신개념 고방열 복합소재 개발
신개념 고방열 복합소재 개발
  • 이웃집과학자
  • 승인 2022.03.09 20:58
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발열 이슈가 많은 전기차용 전장부품 시장에 널리 적용되고, 배터리·디스플레이·반도체 부품의 열관리 소재를 대체할 수 있는 ‘고방열 복합소재’를 개발됐습니다. 

 

중앙대는 화학신소재공학부 김주헌 교수 연구팀과 ㈜한솔케미칼 전자재료사업부가 공동 연구를 통해 열충격에 대한 높은 저항성과 기계적 특성을 동시에 확보한 고방열 복합소재를 개발했다고 7일 밝혔는데요. 

 

연구팀의 이번 복합소재 개발은 상변화물질을 기반으로 한 것입니다. 상변화물질은 특정 물질이 고체에서 액체, 액체에서 고체, 액체에서 기체 등 다른 상태로 변할 때의 물리적 변화과정을 통해 열을 축적하거나 방출하는 물질을 의미합니다. 

 

연구팀은 먼저 상변화물질인 스테아르산과 에폭시를 화학적으로 결합했습니다. 그리고, 파라핀과의 복합화를 통해 고강성 상변화물질을 제작했습니다. 여기에 다공성 팽창 흑연과 표면 처리한 질화붕소를 분산시켜 높은 축열·방열 특성을 확보하고 열충격에 대한 높은 저항성과 기계적 특성을 동시에 확보하는 고방열 복합소재를 개발해 냈습니다. 

상변화물질 기반 신개념 고방열 복합소재 제조 모식도. 출처 : 중앙대학교
상변화물질 기반 신개념 고방열 복합소재 제조 모식도. 출처 : 중앙대학교

 새로 개발된 복합소재의 특징은 우수한 방열 특성의 확보와 열충격에 대한 효과적인 대응이란 두 마리 토끼를 모두 잡았다는 데 있는데요. 전자기기 발열부에서 열전달을 통해 열의 방출을 유도하는 기존 방열소재의 기능을 수행함은 물론 급격한 열상승 시 열에너지 흡수·저장을 통해 기기의 온도 상승속도를 늦추고 적정 구동온도를 유지하는 기능으로도 작용합니다. 

 

해당 고방열 복합소재는 향후 다양한 분야에 적용될 수 있을 전망입니다. 최근 대세로 급부상 중인 전기차의 열에너지 이슈를 고려하면, 전기차용 전장부품 시장에서 인기를 누릴 가능성이 높습니다. 또한, 최근 에너지 사용·재활용을 통한 에너지 절감 등 그린테크 수요가 커지는 추세를 볼 때 배터리, 디스플레이, 반도체 기판 등 전자기기의 열관리를 위해 사용되는 기존 열관리소재(TIM, Thermal interface material)도 대체할 수 있을 것으로 전망하고 있습니다. 

 

김주헌 교수 연구팀의 이원두 박사과정 학생이 제1저자를 맡은 이번 연구결과는 복합체 분야 최상위 학술지인 ‘Composite part B: Engineering’과 ‘Composites Science and Technology’ 최신호에 각각 게재됐습니다. 

 

김주헌 교수는 “온도에 따라 변화하며 열에너지를 저장·방출하는 상변화물질을 기반으로 한 이 기술은 기존 상변화물질 적용 소재가 지닌 난제를 해결할 수 있는 발판을 마련했다. 또한, 상업화가 가능한 수준의 기계적·열적 특성을 확보했다는 데 큰 의미가 있다”며 “앞으로 열충격 저항성과 방열 특성이 보다 향상된 초고방열 복합소재를 개발해 응용·적용 범위를 더 확대해 나갈 계획”이라고 말했습니다.


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