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세라믹재료연구본부

기능세라믹연구실

실장 최종진
실장 최종진

연구실 소개

기능세라믹 연구실은 고출력 전자부품 소자의 신뢰성 향상 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, 고신뢰성 연료전지 및 배터리 소재, 환경정화 및 수소제조용 촉매 소재, 기능성 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

  • 방열 세라믹 소재 부품 관련 논문 게제 3건, 국내특허 출원 1/등록 1건, 기술이전 1건, 국제 특허 출원 1건
  • 압전 소재 및 에너지 하베스터 기술 관련 논문 게제 5건, 국내특허 출원 2/등록 1건
  • 촉매 및 전기화학 세라믹 소재 기술 관련 논문 게제 2건, 국내특허 출원 1/등록 2건

주요 연구분야

  • 전기자동차 및 고출력 전자부품소자 적용 미래형 열관리 융복합 방열소재 기술
  • 에너지 하베스팅 소자 및 압전소재, 고감도 자기센서용 자기-전기 소재 및 응용기술
  • 고배향 세라믹 압전 소재 제조 및 응용기술
  • 환경 정화 및 수소 제조용 촉매 제조 및 응용기술

향후 연구계획

  • 고방열 산화물 세라믹 필러 및 열계면소재 개발
  • 압전 단결정 기반 복합체 및 자왜 소재 기반의 에너지 하베스팅 소자 특성향상 연구
  • 나노분말 분쇄 및 분산용 세라믹 비드 제조 기술
  • 유해가스 및 온실가스 처리용 촉매 제조 및 모듈화 기술 개발
  • 국제협력, 학연간 협력연구를 통한 에너지소재의 고성능화 연구

연구개발 추진실적

IoT 센서 구동용 단결정 압전 하베스팅 기술개발

[과제 소개]

  • 4차 산업혁명의 핵심기술인 IoT 센서 네트워크의 활용확대를 위해서 진동에너지 구동형 압전 단결정 하베스터의 에너지 출력 및 신뢰성 평가 기술 개발

[기술개발 내용 및 특징, 성과]

  • 압전 단결정을 이용한 고성능/고신뢰성 진동형 하베스터 개발
  • 진동형 압전 하베스터의 출력 10mW 이상 달성
  • 가속수명시험법을 통한 진동형 압전 하베스터의 평균 수명 109 cycles 이상 달성
  • 압전 하베스터의 실증화(전력선 부착) 실험을 통한 IoT 센서 구동
  • SCI 논문 4편 게제
(좌) 진동형 압전 하베스터의 수명 평가 및 예측 (우) 하베스터에의 실증화 실험

30마이크론급 초소형 세라믹 비드 제조 및 신뢰성 평가 기술개발

[과제 소개]

  • MLCC, 이차전지 양극소재 등 첨단 전자/에너지 산업에 적용되는 기능성 세라믹 분말의 미립화 및 분산성 향상을 위해 사용되는 고경도/고인성의 구형 세라믹 비드 제조기술 개발

[기술개발 내용 및 특징, 성과]

  • 초소형 비드 성형을 위한 100nm급 지르코니아 나노 입자 및 고분산 슬러리 제조기술 개발
  • 나노스케일의 초입자 조립제어기술 개발
  • 분무건조 공정을 통한 ~20㎛급 구형도 (> 95%) 지르코니아 시드 제조기술 개발
  • 고경도 (>26 GPa), 고밀도 (>5.95 g/cm3), 고탄성계수 (>210 GPa)를 지닌 초소형 세라믹 마이크로입자 변환 기술 개발 (기존 문헌에 보고된 물성 대비 가장 우수한 경도)
  • SCI 국제 논문 1건 게재 및 국내 학회 구두발표 4건
(좌) 제조한 지르코니아 시드 SEM 이미지 (우) 나노인덴테이션 기계적 물성

플라즈마 발생 오존 제거용 고성능 모노리스 촉매 및 모듈화 기술 개발

[과제 소개]

  • 플라즈마가 발생한 고농도 활성종(오존)으로 공공시설 및 다중이용시설 실내공기 내 존재하는 병원체를 제거한 후 잔존하는 인체유해성 오존을 효과적으로 제거하기 위한 고성능 촉매 기술 및 compact형 모듈화 기술 개발

[기술개발 내용 및 특징, 성과]

  • 인체유해성 오존 제거용 고성능 촉매 소재 개발
    - 다양한 촉매 시스템 및 소재 변수에 따른 오존 분해 촉매 성능 최적화
    - 분석적 기법을 활용한 촉매상 오존 분해 반응의 메커니즘 분석
  • 오존 제거용 모노리스 촉매 및 모듈 제조 기술 개발
    - 모노리스 촉매 제조 및 오존 제거 성능 최적화
    - 플라즈마-모노리스 촉매 결합모듈 제작 및 모사 시스템 평가
  • 제일원리 기반 고성능 촉매 소재의 주요 변수 계산 연구
  • 기술이전 1건, 국내 특허 출원 7건, 국외 PCT 출원 2건, SCI 논문 2편 출판
플라즈마+오존제거촉매 기술 개념도(좌), 오존제거 촉매소재 성능(중) 및 모노리스 촉매 모듈(우)

연구개발 성공사례

고열전도성 산화물 세라믹 방열필러 소재 개발

[과제 정보]

  • 연구책임자 : 한병동 박사
  • 전화 : 055)280-341
  • E-mail : 이메일 확인
  • 연구기간/비용 : 2021.01.01.~2025.12.31. / 200,000천원
  • 참여기관 : 한국재료연구원

[기술의 핵심]

  • TIM(열계면소재)용 알루미나 필러(시장 점유율: 98%) 대체를 위한 고열전도성 MgO 방열 필러 신소재 개발
  • 본 연구에서는 MgO의 난소결성과 공기 중의 수분과 반응하는 흡습성 문제를 해결함.

[기술 개발 내용 및 특징]

  • MgO 저온 소결을 통한 저가화 공정 기술 확보
  • 입자 표면의 수분 방어층 형성을 통한 흡습성 문제 해결
  • 기존 알루미나 대비 2배 이상의 열전도도와 경량화 기술 확보
수분 방어층 형성 개념도(좌) 및 제조된 고열전도성 MgO 방열 필러 SEM 사진(중,우)

[상용화 실적 및 산재권/논문실적]

  • SCI 논문 4편
  • 국제특허: 3건 출원 (미국: 17/285,349, 일본: 2021-521100, 중국: 201980068730.6)
  • 국내특허: 2건 등록(2205178, 2143817), 1건 출원(2021-0017369)
  • 연구소기업 기술 출자: ㈜소울머티리얼 (설립일: 2021.09.15.)
  • 기술이전: 1건 (2021년)

[기술효과 및 활용분야]

  • 전자부품의 열을 식히는 방열 성능 향상 뿐만 아니라, 전기차 발화 문제 해결에 핵심적인 역할을 할 수 있음.
  • 기존 상용 알루미나와 가격 차이가 없고 방열 성능은 2배 이상 우수하여, TIM용 알루미나 필러(세라믹 필러 시장의 98% 점유)를 점진적으로 대체할 것으로 예상됨.
  • 일본과 중국의 세라믹 소재에 의존하고 있던 기존 방열 세라믹 소재 시장을 국산 MgO 소재로 재편할 수 있을 것으로 기대됨.
  • 거의 모든 전자제품의 열관리에 활용될 수 있으며, 특히 최근 급속한 성장을 보이고 있는 전기차의 안전성 확보 및 경량화에 기여할 수 있을 것으로 예상됨.