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금속 전기전도율 높이는 기술개발…"전자부품 대체 기대"

IBS 다차원탄소재료연구단, 19일 사이언스지 게재

(서울=뉴스1) 최소망 기자 | 2018-10-19 03:00 송고
로드니 루오프 IBS 단장.
로드니 루오프 IBS 단장.

구리나 코발트, 백금 등 금속의 전기 전도율을 높일 수 있는 열처리 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 이 기술을 이용하면 종전 비용의 1000분의1로 전기 전도율이 높은 금속으로 변환시킬 수 있어, 반도체 단자 등 전자기기 부품에 활용할 수 있을 전망이다.

2018년 노벨물리학상 후보로 지목된 바 있는 로드니 루오프 기초과학연구원(IBS) 다차원탄소재료연구단장 겸 울산과학기술원(UNIST) 교수는 지난 17일 열린 기자간담회에서 "값싼 다결정 금속포일을 부가가치가 높은 단결정 금속포일로 변환시킬 수 있는 '무접촉 열처리' 기술을 개발했다"고 밝혔다.

단결정 금속은 원자가 규칙적으로 배열된 상태로 하나의 결정으로 이뤄진 금속이다. 반면 다결정 금속은 원자가 불규칙하게 배열돼 서로 다른 단결정으로 구성돼 있는 금속을 말한다. 단결정 금속은 다결정 금속보다 표면 특성이 균일하고 전기전도도가 우수하다. 그러나 제조비용이 비싸고 넓은 면적으로 제작할 수 없어 일상생활에 활용되기에는 한계가 있었다.

연구팀이 개발한 '무접촉 열처리' 기술은 다결정 금속포일을 공중에 매달고 수소 대기 하에 고온의 열을 가해 다결정 금속포일로 변환해 제조하는 공정이다. 연구에 참여한 진성환 IBS 연구위원은 "열이 닿은 다결정 금속포일은 결정별로 넓게 성장하다가 최종적으로 하나의 결정인 단결정으로 성장하게 된다"고 설명했다.

연구팀은 우선 전자기기에 자주 사용되는 구리로 실험에 나섰다. 단결정 구리포일에 무접촉 열처리 기술을 적용하니 단결정 구리포일로 변화했다. 제조된 단결정 구리포일은 다결정보다 전기전도도가 약 7% 뛰어났다. 연구팀이 성공한 최대면적은 32㎠로, 대면적 제조도 가능하다는 것을 보여준다. 이어 연구팀은 니켈·코발트·백금·팔라듐 등을 단결정 금속포일을 제조하는 것은 물론 구리 포일 및 단결정 구리-니켈 합금 포일을 기판으로 단결정 그래핀을 성장시키는 데도 성공했다.

이번에 개발된 공정은 단결정 금속 제조에 소요되는 비용을 1000분의 1수준으로 낮춰 저렴하고 대면적으로 생산이 가능해 단결정 금속의 상용화 길을 열었다고 평가받는다. 더불어 단결정 그래핀 등 차세대 전자소재 개발에도 적용될 것으로 기대된다.

로드니 단장은 "'실리콘 단결정' 성장 기술의 발견이 현재 반도체의 역사를 연 것처럼 우리가 개발한 '금속 단결정' 성장 기술도 일상에서 사용하는 전자기기 등 다양한 분야에 응용돼 세상을 바꿀 것"이라고 말했다.

이번 연구성과는 로드니 단장과 신형준 UNIST 교수·유원종 성균관대 교수 연구팀이 공동으로 이룬 것이며, 19일 '사이언스'(Science)에 실렸다.

비접촉 열처리에 따른 구리 금속 포일의 조직 변화.(IBS 제공)
비접촉 열처리에 따른 구리 금속 포일의 조직 변화.(IBS 제공)



somangchoi@

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