연구진이 합성한 액체갈륨 기반 기능성 복합소재(IBS 제공) © 뉴스1

밀가루에 첨가물을 넣어 반죽의 맛을 내듯 각종 입자를 섞어 원하는 물성을 가진 소재를 만들어낼 수 있는 새로운 기술이 개발됐다.

기초과학연구원(이하 IBS)은 로드니 루오프 다차원 탄소재료 연구단장(UNIST 특훈교수) 연구팀이 액체 상태의 갈륨(Ga)에 각종 충전 입자를 혼합한 기능성 복합소재를 개발했다고 4일 밝혔다. 혼합된 입자의 종류 및 양에 따라 물성을 자유자재로 조절할 수 있어 반도체 등 전자 분야의 다양한 응용이 기대된다.

순수한 갈륨의 녹는점은 29.8도로 상온에서는 액체 상태로 존재한다. 게다가 표면장력이 높아 액체 상태에서 서로 분리해내기 쉽지 않았다.

연구진은 순수한 갈륨에 다양한 충전재를 결합하는 방식으로 이 한계를 극복했다. 액체 상태의 갈륨에 충전재를 혼합하면 액상 상태에서 밀가루 반죽과 같은 꾸덕꾸덕한 상태로 변형된다.

충전재에 따른 응용 분야도 확인했다.

우선 액체 갈륨에 환원된 그래핀 산화물을 혼합하여 만든 기능성 복합물은 전자파 차폐 소재로 응용할 수 있다.

A4 종이에 액체 갈륨과 산화그래핀을 혼합한 복합 소재를 코팅하자, 최대 75dB(데시벨)의 전자파 차폐 성능을 나타냈다.

기존 산화그래핀의 차폐 효율(20dB)을 3.8배가량 향상시킨 것으로 상업용(30dB 이상)은 물론 군사용(60dB 이상)으로도 사용할 수 있는 차폐 성능이다.

또, 다이아몬드 입자를 혼합해 만든 복합소재는 방열소재로도 응용 가능하다.

기능성 복합소재를 형성하는 과정(IBS 제공) © 뉴스1

연구진은 울산과학기술원(UNIST) 연구진과 함께 액체 갈륨-다이아몬드 복합 소재의 열전도율을 평가했다.

열전도율은 폭이 1m인 물체의 양쪽 온도차가 1도일 때, 1초에 얼마만큼의 열에너지가 전달되는지를 나타내는 지표인데 순수한 갈륨의 열전도율은 약 30W/mK이다.

그러나 액체 갈륨-다이아몬드 복합 소재는 다이아몬드 입자 크기에 따라 최대 110W/mK의 열전도율을 보였다.

열전도도가 높을수록 열전도가 잘 되므로, 전자기기의 발열 문제를 효과적으로 해결하기 유리한 소재라는 의미다.

로드니 루오프 단장은 “이번 연구가 CPU의 방열판, 전자파 차폐 소재, 의료용 임플란트 등 유연한 전자소자가 필요한 분야에 새로운 영감을 줄 수 있길 기대한다”고 말했다.

한편, 이번 연구결과는 재료분야 권위지인 사이언스 어드밴시스 1월2일자(한국시간)에 게재됐다.


km5030@news1.kr