문제해결형 전문 전자세라미스트를 양성하는 전남대학교
‘전자세라믹 연구실’

공과대학교 수업에서 사용하는 “전자세라믹스” 교재에 나오는 다양한 소재와 주제의 많은 부분이 실제 연구주제가 되고 있는 연구실이 있다. 바로 전남대학교 ‘전자세라믹 연구실’이다. 전남대학교 ‘전자세라믹 연구실’은 이종숙 교수 지도하에 박사과정 2명, 석사 6명 등의 연구생들이 연구 활동을 수행하고 있다.
이러한 평범하고 막연한 타이틀인 ‘전자세라믹’이 실제 연구실의 연구 활동으로 어떻게 적용되어지는지 전남대학교 이종숙 교수를 만나 자세한 소개를 들어봤다.

현재 연구실에서 중점적으로 추진하고 계신 사업 또는 연구가 있다면 소개 부탁드립니다.
한국 연구재단(구 학술진흥재단)의 개인 기초연구사업들을 근년에 완료하고 현재는 전남대 교수, 국내 대학교・연구소 등이 함께 교과부 및 지경부가 지원하는 국가연구과제들과 직간접적으로 지원되는 민간기업체 과제들도 수행하고 있습니다.
또 공식적인 과제의 형식이 아니더라도 관련 연구 주제로 공동 연구가 많이 진행되고 있습니다. 공과대학교 학부수업에서 사용하는 “전자세라믹스” 교재의 다양한 소재와 주제의 많은 부분이 실제 저희 연구실에서 수행되는 연구주제가 되고 있습니다. ‘전자세라믹’ 연구실명이 실제 저희 연구실 연구 활동을 한마디로 나타내고 있습니다. 소재 측면에서 볼 때 고체전해질, 반도체, 혼합전도체, 유전체 등으로 분류되는 전자세라믹 소재의 기초 물성을 연구하고 이들이 세라믹연료전지, 배터리, 광물분해전지, 센서, 세라믹커패시터, 압전소자 등의 전자 및 전기화학 디바이스 및 소자의 부품으로 사용될 때의 특성 및 성능을 연구하고 있습니다.
처음부터 계획된 것이 아니라 연구를 하다 보니 자연히 연구주제가 넓어지고 있습니다. 연구대상과 시스템이 다양하다고 해서 분산되고 지엽적인 연구가 되는 것이 아니라, 여러 시스템을 검토하는 과정에서 오히려 통합적인 양상을 발견하게 되고 근본적인 메커니즘 규명의 필요성과 가능성을 알게 되었습니다. 이미 보고된 문헌 연구를 통해서도 이러한 연구방향으로 진행할 수도 있지만, 전자세라믹 분야에서 이미 연구가 많이 되어 있는 시스템 및 주제들도 재검토가 필요한 것으로 보입니다.
저희 연구실에서 직접적인 실험 결과가 이러한 연구의 진전에 결정적인 역할을 하고 있습니다. 연구실에서 필요에 따라 여러 합성법 및 제조법을 통해 시편 준비도 진행되고 있지만, 광범위한 소재와 디바이스를 저희 연구실에서 다 준비한다는 것은 불가능하기도 하려니와 바람직한 연구방향도 아니라고 생각합니다. 저희 연구실의 연구 분야의 확장과 발전은 전문연구그룹 또는 연구자들과의 공동연구를 통해서 시편, 디바이스 또는 데이터를 제공받거나 문제를 받았기 때문에 가능하였다고 할 수 있습니다.
이번 기회에 지면을 통해서 저희 연구실이 관련 분야에서 심화 연구의 계기를 갖게 해주신 여러 기관과 연구 그룹의 공동연구자들에게 감사를 드리고 싶습니다.
타 연구소와 공동 연구하는 실험이 있는지 궁금합니다.
현재 한국에너지기술연구소(KIER)에서 총괄하는 21세기 프론티어 고효율 수소에너지 제조・저장・이용 기술 개발 사업의 일환으로 한국에너지기술연구원(KIER) 과 함께 “고온 수증기전해메커니즘 및 세라믹수소극소재개발” 위탁연구, 한국세라믹기술원(KICET)에서 총괄하는 고체산화물에너지변환나노복합세라믹소재기술 소재원천기술개발사업에서 한국과학기술연구원(KIST) 주관으로 “이온전도성/혼합전도성 나노복합화 세라믹소재기술” 과제에 참여연구, KIST 총괄 Protonics 기반 한계돌파형 세라믹 연료전지(PCFC) 핵심 소재・공정 및 고기능성 단전지 기술 개발의 세부과제로 한국기술교육대학과 함께 “프로톤전도성 세라믹의 다종수송현상 실험및전산모사” 연구를 수행하고 있습니다. 또 최근 한국재료연구소(KIMM)의 기관고유사업에서 “리튬고체전해질 전기화학 특성평가 및 분석”의 위탁연구를 수행하게 되었습니다.

연구 중인 분야의 발전가능성과 현재까지 연구 분야의 성과는 어떠한가요.
전자세라믹(electroceramics) 분야는 세라믹재료에서의 전자 및 이온의 수송현상과 관련되어 1) 반도체/유전체/절연체 세라믹을 사용하는 전자 부품 및 디바이스와 2) 이온전도체/혼합전도체 세라믹이 사용되는 연료전지와 배터리와 같은 전기화학 디바이스에서 결정적인 역할을 하고 있다고 할 수 있습니다. 저희 연구실에서는 전자세라믹의 큰 두 방향 전반에 걸쳐 다양한 소재의 특성과 관련 디바이스에 대해 연구하고 있는데 기본적인 소재 분석과 다양한 전기적 분석 툴과 함께 가장 중요한 분석도구로 임피던스 분광법을 응용 및 지속적인 개발을 해오고 있습니다. 임피던스 분광법은 제가 대학원 학위과정 때부터 연구를 계속 해온 것이지만 전남대로 임용 후 연구를 통해서 비로소 여러 가지 잇슈들에 현상학적이고 개별적인 접근이 아니라 근원적인 접근을 하게 된 것 같고 현재 소정의 성과를 얻어 가고 있습니다. 저 자신이 이 분석법의 유용성과 중요성에 대해 어느 때 보다 확신을 갖게 되어 가고 있는 중입니다. 현재까지 1) 산소이온, 프로톤, 리튬, 소듐 고체전해질 및 혼합전도체와 유전체/압전체에서 입계와 전극 효과를 고려한 통합 임피던스 모델의 개발과 2) 연료전지와 배터리의 임피던스 분석법 개발을 통한 분극 메커니즘과 전달현상 규명 등 초기 성과들이 나오고 있습니다.

연구실 운영의 노하우나 고충에 대해 세라믹코리아 독자들과 공유하고 싶으신 내용이 있다면 한 말씀 부탁드립니다.
저희 연구실의 특징 상 장비가 중요하고 실제로 측정 및 분석 장비를 구축하고 개발하기 위해 많은 노력을 하고 있습니다. 이러한 장비 및 설비는 십년, 이십년, 제가 재직기간 동안 유형의 연구실을 보여준다고 할 수 있겠지만, 여러 가지 상황을 판단할 때 중요한 기준으로 삼으려고 하는 것은 학생들의 연구실 생활입니다. 짧게는 이년 밖에 되지 않는 기간이지만 학생 개개인의 인생에 있어서 결정적인 시간이 될 수 있고, 이것이 보다 더 중요한 연구실의 핵심요소라 생각합니다.
 저희 연구실 학생들은, 시행착오를 겪지 않고 확립된 내용을 배우게 되는 장점을 감안하더라도, 어떤 의미에서 제가 20년 넘게 연구한 것을 따라 잡아야 하고 그것을 바탕으로 새로운 문제를 같이 고민하고 해결하는 연구를 해야 하는데, 정해진 학위 시간동안 충분히 교육하고 공부할 시간을 못 가지는 것 같아 미안하고 아쉬운 마음이 있습니다. 특히 초창기 멤버들은 실험실 셋업에 많은 시간과 노력을 들었으므로 체계적인 교육의 기회가 많이 부족했는데, 연구실 셋업의 특별한 경험이 보완이 될 수 있는 좋은 자산이 되었기를 바랍니다. 이번에 학부생 연구원을 거쳐 진학한 학생들의 경우를 보니 체계적으로 ‘조기교육’을 시키면 이러한 아쉬움이 훨씬 줄어들 것 같은 희망이 보입니다. 원론적이고 지극히 타당한 이야기이지만, 일이 더디어도 교육을 시켜서 스스로 문제를 해결하는 능력을 키워주는 것이 학생들이 ‘살고,’ 제가 ‘살고,’ 전자세라믹 연구실이 ‘사는’ 길이라는 생각이 듭니다. 사람들이 다 능력과 성향이 다르고 또 개개인도 여러 면에서 기복이 있는데 아무쪼록 열심히 즐겁게 공부하고 일하는 학생들이 전체 실험실 분위기를 이끌면서 그렇지 못한 사람들을 격려해서 같이 데리고 갈 수 있는 연구실이 되었으면 합니다.

마지막으로 세라믹코리아 독자들에게 전하고 싶은 내용
산화물 초전도체의 발견 및 우주왕복선의 단열 세라믹소재의 응용 등으로 제가 대학에 입학할 80년대 중반에 당시 무기재료공학과 또는 세라믹공학과는 최고인기학과에 속했습니다. 대학을 졸업할 무렵부터 “땅값 높을 때 들어와서 떨어졌을 때 나간다”는 이야기가 있더니, 외국에서 연구를 하고 십여 년만에서 한국에서 자리를 잡고 보니 IMF를 거치면서 한국의 이공계는 사회적인 인식에서 바닥을 치고 있었습니다. 대학의 재료공학교육양상도 많이 달라진 것 같습니다. 세라믹재료 연구는 앞으로도 계속 진행되어야하고 기초적인 교육이 많이 필요합니다. 열정을 가진 후속세대는, 어쩌면 희소가치가 아주 높을 수 있는, 미래에 꼭 필요한 전문가가 될 것이라고 믿고 노력을 아끼지 않아야 할 것이고, 기성세대는 이러한 후속세대를 양성하고 지원할 수 있는 교육 및 연구 개발 환경을 조성하고 또 지켜나갈 수 있기를 바랍니다.

김동진 기자 rizzz@naver.com