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세라믹재료연구본부

기능세라믹연구실

실장 최종진
실장 최종진

연구실 소개

기능세라믹연구실은 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 : 한국재료연구원

[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.