전자기기 등 고열이 발생하는 장치의 성능과 안정성을 높이는 데 사용되는 고성능 방열 복합소재가 개발됐다.
한국재료연구원(KIMS, 원장 최철진) 나노재료연구본부 차현애 박사 연구팀이 11일 친환경성과 저비용 공정을 동시에 만족시키는 고성능 방열 복합소재를 개발했다. 연구팀은 계란 흰자 기반의 단백질 발포 공정을 활용해 3차원 구조의 산화 마그네슘(MgO) 방열 소재를 개발했다. 이 구조가 열을 빠르고 효율적으로 전달하는 길을 형성해 기존 방열복합체 대비 최대 2.6배 높은 열전도도를 나타냈음을 확인했다.
전자기기 고성능화와 소형화가 빠르게 진행되면서 열이 많이 발생하고, 이를 해결할 수 있는 방열 기술의 중요성이 커지고 있다. 전기차의 경우 배터리 열을 잘 식히지 못하면 성능 저하는 물론 화재나 폭발로 이어질 수 있다.
기존 열 인터페이스 재료는 열을 전달하는 필러(입자 형태의 재료)를 고분자 재료에 섞는 방식으로 만들어졌다. 하지만, 이 방식은 필러가 불규칙하게 섞여 열이 도중에 끊기고 충분한 성능을 내기 어려웠다. 성능을 높이기 위해 필러 함량을 늘리면 가공이 어려워지고 재료 비용도 커진다.
연구팀은 이를 해결하고자 단백질 발포법을 이용해 입자들을 규칙적이고 촘촘하게 연결되도록 만들었다. 계란 흰자에 들어 있는 단백질 성분이 고온에서 부풀어 오르는 성질을 이용해 입자들이 연결된 3D 구조를 형성한 것이다. 이 과정을 통해 열 전달 경로가 끊기지 않고 촘촘하게 연결된 복합체를 만들 수 있었다. 열전도도가 17.19W/mK(와트 퍼 미터 켈빈)에 달하는 고성능 열 인터페이스 재료를 구현하는 데 성공했다.
국내 방열 인터페이스 재료 시장은 연간 2천억 원 이상으로 추정되지만, 대부분 수입에 의존하는 상황이다. 따라서 본 기술이 상용화될 때 국내 기술 자립에도 크게 기여할 것으로 보인다.
차현애 선임연구원은 "단백질 발포 기반 공정을 통해 고열전도도 소재를 친환경적이고 저비용으로 제작할 수 있다. 이번 연구는 경량 고성능 방열 소재의 실현 가능성을 보여준 좋은 사례다"고 했다.
