한국재료연구원(KIMS, 재료연)은 나노재료연구본부 차현애 박사 연구팀이 고성능 방열(放熱) 복합소재를 개발했다고 11일 밝혔다.

전자기기가 고성능화·소형화하면서 발생하는 열을 해결하려면 방열 기술이 필요하다.

방열 시스템에서 핵심 요소로 작용하는 것은 '열 인터페이스 재료'(Thermal Interface Material·TIM)다.

기존 열 인터페이스 재료는 열을 전달하는 필러(입자 형태의 재료)를 고분자 재료에 섞는 방식으로 만들어졌다.

이 방식은 필러가 불규칙하게 섞이면서 열이 도중에 끊기고 충분한 성능을 내기 어렵다는 한계가 있었다.

성능을 높이려고 필러 함량을 늘리면 가공이 어려워지고 비용이 늘어나는 단점도 있었다.

연구팀은 이를 해결하기 위해 '단백질 발포법'을 이용해 입자들을 규칙적이고 촘촘하게 연결되도록 만들었다.

계란 흰자에 들어 있는 단백질 성분이 고온에서 부풀어 오르는 성질을 이용해 입자들이 연결된 3D 구조를 형성했다.

다른 고분자 유기물질을 활용하면 공정 중 유해물질이 발생할 수 있지만 계란 흰자를 활용함으로써 보다 친환경적인 공정을 구현했다고 연구팀은 설명했다.

이를 통해 열 전달경로가 촘촘하게 연결된 복합체를 만들 수 있었고, 열전도도가 17.19W/mK(와트 퍼 미터켈빈)에 이르는 고성능 열 인터페이스 재료를 구현해냈다.

연구팀은 이 과정에서 가볍고 저렴한 산화마그네슘을 사용했음에도 질화물(nitride) 기반 방열 소재보다 더 높은 열전도 성능을 보였다고 설명했다.

연구팀은 이 기술이 전자기기, 반도체 패키지, 전기차 배터리, 5G 통신장비, 고성능 서버 등 고열이 발생하는 장치의 성능과 안정성을 높이는 데 도움을 줄 것으로 기대한다.

연구책임자인 차현애 선임연구원은 "단백질 발포 기반 공정으로 고열전도도 소재를 친환경적이고 저비용으로 제작할 수 있다"며 "이 기술이 상용화되면 현재 대부분 수입에 의존하는 방열 인터페이스 재료 기술 자립에도 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.