물체를 구성하는 물질을 재료(material)이라고 하며 물, 공기, 돌, 나무, 흙 등이 포함된다. 물리적으로 변형이 불가능한 물체보다 압력이 제거된 후 원래의 모양을 유지할 수 있는 유연성이 중요하다.

재료의 유연성은 '가해진 응력이 제거될 때 탄성적으로 변형되고 원래 모양으로 돌아가는 능력'이라고 볼 수 있다. 과학이 발전하며 고분자 복합소재(Polymer composoite)에 대한 연구가 활발해진 이유다.

고분자는 많은 작은 분자로 이뤄진 분자량이 1만 이상인 큰 분자로 100개 이상의 원자로 구성돼 있다. 또한 복합소재(composites)는 '2가지 이상의 재료가 결합돼 물리적 및 화학적으로 다른 상(phase)을 형성하면서 보다 우수한 성능을 갖는 재료'를 말한다. ◇ 한국과학기술연구원(KIST)의 안보⸱재난안전기술단의 임무 소개

한국과학기술연구원(KIST)의 안보⸱재난안전기술단은 2010년 설립됐다. 국방 연구개발 제도개선, 국방 연구개발 과제화/연구지원, 군에 과학기술 지원 등의 임무를 수행하고 있다.

더불어 안보⸱재난안전기술단 소속 미래국방국가기술전략센터는 2022년 만들어졌다. '국방과학기술 혁신을 위한 국가 연구개발 투자전략 싱크탱크'로 비전을 설정했다.

주요 임무는 △과학기술정보통신부의 국방 연구개발(R&D) 투자정책 수립 지원 △국방적용 가능 민간R&D 역량 발굴-과제기획 △국방R&D 민관군 협력기반 마련 등이다.

이번에 소개할 기술은 KIST의 전북분원구조용복합소재연구센터 양철민 책임연구원(cmyang1119@kist.re.kr)이 수행한 '탄소 및 세라믹 소재 기반 초경량 다기능성 고분자 복합소재'다.

◇ 신개념의 고분자 복합소재 개발...  초경량인 다기능성 고분자 복합소재에 대한 시장의 요구 증가


고분자 복합소재는 전기/전자, 자동차, 건축 분야에 적용할 수 있는 초경량이면서 고강도, 전기 및 열전도성, 전자파 차폐, 난연 등 다양한 기능성이 복합화된 신개념의 고분자 복합소재라고 볼 수 있다.

연구 목표는 마이크로/나노 스케일의 탄소/세라믹 소재의 최적 설계를 통한 초경량 다기능성 고분자 복합소재 제조 기술을 확보하는 것이다.

디지털 기기의 소형화/집적화, 미래 친환경 자동차가 대중화되고 있는 상황에서 각종 전자기기 등으로부터 발생하는 열의 방출, 전자파의 차폐, 화재에 대비한 난연성 부여가 가능하면서 초경량인 다기능성 고분자 복합소재에 대한 시장의 요구가 증가하고 있다.

이러한 시장의 요구에 대응하기 위해 다양한 탄소/세라믹 필러의 최적 설계 및 제어를 통한 고성능 다기능성 복합소재 제조 기술의 확보가 필요한 상황이다.

◇ 기존 소재의 한계를 극복하는 다양한 물성 확보... 난연성이 확보된 고분자 복합소재 제조 기술 개발

기존 고분자 복합소재 대비 소량의 필러를 복합화하면서 탄소/세라믹 기반 필러의 고성능화, 하이브리드화, 배향 제어를 통해 기존 소재의 한계를 극복하는 다양한 물성을 확보했다.

우수한 열전도성, 전자파 차폐 특성, 난연성이 확보된 고분자 복합소재 제조 기술을 개발한 것으로 판단된다.

▲ 수직 방향 열전도성이 향상된 복합소재 제조 개념도 [출처=한국과학기술연구원]

▲ 고열전도성/난연성 고분자 복합소재 건축재 응용 사례 [출처=한국과학기술연구원]
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