▲ 한국재료연구원 정지호 선임행정원이 ‘차세대 전자파 대응을 위한 흡수·방열 복합소재 기술’에 대해 설명하고 있다.

한국재료연구원(원장 이정환)이 ‘나노코리아 2022’에서 금속, 세라믹 등 다양한 나노 소재의 기술을 선보여 많은 관람객들의 이목을 끌었다.

한국재료연구원(KIMS) 6~8일 일산 킨텍스에서 열린 나노코리아 2022에 참가해 금속, 탄소나노튜브, 세라믹 등을 활용한 기술들을 소개했다.

▲ 재료연이 개발한 ‘고체추진제용 에너제틱 금속분말 기술’

특히 ‘고체추진제용 에너제틱 금속분말 기술’은 고체추진제 등 고체연료의 핵심 원료로 사용되는 알루미늄(Al)의 발열량을 증대시키는 기술이다.

순수한 알루미늄은 산소와 결합할 때 다른 금속 소재에 비해 산화반응의 속도가 빠르고 생성되는 열에너지의 양이 매우 많다. 이에 알루미늄 분말의 격렬한 산화반응을 추진체, 화약, 용접용 소재 등의 목적으로 항공, 우주, 국방산업에서 널리 사용하고 있다.

알루미늄 분말의 뛰어난 물성은 분말 표면에 치밀하게 형성된 자연 산화막이 제거될 때 발휘될 수 있다. 재료연이 선보인 기술은 이 산화막을 상온 상압조건에서 제거하는 동시에 열역학적으로 안정한 불소계열 유기물을 알루미늄 분말 표면에 코팅하는 기술이다.

알루미늄 분말 표면에 자연 산화막 대신 니켈(Ni), 불소계 수지로 나노 코팅해 비교적 낮은 온도의 열로도 쉽게 제거가 가능하다. 따라서 고체연료 등 고에너지 발생 산업에서 알루미늄 분말의 높은 산화반응성을 효율적으로 발현시킬 수 있다.

산화막을 대체한 불소계 수지코팅 알루미늄 분말은 기존 알루미늄 분말 소재와 비교해 2.5배의 연소 효율을 확보했다.

또한 외부 산소와의 직접 접촉을 방지해 상온과 상압 환경에서 알루미늄을 보다 안전하게 취급할 수 있어 2년 이상의 장기보관에도 안정적인 산화막 free-표면코팅 특성을 가지고 있어 보관이 편리하다.

더불어 표면 코팅재료로 산화막을 대체하는 기술로 소재 양산이 용이하며, 표면 코팅이 가능한 분말 크기는 1~수십 ㎛까지 다변화가 가능해 수요기반의 제작이 가능하다.

재료연이 선보인 또 다른 기술은 ‘차세대 전자파 대응을 위한 흡수·방열 복합소재 기술’이다. 이 기술은 ICT 및 항공·자동차 산업에서의 전자파 간섭으로 인한 성능 저하 및 인체 유해 전자파 문제 해결을 위한 복합 소재 기술이다.

기존 차폐 소재는 금속, 탄소 등 고전도성의 소재로 전자파를 90% 이상 반사하는 방식으로 차폐해, 실제 흡수율은 채 10%에 이르지 못한다. 5G통신은 3G·4G의 주파수보다 10배 이상 높은 주파수가 사용돼 이를 흡수하거나 제거할 수 있는 차폐 소재가 필요하다.

재료연은 5G통신 주파수에서 우수한 흡수성능을 보이는 자성소재와 고분자를 혼합한 복합소재 필름에 전도성 섬유를 그리드(Grid) 형태로 재봉해 흡수 차폐 소재를 만들었다.

반사율은 1% 이하면서도, 흡수율이 90% 이상을 확보했다. 전자파 흡수 차폐 소재기술은 5G·6G통신이 활용되는 스마트폰, 기지국(스몰셀), 자율주행차 레이더, 저궤도 통신위성 안테나 등 다양한 분야에서 활용될 수 있다.

재료연은 이외에도 △탄소나노튜브(CNT) 섬유 제조 및 응용기술 △고온 세라믹 복합재료 기술 △그린수소 생산을 위한 차세대 음이온교환막(AEM) 수전해 전주기 기술 △전기차용 질화규소 방열기판 베어링볼 기술 등을 선보였다.

한국재료연구원는 금속, 분말, 세라믹 등 다양한 소재분야의 연구개발, 성과확산, 시험평가, 기술지원 등을 통해 국가 소재 연구개발의 구심점 역할을 수행하고, 국가 소재산업 발전 및 국가·사회문제 해결에 기여하는 정부출연 연구기관이다.

소재 연구의 중심이자 선도기관이 되기 위해 소재 기초연구부터 실용화, 애로기술 해소까지 소재·부품 전주기 부문에 지원해 소재강국을 실현하기 위해 노력하고 있다.

▲ ‘나노코리아 2022’에 참가한 한국재료연구원 부스 전경