기초과학연구원(IBS)이 액체 갈륨에 각종 충전 입자를 혼합해 원하는 물성을 가진 소재를 만들어낼 수 있는 기술을 개발했다.
IBS 로드니 루오프 다차원 탄소재료 연구단장 연구팀이 개발한 이번 기술은 마치 밀가루에 첨가물을 넣어 반죽의 맛을 내듯, 혼합 입자에 따라 차폐 소재로도, 방열 소재로도 변신이 가능하다.
갈륨은 소비의 98% 가량이 반도체 및 전자 산업에 집중될 정도로 현대인의 생활에 미치는 영향력이 막대하지만 우수한 물성에 비해 성형이 어려워 제조가 까다롭다.
순수한 갈륨의 녹는점은 29.8℃로 상온에서는 액체로 존재하며 표면장력이 높아 액체 상태에서 서로 분리해내기 쉽지 않기 때문이다.
이에 연구진은 순수한 갈륨에 다양한 충전제를 결합하는 방식으로 한계를 극복했다.
제1저자인 춘훼이 왕 연구위원은 “갈륨에 충전재를 혼합하면 금속의 표면 장력을 감소시켜 가공이 쉬운 형태가 된다”며 “반죽 형태의 복합소재는 별다른 표면 처리 없이도 소자의 표면을 코팅하거나, 다양한 모양으로 성형하는 것이 가능하다”고 설명했다.
연구진이 액체 갈륨에 환원된 그래핀 산화물을 혼합해 만든 기능성 복합물은 전자파 차폐 소재로 응용할 수 있었으며, 다이아몬드 입자를 혼합하자 방열소재로도 응용이 가능했다.
공동 교신저자인 벤자민 커닝 연구위원은 “현재 시판되는 최고 수준 방열소재의 열전도율은 79W/mK 정도로 이보다 50% 이상 높은 효율을 나타내는 소재를 제조할 수 있었다”며 “액체 갈륨-다이아몬드 소재를 방열소재로 활용한 실제 응용 실험에서도 높은 성능을 입증하며 상용화 가능성을 확인했다”고 밝혔다.
로드니 루오프 단장은 “액체 갈륨과 다양한 종류‧크기의 입자를 혼합하면 상온에서 액체 상태인 합금을 제조할 수 있음을 보여준 연구”라며 “이번 연구가 CPU의 방열판, 전자파 차폐 소재, 의료용 임플란트 등 유연한 전자소자가 필요한 분야에 새로운 영감을 줄 수 있길 기대한다”고 강조했다.
