재료硏, 레이저 이용한 세라믹 필름 열처리 기술 개발

국내 연구진이 빛을 이용해 세라믹 소재만을 선택적으로 열처리를 할 수 있는 공정기술을 처음 개발했다. 이번 기술은 의료용 초감고감도 자기센서의 가격을 대폭 낮출 수 있고, 최근 주목받고 있는 세라믹 3D프린팅 등에 기술이 응용적용될 수 있어 활용도가 높을 것으로 기대되고 있다.
재료연구소 분말?세라믹연구본부 류정호 박사 연구팀은 미국 버지니아공대 에너지하베스팅연구센터 샤상크 프리야 교수 연구팀, 한국과학기술연구원 강종윤 박사 연구팀, 한국과학기술원 정성윤, 강석중 교수 연구팀과 함께 레이저를 이용해 세라믹 소재만을 선택적으로 열처리하는 기술을 개발했다. 세라믹 3D프린팅은 원리적으로 고온의 열처리가 필요해 금속이나 고분자 3D프린팅에 비해 매우 까다로운 공정기술을 필요로 한다.
연구진은 이런 세라믹의 근본적인 한계를 극복하기 위해 상온에서 세라믹을 매우 높은 밀도로 쌓을 수 있는 상온 분사 과립 공정(Granule Spray in Vacuum: GSV)을 이용했다. 이를 통해 수 마이크론(백만분의 1m) 두께로 만든 뒤 가시광선 레이저를 이용해 결정화 시키는 공정을 적용해 세라믹 소재만을 선택적으로 고온 열처리하는 기술을 개발했다. 이 기술은 기판으로 적용되는 금속에는 전혀 손상을 주지 않을 뿐만 아니라 금속과 세라믹의 경계면에서도 반응 없이 세라믹 층만을 열처리 하는 게 가능하다. 연구진은 본 기술을 냉각이 필요 없는 차세대 초고감도 자기장 센서로 사용이 기대되는 자기-전기 복합체 구조에 일차적으로 적용했다. 이 결과 기존의 자기장-전기장 변환 특성(자기장을 소재에 가했을 때 전기신호가 발생하는 특성)을 100배 이상 향상시켰을 뿐만 아니라 이론적으로 계산되어지는 특성에 근접한 결과를 얻을 수 있었다. 이는 지금까지 개념적으로만 가능할 것으로 여겨졌던 자기-전기 복합체를 이용한 MEMS형 자기 센서, 자기장 에너지 하베스터가 실제 가능하다는 의미를 가진다. 연구진은 우선적으로 의료용 기기에 사용될 수 있는 매우 미세한 자기장을 감지할 수 있는 센서나 인체 유해한 자기장 노이즈를 전기로 바꿔주는 에너지 하베스터로 활용하는 것을 기대하고 있다.
류정호 재료연구소 책임연구원은 "이번 기술은 다양한 종류의 세라믹을 이용한 공정 기술, 특히 세라믹 3D프린팅을 이용한 초소형의 MEMS 소자 개발에 획기적인 공정 기술이 될 수 있다"며 "이번 연구에서 극미세 자기센서용 자기-전기 복합체 개발에 적용해 본 결과 병원에서 사용되는 10억원 이상의 MRI 등 극미세 자기장 센서를 10분의 1 이하의 가격으로 대체할 수 있을 것"이라고 말했다.
한편 이번 연구는 신소재 분야의 세계적 학술지인 어드밴스트 머테리얼스지(Advanced Materials, 제 1저자: Haribabu Palneedi 박사)에 14일 표지 논문으로 게재됐다.
[창원 = 최승균 기자]