한국재료연구원, 친수성 줄인 고열전도도 방열 소재 개발

차세대 산업 열관리 소재 세계 최초 개발
방열 소재 시장 2025년 9조 7000억 원

간단한 액상 소결을 통해 표면에 얇은 나노결정질 복합층을 가지는 개발된 마그네시아(MgO-SM). 사진제공=한국재료연구원

[서울경제]

한국재료연구원(KIMS)가 화학 반응을 활용해 표면처리를 필요로 하지 않는 단순 소결 과정만으로도 친수성을 줄이고 열전도도를 증가시키는 방열 소재를 세계 최초로 개발했다.

기존 방열 소재로 널리 사용되는 알루미나 필러는 열전도도 개선에 한계를 보여 원료 비용이 적고 열전도도와 비저항성 면에서 우수한 마그네시아의 잠재적인 활용이 기대된다. 그간 마그네시아는 방열 성능은 우수하나 1800도의 높은 소결 온도, 공기 중에서 물과 반응하는 흡습성 문제 등으로 인해 방열 필러로 활용하지 못하는 한계를 보였다.

안철우 KIMS 연구팀은 첨가제를 이용해 소결 공정에서 표면에 얇은 나노결정질 복합층을 만들어 수분과 반응하는 방어층을 형성하고, 이와 함께 소결 온도를 낮춰 결함을 제어함으로써 열전도도를 증가시키는 데 성공했다. 이는 기존 마그네시아 소재가 가진 제약을 극복한 것으로 차세대 산업의 열관리 소재에 새로운 지평을 열었다는 평가를 받는다.

최근 첨단 산업 발전과 함께 전자부품의 소형화 및 다기능화가 급격히 진행 중이다. 이로 인해 전자제품의 열관리는 더욱 어려워졌다. 특히 전기차용 배터리의 고용량화와 전자부품의 고집적화로 열 밀도 증가에 대응하기 위한 고방열 특성의 방열 소재가 더욱 필요한 실정이다.

전기차 판매량을 기반으로 2025년 전기차의 열 계면 소재에 사용되는 방열 소재 시장은 약 9조 7000억 원에 이를 것으로 전망된다. 이번 연구 결과는 기존 저가 방열 소재의 수분 반응과 높은 소결 온도 문제를 해결했다는 데 큰 의미를 둘 수 있다.

안 책임연구원은 “산화물 세라믹 필러의 제조 공정에서 첨가제를 통한 간단한 방법으로 고분자와의 혼합에 문제가 되는 수분 반응 문제를 해결하고, 결함 제어를 통해 고열전도성을 가진 산화물 필러를 개발할 수 있었다”며 “개발된 저가 고품질 마그네시아 방열 필러가 방열 세라믹 소재 시장을 이끌 것으로 기대한다”라고 말했다.

창원=박종완 기자 wan@sedaily.com