한국전기연구원(KERI)이 나노 입자를 장난감 블록처럼 결합할 수 있는 기술을 개발해 배터리 전극 소재, 촉매 시스템, 제약·바이오, 반도체 패키징, 전력기기용 절연재료 등 다양한 산업 분야에서 활용할 수 있을 것으로 기대를 모았다.

전기연구원은 절연재료연구센터 유승건 박사팀이 기존 습식 화학공정의 한계를 뛰어넘는 혁신적 ‘복합입자 합성 기술’을 개발했다고 16일 밝혔다.

이번 기술은 고분자 마이크로입자 표면에 무기 나노입자를 단순 기계적 충돌만으로 안정적으로 부착시켜, 마치 장난감 블록을 조립하듯 손쉽게 결합하는 공정으로 주목받고 있다.

기존의 복합입자 합성은 용매를 사용하는 다단계 습식 공정에 의존하여, 공정 복잡성, 비용 상승, 환경 오염 등 여러 문제점을 안고 있었다.

이에 유 박사팀은 달 표면의 크레이터 형성 원리에서 영감을 받아, 고분자 마이크로입자(코어)와 이를 감싸는 무기 나노입자(쉘)를 기계적 충돌을 통해 결합하는 ‘건식공정’ 방식을 도입하였다.

이 기술은 입자 간 크기 비율, 충돌 속도, 회전 에너지, 표면 에너지 및 거칠기 등 여러 변수를 정밀하게 제어해, 최적의 부착 조건을 마련하는 데 성공하였다.

연구진은 수십 종의 무기 나노입자와 다양한 크기 및 물성을 지닌 고분자 마이크로입자를 조합해 부착 정도, 표면 커버리지, 계면 결합의 안정성 등을 정량적으로 분석하고, 열·기계·화학적 내구성까지 평가하는 기술을 확보했다.

그 결과 자성, 광촉매 및 흡착 특성 등 다기능 고신뢰성 복합입자를 제조할 수 있게 됐다.

이러한 기술은 배터리 전극 소재, 촉매 시스템, 제약·바이오, 반도체 패키징, 전력기기용 절연재료 등 다양한 산업 분야에서 활용 가능성이 크다는 평가를 받고 있다.

특히 이번 연구는 세계적 학술지 ‘Advanced Materials’에 인사이드 프론트 커버(Inside Front Cover) 논문으로 게재되며, 그 우수성이 국제적으로 인정받았다.

해당 저널의 Impact Factor는 27.4로 상위 1.9%에 해당하며, 이번 연구 성과는 첨단 소재 분야의 혁신 기술로서 향후 산업계에 큰 파급 효과를 일으킬 전망이다.

유승건 박사는 “용매를 전혀 사용하지 않는 친환경 건식공정 덕분에 우리가 필요로 하는 복합재료를 장난감 블록처럼 쉽게 결합할 수 있으며, 이로 인해 양산화와 상용화 측면에서 높은 재현성과 경제성을 확보했다”고 설명했다.

또한 “부착 가능한 소재의 범위가 매우 넓어, 산업계 진입 장벽이 낮고 다양한 분야에서 응용될 수 있다”며 기술 이전 및 사업화를 위한 수요 기업체 발굴에도 박차를 가할 계획이라고 덧붙였다.

이번 연구는 한국연구재단, 과학기술정보통신부 등 정부 지원 아래 수행되었으며, UNIST 이동욱 교수팀, KIST 전승렬 박사팀, 펜실베이니아대학교 Shu Yang 교수팀과의 공동 연구로 이뤄졌다.