미국, 일본, 독일 등 기술 선도 국들이 활발히 연구 중인 고기능 나노하이브리드 습식소재의 상업적 제조기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국전기연구원(KERI·원장 유태환) 나노융합에너지소재센터 강동필 박사팀은 최근 세라믹 나노입자졸(sol)과 유기수지로 구성된 유무기 나노하이브리드 소재의 제조원천기술과 대량생산기술을 확보, 이러한 소재들을 적용한 전기·전자·광분야의 다양한 제품 개발을 진행하고 있다고 밝혔다.

수지(樹脂, resin)에 세라믹졸이 높은 함량으로 분산용해된 하이브리드 소재는 가열경화와 UV가교(자외선을 비춰 분자들을 3차원 고분자 구조로 결합시키는 과정)를 통해 비교적 낮은 온도에서 성형 가능하며 유무기 간의 화학적 가교결합(架橋結合, cross-linking) 조작이 용이해 고기능성 재료를 제조할 수 있는 장점을 지닌 소재다.

현재 분자융합재료인 나노하이브리드 소재의 상업적 적용을 위한 연구는 선진국을 중심으로 활발히 진행 중이다. 독일에서는 아크릴수지에 실리카나노졸을 분산한 재료를 판매하기 시작했다. 또 미국과 일본에서는 실리카와 고분자의 하이브리드 바니시(varnish)를 전기자동차 모터에 적용한 사례를 홍보하는 등 나노하이브리드 소재는 세계적으로 상업화의 초기단계에 있는 소재기술이다.

이번 기술 개발이 주목받는 이유는 실험실단위의 합성기술을 극복, 수백kg 또는 톤 단위 반응기를 이용한 제조 기술을 확보해 시장수요에 대응 가능한 대규모 상업생산기술이기 때문이다.

이 기술은 기존 유기 및 무기 소재들의 한계물성을 극복할 수 있는 가능성을 가진 동시에, 습식 인쇄공정을 통해 제조되는 모든 미세 디바이스나 부품의 전기절연, 기판 및 보호패키지용 재료로의 활용이 기대되 저변성이 강한 원천적 나노소재기술이다.

또한 IT, ET, BT 등과 융합화가 가능한 NT기술로서 이 소재를 적용한 새로운 제품 개발이 기대되는 등 차세대 성장동력분야의 응용제품 분야에서 중추적 역할을 할 기술로 전망되고 있다.

연구책임자인 KERI의 강동필 박사는 “나노하이브리드 소재는 전기적, 기계적, 광학적 물성이 뛰어나 각종 필름(광학필름, 윈도우필름)의 하드코팅재, 플라스틱 성형물 표면의 내마모성 코팅재, 금속 포일(sheet)의 부식방지와 내마모성 향상, 유연기판의 전기절연 표면처리재, 모터·변압기용 금속코일의 절연 바니시 등에 적용이 가능하다”고 설명하고 “특히 이번에 개발된 소재는 내열성, 고열전도성, 화학안정성 등이 우수해 전기자동차의 전장부품, 인쇄전자소자(TFT, RFID), 고집적 반도체, 유연디스플레이(OLED, 전자종이), 박막솔라셀, 면광원, 필름배터리, 내열설비 등의 핵심부품소재로서 프린팅, 코팅, 함침, 패키지(Sealing) 재료로의 적용이 기대된다.”고 밝혔다.

KERI는 향후 기술의 완성도를 높여 고전압과 대전류의 파워용 소재로 활용하면 고전압 모터, 변압기, 발전기, 대용량 전열설비 등 전기제품의 성능과 신뢰성을 높이는데 기여할 것으로 보고 있다.

한편 KERI는 현재 윈도우필름용 하드코팅재로 실리카졸과 아크릴수지 하이브리드 소재의 상업화 연구를 진행해 기능성 필름 제조업체인 (주)마프로에 기술이전을 진행 중이며, 실리카졸과 PAI(폴리아미드이미드)로 된 하이브리드 소재를 모터 및 변압기 코일용 절연 바니쉬로 사용하기 위한 대규모 제조 및 평가 기술개발을 진행하고 있다.

KERI는 향후 세라믹졸의 분산용해가 어려운 PI(폴리이미드)와 에폭시수지 등의 수지에 많은 양의 세라믹졸을 하이브리드화하여 유기수지의 물성이 대폭적으로 향상되고 공정적용이 용이한 습식소재 대량생산기술을 추가 확보한다는 계획이다.