세라믹기술원, 산소 결함 제어 열에너지 효율 개선 기술 개발

산소 결함을 결정 내부에서 외부 표면으로 이동시키는 공정

한국세라믹기술원 도환수 박사는 소재 내부의 산소 결함 제어를 이용해 열에너지 전달의 효율을 크게 높일 수 있는 기술을 개발했다.

11일 세라믹기술원에 따르면 기존의 방열소재의 열물성은 이론적으로는 매우 우수한 성능을 보이는 것으로 보고되고 있으나, 소재 고유의 내부 결함으로 열전달 특성의 효율을 높이는데 한계가 있어 제작공정에서 발생하는 산소 결함이 효율적인 열전달을 방해했다.

이러한 단점을 극복하고자 연구팀은 방열 소재의 원소재 자체에 필수적으로 포함된 산소 결함을 우선적으로 제어해 결정 내부에서 결정 외부 표면으로 선택적으로 이동시키는 공정을 개발했다.

▲한국세라믹기술원 전경.ⓒ세라믹기술원

산소 결함은 결정 내부에서 열전달 움직임을 방해하는 인자로 작용함에 따라 결정 외부 표면으로 이동시켜 버려지는 열에너지가 없도록 해 모든 방향으로 열에너지 전달이 효율적으로 이루어지도록 설계 했다.

실제 설계된 소재의 열물성을 분석한 결과, 소재의 기계적 특성에는 영향을 미치지 않은 상태로 산소 결함이 선택적으로 결정 외부로 이동한 것을 확인하고, 열전달 효율도 10~15% 향상되었음을 입증했다.

한국세라믹기술원 도환수 박사는 “방열소재의 결함제어를 선택적으로 해 포논 산란을 제어함으로써 열에너지 전달 효율을 극대화할 수 있는 소재를 설계하고 개발했다는데 의의가 있다”며 “향후 웨어러블 전기·전자기기뿐만 아니라 우주·항공과 바이오 분야 등의 방열 문제를 해결할 수 있는 실마리를 찾은 것이다”고 밝혔다.

한편 이번 연구 성과는 재료 및 공학분야 국제 학술지 어드밴스드 엔지니어링 머티리얼즈(Advanced Engineering Materials)에 10월호 표지논문으로 게재됐다.