팽창 흑연은 일반적으로 연필심의 원료인 흑연을 산처리 후 고온 열처리 하여 제조한다. 흑연 시트가 층 간 간격을 두고 적층 된 독특한 형태로 나타나, 고분자 복합소재의 열전도도를 효율적으로 향상 시킨다. 팽창흑연은 최근 경량 고방열 플라스틱 제조를 위해 첨가하는 열전도성 충전재로써 재 주목받고 있다.

국내 연구진이 자체 개발한 유도 결합형 플라즈마를 이용해 흑연의 팽창구조를 제어해 우수한 고 방열 복합소재를 제조하는 기술을 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST) 김성륜 박사팀과 전북대학교 길명섭 교수 연구팀은 자체 개발한 유도 결합형 플라즈마를 이용하여 결함 및 표면 특성 변화를 최소화하면서도 팽창 정도를 제어하고 고속으로 팽창흑연을 제조할 수 있는 기술 개발에 성공했다고 24일 발표했다.


연구진은 유도 결합형 플라즈마의 처리 온도를 높일수록 팽창 흑연의 팽창률이 증가한 것을 확인했다. 가장 크게 팽창된 흑연을 혼입한 고방열 플라스틱의 열전도도는 사용된 플라스틱의 열전도도에 비해 최대 약 58배, 팽창되지 않은 흑연을 혼입한 플라스틱의 열전도도에 비해 최대 약 5.7배 향상되는 것을 확인했다.

본 연구진이 직접 설계 및 제작한 유도 결합형 플라즈마는 시스템의 가스 온도를 제어함으로써 흑연의 팽창구조를 자유롭게 제어할 수 있다. 기존 열처리 공정에 비해 팽창 처리 시간을 상당히 단축하여, 앞으로 고속화 및 자동화된 연속 공정으로의 개발이 가능할 것으로 보인다.

고방열 소재(TIM) 세계 시장 규모는 2025년 8조 6,680억 원으로 예측되며 앞으로 경량 자동차 방열 부품 및 전자재료(모바일, IT, LED분야 등) 등으로 확대 적용될 것으로 기대된다.

KIST 김성륜 박사는 “고방열 플라스틱의 열전도성 충전재로 탄소소재에 대한 관심이 높아지고 있다”면서 “이번 성과를 활용하면 가격이 저렴하고 고품질의 고방열 플라스틱을 제조할 수 있다”고 말했다.

미래창조과학부 지원으로 KIST 기관고유사업과 중소기업청 융복합기술개발과제로 수행된 이번 연구결과는 탄소 소재분야의 세계적 권위의 국제학술지인 ‘카본’(Carbon)에 지난 14일자에 온라인 게재됐다. /문병도기자 do@sedaily.com