전북대학교 김성륜 교수 연구팀이 복합소재의 구조를 제어해 적은 전도성 물질을 사용해도 높은 전도 특성을 달성할 수 있는 복합소재를 설계했다.
11일 전북대에 따르면 이 연구의 핵심은 녹는점이 다른 두 종류의 고분자를 활용, 복합소재 내부 구조를 정밀하게 제어한 것이다. 이를 통해 전도성 물질이 특정 영역에 집중적으로 분포된 ‘분리 구조’를 구현했다.
실험 결과, 단 9%의 필러 함량으로 전자파 차폐 성능 40dB, 열전도도 7W/m·K라는 탁월한 수치를 달성했다. 나아가, 해당 복합소재의 구조적 요인을 면밀하게 분석해 그 동안 학계에서 모호했던 분리 구조 기반 복합소재의 전기·열전도 특성을 정확히 예측 할 수 있는 새로운 이론 모델을 제시했다.
이번 연구는 실험과 이론을 유기적으로 결합해 소재의 전기적·열적 거동을 정밀하게 분석하고, 이를 뒷받침하는 새로운 이론적 모델인 ‘Advanced percolation model(고도 침투이론 모델)’과의 정합성을 확보했다. 이를 통해 해당 구조를 가진 고분자 복합소재의 전기 및 열전도 향상 거동을 예측할 수 있는 세계 최초의 이론적 기반을 마련했다는 점에서 의미가 크다.
이번 연구 결과는 재료공학 분야 국제 저명 학술지 『Advanced Composites and Hybrid Materials』(Impact Factor 21.8, JCR 상위 1.5%)에 게재됐다.
김 교수팀이 제시한 이론과 기술은 차세대 반도체 및 전자소자 시장에서 전자파 차단과 방열을 동시에 달성할 수 있는 경쟁력 있는 핵심 기술로 자리매김할 것으로 기대를 모으고 있다.
김성륜 교수는 “이번 연구로 제시한 분리구조 필러 네트워크 기반 소재 설계 이론은 AI 반도체와 전기차, 첨단 전자소자 등 다양한 산업 분야에서 경량화·고효율 복합소재 개발의 패러다임을 바꿀 핵심 기술이 될 것”이라고 밝혔다.
한편, 이번 연구에는 전북대 김기훈 석박사통합과정생이 제1저자로, 김성진 박사과정생, 유균영 석박사통합과정생(이상 탄소융복합재료공학과)이 공동저자로 참여했다.
/장은성 기자
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