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폐기물이 기능성 나노분말로

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작성일14-12-19 09:34 조회2,753회

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폐기물이 기능성 나노분말로

재료, 기능성 나노분말 제조 및 공정기술 개발




 폐기물이 기능성 나노분말로 재탄생했다.

  재료연구소(소장 강석봉) 분말/세라믹연구본부 정국채 박사팀은 폐기물로 버려지는 첨단 소재를 재활용해 기능성 나노분말을 제조하는 기술을 개발, ㈜디엔에이치테크(대표 김태형)에 이전했다.

  산업 현장에서는 여러 가지 폐기물들이 나오기 마련이다.

  반도체 또는 태양전지 제조 과정에서는 원통 형태의 실리콘 잉곳을 자르고 남는 실리콘 잔여물 및 분말이 생긴다.

  또 불량 실리콘 웨이퍼나 반도체 제조 과정 중 깨진 웨이퍼(반도체 재료가 되는 얇은 원판) 조각 등도 있다.

  고순도 금속 사용 과정에서 남는 금속 조각이나 분말도 있을 수 있다.

  이번에 개발된 기술은 이러한 첨단 소재 폐기물을 효과적으로 재활용할 수 있는 기술이다. 첨단 소재는 말 그대로 반도체, 에너지 등 유망 산업 분야에 적용되며 가격이 높아 재활용 기술 개발이 필요하다.

  기능성 나노분말로 재탄생해 휴대폰 배터리나 전기자동차 등에 사용되는 이차전지, 전자제품의 금속배선, 연마제 등을 만드는 소재로 사용될 수 있다.

 

  정 박사는 제4의 물질 상태로 불리는 ‘플라즈마’를 이용해 첨단 소재들을 재활용했다.

 

  음극과 양극 사이에 직류전압을 걸어주면 플라즈마가 발생한다. 이 때 양극 내부에 있는 재료는 플라즈마의 높은 열로 인해 녹으면서 외부로 증발한다. 이를 급속 냉각 하는 과정 등을 통해 나노분말을 생산한다.

  비교적 간단한 플라즈마 발생 시스템으로 주요 재료는 분말, 알갱이, 벌크 등 다양한 형태를 적용할 수 있다. 즉 다양한 모양의 폐기물을 사용할 수 있다.

 

  정 박사는 지금까지 시도되지 않았던 반도체 소재에도 기술을 적용해 반도체 나노분말을 성공적으로 제조했다.

  플라즈마를 이용하는 방법은 전류가 흘러야 하기 때문에 저항이 적은 금속만 사용할 수 있다. 정 박사는 반도체의 온도를 높이면 저항이 감소하는 성질을 이용해 기술을 적용했다. 반도체 나노분말은 이차전지나 태양전지, 전자기 소자 등에 사용할 수 있다.

 

  나노분말 제조방법은 화학적 방법과 물리적 제조방법이 있다.

  화학적 방법은 보통 제조과정 등에서 화학적 부산물 처리를 위한 폐수 등 이차적 오염이 따른다. 또 대개 대량생산이 어렵다.

  물리적 방법은 분말, 가스 등 원재료의 형태에 제한이 있다. 실란, 염화붕소 등 고가의 유해한 가스를 사용하기 때문에 환경오염의 문제도 있다.

  또 해외의존도가 90% 이상인 기존 금속계 나노분말의 수입대체 및 반도체 등 첨단 기능성 나노분말 국산화 기술에 대한 요구가 많았다.

  나노분말의 세계 시장은 연간 6조원, 국내 시장은 1조원이며, 연 20% 이상 성장할 것으로 예상된다. 이 중 10%가 플라즈마를 이용해 제조하는 것으로 추정된다.

  정 박사는 국내 특허 등록 2건, 출원 2건을 확보했다.

  기술 이전 기업과 함께 첨단 플라즈마 장비 및 인프라에 대한 공동연구를 진행할 예정이다. 관련 기술이 모두 개발되면 향후 10년간 500억원 이상의 매출과 10억원 이상의 비용 절감 효과를 볼 것으로 기대된다.

 

  연구책임자인 정국채 박사는 “기술이 상용화 되면 친환경 공정으로 기능성 나노분말을 제조할 수 있고, 첨단소재의 재활용 비율 또한 크게 높아지게 될 것”이라고 말했다.

 

  한편 이번 연구는 재료연구소 일반사업인 ‘신성장동력 기반의 분말소재 신기술 개발 및 보급사업’과 미래창조과학부 신기술융합형 성장동력사업본부의 자기냉각액화물질 융합연구단에서 지원하는 ‘저온자기냉각용 고효율 자기열량재료 연구’ 과제를 통해 이뤄졌다.