소재강국 실현을 위한 FRONTIER. 재료 전문 종합연구기관.

분말/세라믹연구본부

분말/세라믹연구본부

실장 최종진

연구실 소개

기능세라믹 연구실은 고출력 전자부품 소자의 신뢰성 및 자동차 부품 에너지 효율 향상을 위한 융복합 소재 기반 미래형 열관리 기술, 고감도 센서 및 에너지 하베스터용 압전소재/소자 제조 및 평가기술, 압전 센서용 친환경 단결정 성장 기술, 열에너지 효율성 향상을 위한 열전/전기열량/자기열량 소재, 의료 부품용 바이오 소재, 금속지지체 연료전지 소재 및 세라믹 박막/후막 공정을 연구하고 있으며 국내외 대학 및 산업계와 활발한 교류를 통해 기능성 세라믹 소재 및 코팅분야의 허브 역할을 수행하고 있다.

055-280-3371

주요 실적

열관리 세라믹 소재 기술 관련 논문 게재 2건, 국내 특허 등록 1건, 출원 3건
고감도 센서 소재 기술 관련 논문 게재 5건, 국내특허 출원 2건
압전 및 자왜 소재 기반 에너지 하베스터 기술 관련 논문 게재 5건, 국제 특허 등록 2건
압전 센서용 친환경 단결정 성장 기술 관련 논문 게재 3건, 국내 특허 출원 1건

주요 연구분야

고출력 전자부품소자의 신뢰성 향상을 위한 미래형 열관리 융복합 방열소재 기술
자동차 부품 에너지 효율 향상을 위한 다공성 세라믹 단열코팅 기술
에너지 하베스팅 소자 및 압전소재, 고감도 자기센서용 자기-전기 소재 및 응용기술
압전 센서용 친환경 압전 단결정 성장 기술
고신뢰성 금속지지형 고체산화물 연료전지 단위셀 제조 기술
열전/전기열량/자기열량효과를 응용한 차세대 냉각기술 및 고효율 에너지 소재 기술

향후 연구계획

  • 정보전자 부품소재의 신뢰성 향상을 위한 미래형 열관리 융복합 소재 기술 개발
  • 압전 단결정 기반 복합체 및 자왜 소재 기반의 에너지 하베스팅 소자 특성향상 연구
  • 고기능 이방성 세라믹스의 투명화를 통한 원천 소재기술 개발
  • 친환경 압전 단결정 성장 기술을 활용한 압전 센서용 소재 개발
  • 금속 지지체형 SOFC 고효율화 및 고신뢰성 연구
  • 열전효과/전기열량효과/자기열량효과의 융복합화를 통한 새로운 냉각기술 및 소재 연구
  • 국제협력, 학연간 협력연구를 통한 에너지소재의 고성능화 연구

연구개발 추진실적

고출력 전자부품의 신뢰성 향상을 위한 융복합소재 기술 이용 미래형 열관리 기술 개발

[과제 소개]

  • 전자부품에서 발생하는 열을 외부로 효과적으로 방출할 수 있는 고방열, 고내전압 AlN 세라믹 절연후막 및 고열전도 MgO 방열기판 제조 기술 개발

[기술개발 내용 및 특징, 성과]

  • 고방열 AlN 세라믹 절연 후막 제조 기술 연구
    • AlN 후막 두께 및 열전도도 향상 기술
    • 고열전도 물질 첨가한 AlN 복합 후막 제조 기술
    • COH(Chip on Heatsink) 패키지 제작 및 신뢰성 평가 기술
  • 고열전도 MgO 기판 저가 제조 기술
    두께별 AlN 후막의 미세구조 사진 및 열저항 평가 결과
  • 2017년 국내특허 등록 1건, 출원 3편, TOP 저널 게재 2건, 국내학회 2편, 국제학회 1편 발표

레이저 이용한 세라믹 필름의 상온 열처리 결정화 기술개발

[과제 소개]

  • 전자 세라믹 필름의 성능향상을 위해서는 고온 열처리를 통한 결정화가 필수적인데, 본 과제에서는 레이저를 이용하여 세라믹 필름의 상온 열처리 결정화 기술개발 및 이를 활용한 고효율의 자기/전기 복합체 제작

[기술개발 내용 및 특징, 성과]

  • 레이저를 이용한 세라믹 필름 결정화 기술 연구
    • 가시광선 레이저를 이용한 압전 PZT 필름의 상온 열처리 공정 연구
    • 레이저 결정화된 PZT를 활용한 고성능 자기/전기 복합체 제작
    • 이론값에 가까운 우수한 자기/전기변환 성능 달성
    여러 레이저의 PZT 필름에서의 투과정도 비교
    자기/전기 변환성능의 이론값 및 실제측정값 비교
    본 연구결과는 Advanced Materials지의 표지그림으로 선정됨
  • 2017년 국제 SCI 논문 4편 게재, 국제특허 1건 등록, 국제학회 발표 5건, 국내학회 발표 3건

IoT 센서 구동용 단결정 압전 하베스팅 기술개발

[과제 소개]

  • 4차 산업혁명의 핵심기술인 IoT 센서 네트워크의 활용확대를 위해서 진동에너지 구동형 압전 하베스터의 에너지 출력 및 신뢰성 향상

[기술개발 내용 및 특징, 성과]

  • 압전 단결정을 이용한 고출력/고신뢰성 하베스터 개발
    • 압전 단결정의 조성에 따른 하베스팅 출력분석
    • 유한요소 해석 프로그램을 이용한 압전 하베스터의 최적구조 설계
    • 진동형 압전 하베스터의 출력 5mW이상 달성
    압전 단결정 하베스터의 측정모습 (좌), 하베스터에서 출력된 파워 (중간), 유한요소 해석을 이용한 구조최적화 (우)
  • 2017년 국제 SCI 논문 2편 게재, 국제학회 발표 4건, 국내학회 발표 3건

연구개발 성공사례

친환경 압전 단결정 및 씨드 소재 개발

[과제 정보]

  • 연구책임자 : 안철우 박사
  • 전화 : 055) 280-3406
  • E-mail : 이메일 확인
  • 연구기간/비용 : 2016.01~현재 / 100,000천원
  • 참여기관 : 재료연구소

[기술의 핵심]

  • 저가의 일반 소결 공정을 사용하여, 친환경 압전 센서용 저가 단결정 소재 및 씨드 제조 기술 개발

[기술 개발 내용 및 특징]

  • 저가의 일반 소결 공정으로, 단결정 성장용 Seed를 사용하지 않고, 친환경 압전 단결정을 제조하는 기술을 세계 최초로 개발
  • 개발된 단결정은, Pb(Zr,Ti)O3 (PZT) 계열 단결정에 비해, 2배 이상 높은 압전전압계수를 보임.
  • 상용화가 가능한 용융염법을 사용하여, (K,Na)NbO3 (KNN) 계열 친환경 소재의 Seed 제조에 세계 최초로 성공함.
일반 소결법으로 제조된 친환경 압전 단결정(좌) 및 용융염법을 통해 제조된 KNN 계 Seed 소재(우)

[상용화 실적 및 산재권/논문실적]

  • SCI 논문 4편
  • 해외 특허 출원 1건
  • 국내 특허 출원 3건
  • 국내 특허 등록 1건
Journal of American Ceramic Society에 실린 표지 이미지

[기술효과 및 활용분야]

  • 개발된 친환경 압전 단결정은 압전전압계수가 PZT 계열 단결정보다 높아서, 압전 센서 분야에서 환경 오염 물질인 PZT 계 소재를 대체할 수 있음.
  • 현재 PZT 계 압전 단결정 소재가 사용되고 있는 초음파 진단기용 트랜스듀서 등에 활용이 가능함.
  • 개발된 KNN 계 Seed 소재는 미래 유망 소재인 친환경 압전 배향 소재의 개발에 활용될 수 있음.