대덕연구단지의 세라믹스연구 현장(2) - 한국화학연구원 새로운 세라믹원료·신공정개발 연구 주력 화학소재연구부 등 3개 연구부서에서 총 21건의 세라믹 연구과제 수행 세라믹관련 등록특허 40여건 보유, 발표논문 40건, 국제공동연구 4건 진행 대덕연구단지내의 정부출연기관인 한국화학연구원(www.krict.re.kr 원장 김충섭)은 화학소재연구부, 화학기술연구부, 응용화학연구부를 중심으로 정밀화학이 가미된 합성법을 이용하여 새로운 분말·원료 개발과 신공정 개발 연구를 수행하고 있다. 이 밖에도 화학적 반응을 이용하여 세라믹 관련 기술·원료 개발을 수행하고 있다. 현재 ‘다결정실리콘 기판재료 제조공정기술 개발’(연구책임자 문상진)을 비롯하여 29건의 과제를 수행중이다. 부서별 연구현황을 살펴보면 화학소재연구부에서 가장 활발한 세라믹관련 연구가 진행되고 있다. 화학소재연구부에서는 신기능 고분자 및 무기소재의 합성과 특성평가에 관련된 핵심 기술을 연구하고 있다. 고분자소재 연구그룹과 무기소재 연구그룹으로 구성되어 있으며 현재 ‘평판 디스플레이용 형광물질 제조 공정 기술 개발’(연구책임자 강윤찬) 등 20여개의 세라믹소재 관련 과제를 진행하고 있다. 고분자소재 연구그룹은 첨단의 고분자소재 및 용도개발을 목표로 내열, 고강도, 초경량, 전기전도성, 고분자고체전해질, 감광성, 생체친화성, 중금속·희귀금속의 선택적 분리, 접착기능 등의 특성을 가진 다양한 기능소재 개발을 담당하고 있다. 현재 이 연구그룹에서는 자동차의 엔진주변부품, 항공기·선박 등 수송기기의 경량 구조재료나 반도체 패키징 및 기판소재, 표시소자·광통신, 정보기록 등 정보통신용소재, 전자기기의 구조 및 절연재료 등에 사용되는 폴리이미드 수지 관련 기술 연구를 대표적으로 수행하고 있다. 무기소재 연구그룹에서는 고강도 고인성 세라믹스, 내열 전도성 세라믹스, 초내열 복합 재료, 탄소 및 탄소 복합재료, 화학 증착용 단일 선구 물질에 관한 연구를 수행하고 있다. 또한 전기 변색 물질, 단파장 발광 물질로 이용하기 위한 질화갈륨 단결정 성장, 공해방지용 제올라이트, 정밀 분체 재료 개발 등의 연구를 수행하고 있다. 현재 무기소재 연구그룹에서는 같은 개수의 탄소와 규소가 들어 있는 디실라부탄(CH3SIH2CH3SIH3)을 사용하여 기존보다 훨씬 낮은 온도에서 탄화규소(SiC)를 증착할 수 있다는 것을 발견하여 양질의 탄화규소 단결정을 증착하는 방법을 확립하였으며 수백도의 고온에서도 작동하는 탄화규소 전자 소자 개발을 수행하고 있다. 또한 산화알루미늄, 산화마그네슘, 이산화티탄, 알루민산마그네슘, 알루민산베릴륨, 갈륨산아연 등의 산화물 박막을 만들 수 있는 선구 물질 등을 개발하였다. 화학기술연구부는 환경, 에너지, 복지 문제의 화학적 해결과 인간의 삶의 질 향상을 위한 신기술 개발에 중점을 두고 있으며, 촉매 및 신공정 기술 연구그룹으로 구성되어 있으며 현재 ‘나노촉매의 분자제어 기술 개발’(연구책임자 박상언) 등 4개의 세라믹관련 과제를 수행하고 있다. 촉매 연구그룹에서는 촉매의 제조단계에서부터 특성규명 및 반응공정의 개발을 통한 촉매기술의 실용화를 연구하고 있다. 또한 원가절감과 부산물 저감 기술 개발, 나노세공 및 고체산 촉매 기술 개발, 공촉매 기술개발, 무기막 촉매 기술 개발 등을 병행하고 있다. 현재 촉매 연구그룹에서는 12,000톤 규모의 폴리부텐 생산공정의 상업화와 염색공단의 폐기물로부터 고순도 테레프탈산을 회수하는 공정 개발 등이 실증화 되고 있다. 신공정 연구 그룹에서는 마이크로 웨이브, 초임계유체, 빛에너지, 초음파 등 새로운 매질을 이용한 차세대공정기술과 반응성분리막, 반응성증류 기술 등 환경친화형 복합공정기술 개발을 시행하고 있다. 응용화학연구부에서는 화학공업관련 산업의 중간원료와 기능성 화학물질의 고기능화와 응용 및 제조방법의 개선 등을 연구하고 있으며 현재 ‘액상으로부터 결정화 공정기술 개발’(연구책임자 김광주) 등 3개의 세라믹소재 관련 연구를 진행하고 있다. 현재 한국화학연구원에서는 ‘실리카층으로 안정화시킨 팔라듐 무기복합막 및 이의 제조방법’(연구책임자 이규호) 등을 비롯하여 40여건의 세라믹관련 특허를 등록을 하였으며 100여건의 특허출원을 마친 상태이다. 세라믹소재 관련 논문은 ‘깁사이트를 이용한 고기능 세라믹 촉매담체의 제조’(박병기) 등을 비롯하여 40여건에 이르고 있다. 이 밖에도 화학연구원에서는 연간 200억원 규모의 형광체 수입대체 및 수출효과를 기대할 수 있는 분무열분해 공정기술인 ‘PDP용 구형형광체 대량합성기술 개발’이 강윤찬, 박희동 박사팀에 의해 개발되어 (주)대주정밀화학에 기술이전 준비를 진행 중이다. 이 밖에도 현재 진행 중인 ‘화학응고반응을 이용한 세라믹스 습식성형기술’(연구책임자 이재도)은 반도체 장비와 정밀 산업 기기 부품 등 전형적인 소량 다품종 엔지니어링 세라믹스 제품의 국산화를 촉진 시킬 수 있을 것으로 예상되고 있다. 특히 이 기술은 견품 또는 시제품의 단시간내에 제조와 활용이 가능하며 내화물 및 위생도기 등의 전통 세라믹 제품 생산에도 활용 가능성이 클 것으로 보여지고 있다. 이 밖에도 상용화된 실용 기술을 보면 ‘제올라이트 성형체 제조 기술 개발’(이정민, 서정권 박사팀), ‘세라믹스 발열 TIP제조 기술개발’(연구책임자 이재도)과 ‘엔진용 고성능 질화규소 소재 및 부품개발’, ‘세라믹 발열 TIP제조 기술개발’ 등 다수이다. 세라믹관련 국제공동(협력)사업을 보면 현재 폴란드와 공동으로 ‘유기 탄성체용 나노 구조형 실리카의 합성 및 응용’(연구책임자 박수진)을 비롯하여 일본, 이태리 등과 공동으로 4건의 과제가 진행되고 있다. 화학소재연구부 나노물성연구팀의 류병환 박사는 “본 연구원의 소재관련 연구자들은 모든 산업의 기본인 소재 산업의 활성화를 위하여 화학적 방법을 접목하여 신기능을 갖는 NT, BT, ET관련 소재를 개발하고자 한다” 라며 “모든 산업의 기본바탕은 화학기반 산업이며 우선적으로 분말 등과 같은 소재의 기술개발이 중요하다”라고 밝혔다. 한국화학연구원은 앞으로 화학신소재, 소재관련 핵심공정 기술, 반도체 화학소재, 중소기업지원 사업 등을 중점 추진함으로써 세계속의 ‘화학소재 전문연구기관’으로의 성장을 준비 중이다. 문의)042-860-7114 吳德根 기자 표 1. 관련부서별 세부연구내용 구분 주요 연구내용 고분자소재 - 첨단의 고분자소재 및 용도개발 연구그룹 - 고기능 폴리이미드 수지 관련 기반 기술연구 화학소재 무기소재 - 고강도·고인성 세라믹스, 내열 전도성 세라믹스 개발 연구부 연구그룹 - 초내열 복합재료, 탄소·탄소 복합재료, 화학 증착용 단일 선구물질, 갈륨 단결정 성장, 정밀 분재 재료 개발 화학기술 촉매 - 신화학 개념을 창출하여 청정화학, 환경촉매, 에너지 절약 및 연구그룹 생체 친화형 촉매기술 개발 신공정기술 - 마이크로웨이브, 초임계유체, 빛에너지, 초음파 등 연구부 연구그룹 새로운 매질을 이용한 차세대공정기술 개발 - 반응성분리막, 반응성증류, 분리막증류 기술 등 환경친화형 복합공정기술 개발 응용화학연구부 - 기능성화학물질의 고기능화와 응용 및 제조방법의 개선 연구 구형형광체 대량 합성장치(강윤찬, 박희동 박사팀) 표 2. 현재 진행중인 세라믹관련 과제 목록 재원 과제명 책임자 과기부 국가지정연구실사업 액상으로부터 결정화 공정기술 개발 김광주 과기부 국제공동(협력)사업 메카노케미컬 처리를 이용한 고기능성 소재 개발 류호진 과기부 국제공동(협력)사업 청정환경과 청정에너지를 위한 분리막 및 분리막 공정 개발 이규호 과기부 국제공동(협력)사업 골조직 재생에 유용한 생체활성 유.무기 복합체의 개발 이상훈 과기부 국제공동(협력)사업 유기 탄성체용 나노 구조형 실리카의 합성 및 응용 박수진 과기부 국책연구사업 나노촉매의 분자제어 기술 개발 박상언 (나노핵심기반기술사업) 과기부 국책연구사업 자연순환형 Dioxanone계 케미칼 제조용 나노복합화합물 촉매 개발 이정호 (나노핵심기반기술사업) 과기부 국책연구사업 나노소재 Multiscale 전산모사 기법 개발 장현주 (나노핵심기반기술사업) 과기부 중점연구개발사업 Microwave의 선택적 가열특성을 응용한 단분산 구형 Zirconia 김희영 (신화학공정기술개발사업) 단분산 나노입자 제조기술개발 과기부 중점연구개발사업 평판 디스플레이용 형광물질 제조 공정 기술 개발 강윤찬 (기능성화학물질개발사업) 과기부 중점연구개발사업 광활성 금속 실리케이트 박막 제조용 화합물 개발 김창균 (기능성화학물질개발사업) 과기부 중점연구개발사업 환경개선용 자율조습재료 개발 및 실용화 연구 곽중협 (기능성화학물질개발사업) 과기부 프론티어연구개발사업 MOCVD법에 의한 고온 초전도 coated conductor 개발 김윤수 과기부 프론티어연구개발사업 전극소재 개발 및 막 형성 공정기술 개발 류병환 과기부 프론티어연구개발사업 평면도파로형 광증폭기용 나노소재 기술 개발 석상일 산업기술연구회 기본연구사업 친환경 기공소재 및 공정개발 서정권 산자부 대체에너지기술개발사업 다결정실리콘 기판재료 제조공정기술 개발 문상진 산자부 청정생산기술개발사업 크롬 프리(Cr-free) 및 자기 세정 기능성 메탈 코팅제 개발 석상일 산자부 산업기반기술개발사업 연료전지용 촉매조성 및 고성능 전극제조기술 개발(2) 류호진 산자부 산업기반기술개발사업 세포외기질 모방형 골수복재 개발(3) 이상훈 산자부 산업기반기술개발사업 화학응고반응을 이용한 세라믹 습식 형성 기술 개발 이재도 표 3. 주요 보유기기 기 기 명 Specific Surface Area & Pore Size Analyzer Nuclear Magnetic Resonance Spectrometer(NMR) Gas Chromatograph/Mass Spectrometer(High Resolution GC/MS) Gas Chromatograph/Mass Spectrometer(Low Resolution GC/MS) Liquid Chromatography/Mass Spectrometer(LC/MS) Gas Chromatograph(GC) Liquid Chromatograph(LC) Ion Liquid Chromatograph(ILC) Infrared Spectrometer(FT-IR) Near-Infrared Spectrometer(N-IR) Elemental Analyzer(EA) X-Ray Diffractometer(XRD) X-Ray Crystallograph(XRC) Scanning Electron Microscope/Energy Dispersive X-ray pectrometer(SEM/EDS) Atomic Absorption Spectrometer(AAS) Inductively Coupled Plasma - Emission Spectrometer(ICP-ES) Gel Permeation Chromatography Thermal Analyzer(Model : Du-Pont 9900) Rheometric Dynamic Spectrometer(Model : RDS-II) Capillary Rheometer(Model : Rosand RH7-2C) Universal Testing Machine(Model : 1125) Haake Rheocord(Model : Rheocord 90) Twin Extruder Kneader(Model : MPC/V-30) 사출성형기 (Model : NC-8000) Thermally Stmulated Current / Relaxation Map Analysis(TSC/RMA) (Model : 9100) Zeta - potential