"우주 시대 '첨단 소재' 연구 근간" KIST 전북분원 가보니

KIST 전북 복합소재기술연구소 연구 현장
극한 우주환경 견디는 차세대 소재 개발
나노·원자 단위까지 관찰…산업계 기술 이전도

[완주=이데일리 안유리 기자] 25일 전북 완주 봉실산 산기슭에 자리한 한국과학기술연구원(KIST) 복합소재기술연구소. 연구 시설 한 켠에 크게 자리한 난연성 평가 장비에 가까이 가니 탄 냄새가 코를 매웠다.

난연성 시험 장비는 폴리머·필러·보강재 등으로 구성된 복합소재가 얼마나 오래 불을 견디는지 정밀하게 평가하는 장비다. 자동차와 전기차 배터리·항공기·우주선에 적용되는 각종 소재의 안전성과 내구성을 검증하는 데 활용된다.

양철민 KIST 전북분원 우주용복합소재연구단장이 25일 전북 완주에 있는 복합소재기술연구소 시설을 소개하고 있다. (사진=안유리 기자)

양철민 KIST 우주용복합소재연구단장은 “불연 소재와 달리 플라스틱은 안 타게 만들 수는 없다”라면서 “고분자 플라스틱 등에서 화재가 나더라도 천천히 타 시간을 벌도록 난연 성능을 평가한다”고 소개했다.

KIST 복합소재기술연구소는 탄소·고분자 기반 첨단 복합소재 연구를 전담하는 연구기관이다. 탄소섬유와 탄소나노튜브(CNT), 질화붕소나노튜브(BNNT), 나노 금속 등 항공·우주·국방 산업의 핵심 근간이 될 소재 연구개발이 이뤄지고 있다. 첨단 방열 소재, 탄소 섬유의 민간 기술 이전을 통해 이곳에서 개발된 기술이 골프채, 온돌 등 생활 속 제품으로도 이어졌다.

한국과학기술연구원(KIST) 복합소재기술연구소에 있는 난연성 시험, 평가 장비 (사진=안유리 기자)

최원국 KIST 전북분원장은 “세계적으로 유일한 복합소재 연구소로서 마이크로 스케일에서부터 나노 스케일까지 산업체에서 응용할 수 있는 여러 가지 장비들을 많이 갖추고 있다”면서 “전북도의 지원을 받아 연구뿐 아니라 지역 활성화, 기술이전 등 산업체 연계 모델이 이어지고 있다”고 소개했다.

KIST 복합소재기술연구소가 나사와 공동 연구를 통해 국제우주정거장에 보낸 BNNT (사진=안유리 기자)

연구소는 올해 ‘우주용 복합소재 연구단’을 출범시키며 우주 시대 향해 연구 범위를 한층 넓혔다. 연구는 지상을 넘어 우주로 이어진다. 연구원들은 미국 항공우주국(NASA)과 공동 연구를 통해 국제우주정거장(ISS)에 BNNT를 보내 소재 성능을 검증했다.

BNNT는 900도 이상의 고온에서도 특성을 유지하고, 우주방사선 차폐 성능이 뛰어나 우주선 외피나 우주복 소재로 주목받는다. 6개월 동안 ISS 날개 부분에서 노출된 BNNT가 얼마전 연구소로 돌아왔는데, 표면에 살짝 스크래치가 났을 뿐 큰 손상은 없었다.

“첨단 현미경으로 원자~나노 단위까지 분석”

복합소재 첨단분석장비 Lab에는 CT와 전자현미경 등 수십억원대 첨단 분석 장비가 즐비했다. 장비 가격만 400~500억원에 달한다. 이곳의 장비로 머리카락 굵기의 약 2000분의 1 수준인 50 나노미터 단위부터 원자 단위까지 관찰이 가능하다.

이를 통해 탄소 섬유 사이사이에 있는 작은 구멍(기공)을 확인할 수 있다. 원자 단위로 그래핀을 들여다보면 벌집 모양 육각형 구조가 선명하게 나타난다.

황준연 KIST 복합소재기술연구소 책임연구원이 25일 복합소재 첨단분석장비 Lab에서 첨단 현미경 분석 결과를 소개하고 있다. (사진=안유리)

KIST 복합소재기술연구소 복합소재 첨단분석장비 Lab의 소재 분석 장비 (사진=안유리 기자)

황준연 KIST 복합소재기술연구소 책임연구원은 “열처리를 잘못하면 기공 같은 결함이 생기는데, 이는 파괴가 일어나는 시작점이 된다”고 설명했다.

황 연구원은 “기공들은 기본적으로 소재의 물성을 저하시키는 역할을 하기 때문에 많은 연구자들은 그걸 없애는 연구를 하는데, 또 다른 연구자들은 일부러 그 기공에 다른 금속을 치환을 해 메운다”고 부연했다.

그는 이어 “소재든 사람이든 단점이 있는 건 없다”면서 “결함을 단점으로만 생각하지 말고 더 발전시킬 수 있는 다른 장점을 받아들일 수 있는 생각이 중요하다”고 덧붙였다.

안유리 (inglass@edaily.co.kr)