▲ 한국세라믹기술원과 성균관대 공동연구팀이 개발한 그래핀-세라믹 복합소재 모식도.

내마모성이 기존 대비 10배 이상 향상된 ‘그래핀-세라믹 복합소재’가 국내 연구진에 의해 개발돼 전량 수입에 의존하고 있는 내마모용 세라믹 소재를 대체할 전망이다.

한국세라믹기술원(원장 김민) 이천분원의 조우석 박사, 김종영 박사, 성균관대학교 윤대호 교수 공동연구팀은 내마모성이 10배 이상 향상된 ‘그래핀-세라믹 복합소재’를 개발했다고 23일 밝혔다.

연구팀은 결함밀도가 낮아 기계적 강도가 높은 그래핀 소재와 세라믹(알루미나) 소재가 각기 가지고 있는 장점을 극대화했다. 이에 기존 지르코니아 대비 취성은 3배, 내마모성은 10배 이상 증가한 것으로 나타났다.

이에 그래핀-세라믹 복합소재는 디스플레이, 반도체 등 고신뢰성과 장수명이 요구되는 고정밀·극한환경용 제조공정에서 사용되는 노즐, 챔버 등 내마모용 부품과 대전방지 분야에서 매우 유용하게 활용될 것으로 기대를 모으고 있다.

또한, 상압소결공정으로 제조가 가능해 기존 플라즈마 가압소결공정 대비 부품 대형화가 가능하고, 제조원가도 대폭 낮출 수 있게 됐다.

특히 일본의 스미토모, 교세라 등으로부터 전량 수입에 의존하고 있는 고가의 내마모용 세라믹 소재(지르코니아)를 대체할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 내마모용 세라믹 세계시장규모는 약 4조원, 국내 시장은 약 2,500억원으로 추정되고 있다.

연구팀 관계자는 “개발한 기술은 현재 국내특허 출원을 완료하고, 국내 중소기업에 기술 이전을 통한 상용화를 추진 중”이라며 “향후 반도체, 디스플레이, 자동차 등 국내 주력산업의 경쟁력 향상과 관련 소재부품산업의 수출 확대에 기여할 것”이라고 밝혔다.

한편 이번 연구개발 결과는 세계적 권위의 학술지 네이처 자매지인 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’ 최근호(6월5일)에 게재됐다.