 에너지 효율 향상을 위한 친환경·고효율 경량소재 개발과 실용화를 통해 국민생활 문제 해결 및 자동차·항공우주 산업 경쟁력에 기여하는 것이다.

더불어 초연결 사회의 기반이 되는 센서 및 정보전자용 핵심소재기술 개발을 통해 4차 산업혁명을 대응하는 첨단 소재부품 경쟁력을 강화하고, 다양한 소재의 융복합화를 통한 고성능·신기능 소재 개발로 4차 산업혁명 시대 신산업 경쟁력 및 미래 국방력을 강화하며, 급변하는 글로벌 산업환경에 혁신적 소재기술 플랫폼 구축 및 대응으로 국내 소재산업의 지속적 발전과 기업성장을 선도하는 것이다.

재료연구소는 최근 기술 이전 부문에서 괄목할 만한 성장을 거뒀다. 2014년 15억원의 기술료 수입에서 2017년 28억원, 지난 해 2018년 31억7,000만원을 달성하는 등 기술료 30억원 시대를 열었다.

올해 상반기에는 기업 매출 6건, 약 30억원 발생, 연구소의 경상기술료 수입은 총 7건, 3억8,000만원을 달성하고 있다.

재료연구소는 소재탐색, 개발, 부품화, 시제품 제작, 공정개발, 애로기술 해소에 이르는 모든 분야를 지원하는 ‘소재부품 전주기 통합지원’을 수행해 연구생산성 극대화 및 기업의 애로기술 해결에 최선을 다해 매진하고자 한다.

■ 재료연구소를 대표하는 주요 세계 1등 기술은

세계1등 기술 선정은 재료연구소가 보유하고 있는 기술 중 세계 최고의 기술 수준 또는 세계 최초로 개발한 원천 기술을 선정하는 것으로, 국외 혹은 국내 특허 등록 및 관련 산업계 기술이전 또는 기술 활용 등의 실적을 보유한 기술을 대상으로 외부 전문가의 엄격한 심사과정을 거쳐 선정하고 있다.

연구소는 지금까지 총 9개의 세계1등 기술을 보유 중이다.

2012년 처음 선정된 ‘광폭표면처리용 선형 이온빔 소스 및 공정기술’은 강판이나 폴리머 등 유연소재 표면에 새로운 기능을 부여할 수 있는 표면처리 원천기술이다. 초당 2m 이상 날아가 강판 표면에 존재하는 불순물을 제거할 수 있는 고속형 선형 이온빔 소스를 개발해 식품용 포장재와 광학 필름, IT기기, 강판 등 실생활에 사용되는 다양한 유연소재의 기능성을 높인 기술이다.

2013년은 ‘상온진공과립분사 세라믹 코팅 기술’이 선정됐다. 이 기술은 폭 1m 상당의 넓이를 상온에서 소결 과정 없이 세라믹 분말로 코팅할 수 있는 기술로서, 원료인 분말이 높은 온도에 노출되지 않고 처음 상태를 유지하고 있기 때문에 분사 후 진공 챔버에 남은 분말들을 다시 모아 재활용할 수 있는 장점을 가지고 있다.

2014년은 ‘복합재 풍력 블레이드 이축 피로시험 기술’이 선정됐다. 이 기술은 두 가지 공진 현상을 동시에 구현해 실하중을 모사하고 시험기간을 반으로 줄이는 세계 최고의 피로시험 기술이다.

2015년은 두 가지 기술이 함께 선정됐다. ‘나노구조 초특성 타이타늄 및 타이타늄 합금 상용화 신기술’은 국방, 항공, 우주, 해양, 에너지, 바이오 등 첨단 미래산업의 쌀인 타이타늄의 미세조직을 나노 구조화해 특성을 2배 이상 향상시킬 수 있는 기술이다.

다음으로 ‘고내식 난연성 마그네슘 합금’ 기술은 기존 마그네슘이 가진 단점인 고유의 산화 반응과 부식거동을 합금화 방법을 이용해 완벽하게 제어한 기술이다. 고온에서 불꽃을 내며 발화하거나 빠르게 부식되는 성질을 보완하고 친환경성과 신뢰성을 동시에 확보했다고 하겠다.

2016년은 ‘고감도 플렉서블 메탈’ 기술이 선정됐다. 인류 역사상 이론 강도에 가장 근접함과 동시에 극한의 유연성과 성형성 구현이 가능한 기술이다. 또한 피부와 알레르기를 일으키지 않으며 인체 내 이식이 가능하고 다양한 색상 구현과 미세 진동을 흡수할 수 있다는 장점을 가지고 있다.

총 9개 세계1등 기술, 핵심소재 지속 개발
First Mover형 첨단 소재 기술 개발 추진

2017년은 ‘자장여과 아크 소스 및 이를 이용한 무수소 고경도 DLC 코팅 공정 기술’이 선정됐다. 진공 코팅에 이용되는 플라즈마 소스의 일종인 자장여과 아크 소스를 이용해 소스의 장기간 안정적 사용과 이를 활용해 무수소 고경도 DLC(Diamond Like Carbon) 코팅을 이끌어내는 공정 기술이다.

2018년 또한 두 가지 기술이 함께 선정됐다. ‘금속 나노갭 기반 분자감지기판소재 기술’은 플라스틱 필름의 진공표면 처리와 금속 코팅을 이용해 저가 대량생산이 용이한 분자감지용 기판소재 원천 기술이다. 금속 나노갭이 조밀하게 형성된 기판 위에서 분자의 광 검출(라만) 신호가 수백만 배 이상 증폭되어 ppm 이하의 극미량 유해물질 판별이 가능해, 식품안전, 환경오염 등 국민건강과 관련한 미량의 유해물질을 현장에서 신속하게 검출할 수 있다.

‘세라믹 3D프린팅 신기술’은 종래 세라믹 공정기술로는 실현 불가능한 3차원 형상 제어를 가능하게 해 종래 세라믹 구조물의 형상과 기능제어의 한계를 크게 극복할 수 있는 기술이다. 다종 세라믹 3D프린팅 기술 확보를 위해 복수 소재 공급모듈, 필름형 소재공급모듈, 수평회전형 광중합 모듈 등을 포함한 시스템과 이에 활용 가능한 광중합형 세라믹 소재, 소재별 공정 및 후처리 기술을 포함한 전 주기적 요소 기술이 되겠다.

재료연구소는 앞으로도 4차 산업혁명을 뒷받침하기 위한 핵심소재를 지속적으로 개발해 산학연 소재 협력연구의 중심기관으로 우리나라가 소재강국이 되는 그 날까지 최선을 다해 노력하겠다.

■ 4차 산업혁명과 관련해 주요 유망 소재는 무엇이며, 재료연구소는 이에 대해 어떠한 연구를 하고 있는지 궁금하다

재료연구소는 4차 산업혁명 시대를 선도하기 위해 정부의 노력과 발맞춰 빠르게 변화하는 사회적 움직임에 대비하고자 한다.

미세먼지 제거 필터, 질병 진단 키트, 원자력 가동 전/중 공인검사 등 국민의 삶 제고를 비롯해 다양한 분야에서의 사회적 니즈를 충족시키기 위한 재료기술의 발전 방향을 세우고 있다.
이를 위해 First Mover형 첨단 소재 기술 개발을 추진 중에 있다.

뿐만 아니라 이를 뒷받침하는 유망 소재를 발굴 및 기획하고 있기도 하다.

에너지 생산/저장 융복합 소재, 시냅틱 가소성 나노전자 소재, 자율전원용 이방성 압전섬유 복합소재 등이 그 대표적 예다.

또한 사회적으로 국민들이 R&D에 요구하는 수요도 무시하지 못한다. 안전을 비롯한 국민들의 삶의 질 향상을 위한 솔루션 제시와 이를 위한 노력을 강화하는 것 또한 출연연의 중요한 역할이다.

재료연구소는 재난방재용 안전소재, 미세먼지 제거 필터, 미래국방용 소재 등에 대한 연구 개발의 필요성을 인지하고 우수한 성과를 얻고자 노력에 박차를 가하고 있다.

구체적으로 몇 가지만 말씀드리면, 원자단위 규모의 결함을 제어해, 열과 전기에너지의 상호변환 효율을 향상시키는 소재와 공정기술을 세계 최초로 개발한 바 있다. 그 동안 열전소재 내에 형성되는 원자단위 결함의 존재와 영향에 대한 이해만 치중했을 뿐, 긍정적인 효과를 보이는 원자결함만을 선택적으로 활용해 구조체로 제조하는 기술로 확장시킨 것은 본 기술이 최초다. 본 기술이 열과 전기에너지의 상호변환 소자에 적용된다면, 배·폐열을 이용한 발전, 전기를 이용한 냉각/가열 시스템 분야의 소재와 소자, 모듈 시장 확대 등에 핵심소재로 활용할 수 있다.

다음으로 초음속의 충격을 받아도 안전한 세계 최고 수준의 내열충격성을 가진 투명세라믹 제조 기술을 개발한 바 있다. 투명세라믹 제조의 핵심기술을 빛을 산란시키는 기공을 완전히 제거해 이론 밀도에 도달하는 치밀화를 달성하는 것이다. 본 기술은 소결조제를 사용하지 않은 고열전도도의 조성에서도 완벽하게 기공이 제거된 투명한 고강도의 세라믹을 제조함으로써 강도와 열전도도를 동시에 향상시킨 획기적인 기술이다. 본 기술이 투명세라믹 제조에 적용된다면 초음속 비행체의 윈도우와 투명 방탄 등의 수동소재에 활용이 기대되고, 레이저 발진자, 신틸레이터, 압전체 등의 능동소재로서도 개발이 가능하다.

한 가지만 더 소개해드리면, 올해 초에 개발 완료된 자기-기계-마찰전기 에너지 발전기 개발 기술을 말씀드릴 수 있다. 집과 공장, 송배전선로, 지하도 등에 흔히 설치된 전선에서 발생하는 미세 자기장을 정전기 효과를 이용해 전기에너지로 변환하는 자기-기계-마찰전기 변환소재와 이를 이용한 에너지 발전기를 세계 최초로 개발한 것이다. 시설의 노후화와 뜻하지 않은 사고로 과전류가 흐르거나 전선이 끊어질 경우 화재 및 정전 등으로 큰 손실을 초래할 수 있는데 이를 무선 사물인터넷 센서 기술을 활용해 안정성을 실시간으로 파악하려는 시도에 대응하는 기술이다. 연구팀은 특별히 설계된 자석 구조체를 활용해 미세 자기장을 기계에너지로 변환시켰고, 이를 다시 마찰전기 효과를 이용해 전기에너지로 변환시켰다. 본 기술을 이용하면 매우 저렴한 비용으로 미세한 자기장을 전기에너지로 변환하는 소형 발전기를 제작할 수 있어 국가기간 시설인 송배전 선로에 적극적으로 활용한다면 이상 징후를 실시간으로 파악해 화재 및 정전 등의 대형사고 예방에 도움이 될 수 있다.

이 외에도 재료연구소는 산업계와 학계 등 다양한 분야와 지속적으로 손을 잡고 꾸준한 소통을 통해 해결책 마련에 노력을 게을리 하지 않을 것을 약속드린다.

■ 우리나라가 소재강국이 되기 위한 소장님의 견해를 듣고 싶다

소재기술은 국가의 근간이 되는 산업이며 미래의 먹거리가 될 수 있는 산업이다. 우리나라도 소재부품 산업의 중요성에 대한 인식이 높아지면서 소재부품 산업에 꾸준하게 투자해 많은 성과를 이루고 있는 편이다.

하지만 앞서가는 선진국과 쫓아오는 후발국들과의 경쟁에서 우위를 점하기 위해서는 소재부품의 R&D 프로세스 개선과 국내 소재부품 기업들의 역량강화를 통한 경쟁력 확보가 시급하다. 산학연 협력은 물론 전문인력 양성, 규제 개혁 등의 인프라 구축은 선제적으로 해결해야 하는 과제다.

뿐만 아니라, 금속, 세라믹, 화학 등 분야별로 산재돼 있는 소재 분야의 국가 R&D 효율을 높이기 위해, 해당 분야의 허브 역할을 맡을 수 있는 독립된 컨트롤 타워 또한 필요하다.

이를 위해 재료연구소는 ‘소재강국 실현’을 목표로, 주력산업의 경쟁력 강화와 더불어 4차 산업혁명을 뒷받침하기 위한 핵심소재 개발은 물론, 기업 기술이전과 매출 발생까지 지속적으로 지원하는 일들에 최선을 다할 것이다.

■ 신소재경제 독자들에게 한 말씀 부탁드린다

재료연구소는 ‘소재강국 실현’을 목표로 열심히 달려가고 있는 중이다. 이를 이루기 위해서는 절대 연구만 잘해서는 안 된다. 산업체와 학교, 관계부처는 물론 지역의 경제계와 상공인 여러분, 더 나아가서 ‘신소재경제’ 독자 여러분들을 포함한 국민 모두가 ‘소재’의 중요성에 관심을 가져주셔야 한다.

재료연구소의 이러한 모든 활동과 노력에 진심어린 관심과 격려를 부탁드린다. 앞으로도 재료연구소는 국민의 목소리에 귀 기울이고 항상 소통하는 자세로 대한민국을 ‘소재강국’으로 만들기 위해 최선을 다하겠다. 그 여정에 힘찬 격려를 부탁드린다. 감사합니다.