인더뉴스 제해영 기자ㅣ부산대학교는 김채빈 교수 연구팀이 고열전도와 안정성을 동시에 구현한 차세대 방열 복합소재를 개발했다고 1일 밝혔습니다.
부산대학교 응용화학공학부 김채빈 교수 연구팀은 상변화 기능과 고열전도 특성을 동시에 갖춘 방열 복합소재를 개발했습니다. 이번 연구는 서로 잘 섞이지 않는 두 유기 상변화 물질의 계면을 활용해 열전도 필러를 선택적으로 배열한 것이 핵심입니다.
연구팀은 기존 상변화 방열 소재가 가진 낮은 열전도도와 누액 문제를 동시에 해결했습니다. 전자기기의 소형화와 고출력화가 진행되면서 CPU와 전력반도체, 전기차 배터리 등 고발열 부품의 열을 효과적으로 제어하는 기술 수요가 증가하는 상황에서 이번 성과는 새로운 대안으로 평가됩니다.
상변화 물질은 열을 흡수해 온도 상승을 억제할 수 있지만 열전도도가 낮고 녹는 과정에서 누액이 발생하는 한계가 있었습니다. 이를 보완하기 위해 열전도 필러를 추가하는 방식이 사용됐으나 공정 복잡성과 비용 부담이 문제로 지적돼 왔습니다.
연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 파라핀 왁스와 PEG의 비상용성 계면을 활용했습니다. 이를 통해 육방정계 질화붕소 입자가 계면에 선택적으로 배치되도록 설계해 자연스럽게 연속적인 열전도 네트워크를 형성하도록 했습니다.
이 구조는 별도의 계면활성제나 캡슐화 공정 없이도 높은 열전도성과 구조 안정성을 동시에 확보할 수 있도록 합니다. 실제 실험에서는 20W/m·K 이상의 열전도도를 달성했으며 반복적인 가열과 냉각 이후에도 형태 유지와 접착력, 안정성이 유지되는 것으로 확인됐습니다.
또한 현미경 분석과 열전도 모델링을 통해 계면에 형성된 질화붕소 네트워크가 연속적인 열전도 경로를 제공해 성능 향상에 핵심 역할을 하는 것으로 분석됐습니다.
이번 연구 결과는 에너지 및 친환경 소재 분야 국제 학술지 스몰에 게재됐으며 표지 논문으로 선정됐습니다. 연구는 김채빈 교수가 교신저자, 이동훈 석사과정생이 제1저자로 참여했으며 한국연구재단과 과학기술정보통신부의 지원을 받았습니다.
김채빈 부산대학교 교수는 “복잡한 공정 없이도 높은 열전도도와 구조 안정성을 확보했다”라며 “차세대 전자기기와 전기차 등 고발열 시스템의 열 관리 기술 발전에 기여할 것”이라고 말했습니다.
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