KERI, 전기에너지 이용한 금속 나노분말 대량생산 기술 개발
조주현 박사
이 기술은 액체 속에서 나노분말 제조를 위한 원재료인 금속 와이어에 고전압 대전류의 펄스 형태로 전기에너지를 가하여 짧은 순간에 나노입자로 변환시키는 기술이다.
이 기술의 장점은 제조된 나노입자가 기체 속에서 실시하던 기존의 방법(‘기중 전기폭발법’)과 비교할 때, 입자 사이즈를 절반이하로 줄일 수 있고 제조된 나노입자들을 회수하는 과정에서 서로 들러붙는 응집 현상을 막을 수 있으며 입자의 크기별로 분리하여 회수하는 것이 가능하다는 점이다.
이 기술은 KERI의 축적된 펄스파워 기술을 이용하여 2005년부터 5년간에 걸쳐서 세계최초로 연구개발을 진행하였으며, 현재 은, 구리, 니켈 등의 금속 나노분말을 시간당 1kg 규모로 생산하는 기술을 개발하는데 성공했다. 기존의 “기중 전기폭발법”을 이용할 경우 시간당 200g에 불과한 것에 비해 5배 가량 향상된 규모이다.
조주현 박사팀은 이번 개발과 관련하여 국내 특허를 획득하고 미국, 일본 독일 3개국 특허출원한 상황이다. 아울러 국외 SCI 저널에 이번 개발과 관련한 연구결과 논문을 3편에 발표했다.
조주현 박사는 “이 기술을 이용하여 전자부품 제조에 이용되는 도전성(전기가 통하는 성질) 페이스트 제조, RFID 및 플렉시블 디스플레이 등의 인쇄전자 기술에 필요한 도전성 나노잉크 제조 등에 활용할 수 있을 것으로 기대된다”고 설명했다.
◆ 전기폭발이란? :
전기폭발(wire explosion)은 펄스(pulse) 대전류에 의해서 나노분말 제조의 재료인 금속 와이어가 폭발적으로 증발하여 기화하는 현상을 말한다. 이 현상은 전기에너지가 와이어에 열에너지로 축적되어 어느 한 순간 폭발적으로 방출되면서 강한 빛과 폭음을 동반한다. 우리의 일상생활 속에서 사용하는 전기안전 장치인 퓨즈도 펄스파워 기술에 의해서 전기폭발을 일으킬 수 있다. 나노분말을 제조하기 위하여 실시하는 전기폭발법은 주위의 매질의 상태(기체 혹은 액체)에 따라서 기중 전기폭발법과 액중 전기폭발법으로 구분하며, 각각의 방법으로 제조 가능한 물질과 제조된 나노분말의 특성이 다르다. 일반적으로 기중 전기폭발법은 세라믹 나노분말 제조에 유리하고, 액중 전기폭발법은 순수 금속 나노분말 제조에 유리하다.
◆ 펄스 : ‘펄스’는 아주 짧은 시간만 흐르는 전류로 낙뢰와 같은 충격전류와 비슷하다. 전기에너지를 커패시터라는 전기소자에 담아두었다가 스위치를 사용하여 일순간에 방출시키면 일반적으로는 발생하지 않는 파괴적인 현상을 일으킨다. 번개는 대표적인 펄스파워의 현상의 하나이다.
◆ 나노분말이란? : 입자의 지름이 나노미터(㎚·10억분의1m), 즉 0.1 마이크로미터 이하인 입자들의 집합을 일컫는다. 금속 물질이 나노입자가 되면 밖으로 노출된 원자의 개수가 크게 증가하면서 새로운 성질을 나타낸다. 그중 대표적인 성질은 원래의 물질에 비해서 녹는점이 크게 낮아지는 것과, 화학반응성이 크게 증가하는 것이다. 녹는점이 낮아지게 되면 전자회로를 잉크젯 프린터를 이용하여 인쇄하는 것을 가능하게 하고, 높은 화학반응성은 미량의 첨가로 큰 효과를 나타내는 나노촉매로서 적용이 가능해 각광받고 있다.
한국전기연구원 개요
한국전기연구원(KERI)은 과학기술정보통신부 국가과학기술연구회 산하 정부출연연구기관이다. 1976년 국가공인시험기관으로서 첫 출발한 이후 2017년 기관평가에서 우수 등급을 획득하는 등 최고 수준의 전기전문연구기관이자 과학기술계 대표 정부출연연구기관으로 성장했다. 현재 경남 창원에 소재한 본원 외에 2개의 분원(안산, 의왕)이 있으며, 전체 직원수는 620여명에 달한다. KERI는 실현 가능하면서도 대규모 파급효과가 기대되는 연구과제를 집중 선정하여 국가사회에 기여하는 대형 성과창출을 위해 연구개발에 매진하고 있다. 주요 업무분야는 차세대전력망 및 신재생에너지, 초고압직류송전(HVDC), 전기추진 및 산업응용 기술, 나노신소재 및 배터리, 전기기술 기반 융합형 의료기기, 중전기기 시험인증 등이 있다.
웹사이트: http://www.keri.re.kr
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