▲ 나노조합과 코트라가 공동으로 나노테크에 조성하고 있는 한국관은 국내 우수나노기업의 수출창구 역할을 하면서 기술 경쟁력을 입증하고 있다.

▲ 제이오는 LIB 양극재에 들어가는 Thin Wall CNT ‘JENOTUBE 10B’(左)와 음극재에 들어가는 Thin Wall CNT ‘JENOTUBE 6A’를 생산하고 있다.

◇제이오

우리나라에서 최초로 MWCNT(다중벽탄소나노튜브)를 양산한 제이오(대표 강득주)는 지난 1월29일부터 31일까지 일본 도쿄 빅사이트에서 열린 나노테크 2020에 구축된 한국관에 출품해 기존 MWCNT보다 벽(Wall)의 개수를 줄여 성능을 향상시킨 Thin Wall CNT와 응용제품을 집중 홍보했다.

MWCNT는 대부분 8개의 벽을 가지고 있는데 제이오가 개발한 Thin Wall CNT는 벽을 3~6개로 줄여 전기적 특성과 기계적 강도를 높인 것이 특징이다. 성능은 SWCNT(단일벽 CNT)와 비슷할 정도로 우수하면서 가격은 MWCNT 수준이기 때문에 수요처에서 많은 관심을 보이고 있다.

특히 제이오의 Thin Wall CNT는 철(Fe) 성분이 없는 고순도 CNT로 리튬이온배터리(LIB) 양극 및 음극 도전재로 사용될 수 있는 몇 안되는 제품이다. 이번 전시회에서 회사는 LIB 양극재에 들어가는 Thin Wall CNT ‘JENOTUBE 10B’와 음극재에 들어가는 Thin Wall CNT ‘JENOTUBE 6A’를 중점 홍보했다.

강득주 대표는 “배터리 시장을 타깃으로 개발된 Thin Wall CNT는 전기차 시장의 급성장으로 인해 중국, 일본, 한국 등에서 구입 문의 및 거래가 대폭 늘고 있으며 이에 300톤을 추가 증설하고 제품화에 필요한 CNT 분산기술도 확보할 계획”이라고 밝혔다.

▲ 아모그린텍은 전력반도체 수요 확대에 대응한 AMB(Active Metal Brazing) 기판, 은 소결 페이스트 등을 선보였다.

◇아모그린텍

아모그룹의 소재 전문 관계사인 아모그린텍(대표 송용설)은 나노자성합금, 나노멤브레인, 나노방열소재 등의 나노소재를 기반으로 5G, 전기차, ESS(에너지저장장치) 등 4차 산업혁명에 필요한 소재부품을 연구·개발하고 상용화하고 있는 기업이다.

회사는 이번 전시회에서 전기차, 신재생에너지 등에 필요한 SiC(탄화규소)·GaN(질화갈륨) 등 전력반도체가 실장되는 AMB(Active Metal Brazing) 기판 등을 선보였다.

전기차의 고성능화로 인해 전력반도체 소재는 기존 Si(실리콘)에서 성능이 우수한 SiC 등으로 바뀌고 있다. 600V~1200V의 고전압으로 인해 높은 발열과 주행 중 진동이 발생하기 때문에 이를 해결하기 위해 고강도와 고방열 특성을 동시에 만족하는 기판이 필요하다.

이에 아모그린텍은 고출력 전련반도체 수요 증가에 대응해 자사의 브레이징 기술을 토대로 일정두께(1.2mm)의 구리(Cu) AMB 기판과 고방열 특성을 가진 세라믹(AlN) AMB 기판을 개발해 천안공장에서 생산 중이다. 특히 이 제품은 지금까지 모두 수입에 의존하고 있었기 때문에 소재부품 경쟁력 강화에 기여할 전망이다.

또한 아모그린텍은 전력반도체를 AMB 기판에 접착하는 용도로 개발한 은 소결 페이스트(Ag Sintering Paste)도 선보였다. 이 제품은 저온 소결이 가능하고 고온에서도 잘 견디기 때문에 기존 솔더 페이스트를 대체할 것으로 기대되고 있다. 제품은 페이스트와 필름 형태로 개발됐으며 올 하반기부터 본격 판매될 예정이다.

▲ 석경에이티는 5G 시대 핵심소재인 중공 실리카(Hollow SiO₂)를 중점 홍보했다.

◇석경에이티

초미립자 무기화합물 전문기업(대표 임형섭) 석경에이티는 이번 전시회에서 △SiO₂ △TiO₂ △IZO △ATO 등 기능성 나노 세라믹 분말과 응용제품을 선보였다.

회사가 5G 시대에 맞춰 개발한 중공 실리카(Hollow SiO₂)는 연성동박적층판(FCCL), PCB 필러로 적용이 가능한 소재다. 5G는 장거리·고속 통신이 이뤄지기 때문에 유전율이 낮은 소재가 필요한데 이에 석경에이티는 100~300 나노미터의 중공 실리카를 개발한 것이다.

석경에이티가 출시한 ‘DenTrans’는 덴탈 블록 제조에 필료한 무기 필러다. 덴탈 블록으로 치아를 만들기 위해선 고강도이면서 개인 치아에 맞도록 채색할 수 있도록 고투명이 필요하다. 또한 엑스레이 촬영을 위해 불투과성이 높아야 한다. 석경에이티는 2~3나노미터로 무기 필러를 제작해 이러한 특성을 확보했고 현재 시중에 판매 중이다.

ATO의 경우 분산력이 좋아 액상 물질을 롤러로 베란다 창문 등에 도포하면 잠시 뒤 굳어 필름이 될 정도로 탁월한 기능을 자랑한다. 기존 창문에 색을 입히려면 유기 화학물을 써야하는데 이는 내구성이 떨어진다. 그러나 석경에이티의 무기안료 분산액은 색빠짐 현상이 전혀 없어 고급 커버글라스 시장에서 각광받고 있다. 현재 회사는 국내 유명 페인트 회사에 무기안료 분산액을 납품하고 있다.

석경에이티는 i-Heat라는 광발열흡수 무기재료 코팅 기술도 선보였다. 무기재료가 함침된 섬유는 햇빛을 받으면 자외선은 차단하면서 열을 내기 때문에 온도가 3~7도 올라가는 효과가 있다.

▲ 최선용 철원플라즈마산업기술연구원 본부장이 환원산화그래핀(rGO) 양산기술을 소개하고 있다.

◇철원플라즈마산업기술연구원

철원플라즈마산업기술연구원(원장 황명근)은 전자부품연구원과 공동 기술개발을 통해 흑연을 재료로 산화그래핀(그래핀옥사이드, GO)과 환원산화그래핀(reduced GO, 이하 rGO)을 획기적으로 빠르고 저렴하게 대량생산이 가능한 기술을 선보여 주목을 받았다.

그래핀은 탄소 원자로 이루어진 아주 얇은 막으로 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고 강철보다 200배 이상 강한 탄성을 가지고 있어 ‘꿈의 신소재’로 불린다. 탄소나노튜브(CNT)가 구조 자체를 변형하기 어려운 것과 달리, 그래핀은 손쉽게 구조·형태를 변형할 수 있기 때문에 차세대 디스플레이, 웨어러블 디바이스, 전도성 잉크, 초경량 자동차 외장재 등 다양한 분야에서 사용될 것으로 기대되고 있다.

그러나 산화 그래핀(GO) 제조기술은 제조 과정에서 결정성이 훼손되는 등 많은 결점이 발생해 그래핀 고유의 성능들이 제대로 구현되기 어렵고 소량 생산에 그치고 있어 가격이 상당히 높아 상용화가 더딘 상태다.

전자부품연구원은 전단응력반응기를 통해 GO을 시간당 350g을 생산하는데 성공했다. 기존 기술로는 약 7일이나 걸린 것과 비교하면 획기적이다. 철원플라즈마산업기술연구원은 이렇게 생산된 GO을 자체 개발한 열플라즈마장비로 건조해서 시간당 4kg의 rGO을 생산하는 기술을 확보했다. 태양보다 뜨거운 온도를 내뿜는 열플라즈마장비는 세계에서 3번째로 개발된 것으로 그래핀 전도도도 100배 향상되는 효과가 있다.

연구원은 2년내에 양산장비를 구축해 rGO을 kg당 20만원에 공급할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 현재 rGO 가격이 g당 10~20만원임을 감안하면 1천분의 1 수준으로 파격적이다.

최선용 철원플라즈마연구원 본부장은 “이러한 가격대는 CNT를 대체할 수 있는 수준으로 그래핀의 상용화를 앞당길 것”이라며 “향후 자동차 컴파운드, 필름, 잉크 등 다양한 어플리케이션에 적용을 확대할 계획”이라고 밝혔다.

▲ 이요한 CEN 대표가 침투율이 우수한 다공성 실리카 나노파티클 ‘SMB™’를 소개하고 있다.

◇CEN

첨단 다공성(Mesoporous) 나노소재 전문기업 CEN(대표 이요한)은 침투율이 우수한 다공성 실리카 나노파티클 ‘SMB™’을 선보였다.

SMB는 50~350나노미터에 불과한 실리카로 내부는 벌레 먹은 구멍(웜홀)이 나있고 연결돼 있으며 안쪽에 사용용도에 따라 금, 은 등 금속 입자를 담을 수 있다. 일례로 금이나 나노를 나노화하면 살균효과가 발생하면서 인체에 이로운 효과가 있는데 다공성 실리카는 이러한 입자를 효과적으로 전달하는 일종의 셔틀 역할을 한다.

일반 약물은 인체 내부의 막을 통과하기 어렵지만 물 분자를 통과할 수 있는 다공성 나노실리카는 가능하다. 또한 다공성 나노실리카는 인체 친화적인 물질이어서 미국 등 선진국을 중심으로 암치료 등 의료용에 활용하기 위한 연구가 활발하다. 그러나 현재 CEN 이외에 한 개 기업이 다공성 나노실리카를 생산하고 있는데 가격이 g당 800만원에 달할 정도로 비싸 상용화가 어려운 상황이다.

이에 CEN은 지난해 부산에 연산 1,500kg 규모의 다공성 나노실리카 파일럿 생산설비를 구축했으며 국내외 병원과 대학과 협력에 박차를 가하고 있다. 회사는 최근 밀양나노산단에 입주했으며 이곳에서 다공성 나노실리카를 본격 생산한다는 계획이다.

회사의 SMB는 1,400도를 견딜 수 있고 공극이 많아 소음 및 열을 차폐 할 수 있는 성질을 가지고 있다. 이에 CEN은 의료분야를 시작으로 방오페인트, 리튬이온전지 음극재, 초발수필름, 항균소재 등으로 적용을 확대한다는 계획이다. 현재 SMB는 내부에 타이타늄, 망간, 코발트, 니켈 등 금속을 담은 산업용 제품군을 가지고 있다.

이요한 CEN 대표는 “CEN은 ‘무에서 유를 창조하다(Creatio Ex Nihilo)’는 의미를 담고 있다”며 “눈에 보이지 않는 나노기술로 대한민국을 대표하는 나노 스타트업이 될 수 있도록 노력할 것이며 우리 기술을 필요로 하는 산학연의 관심과 협력을 당부드린다”고 밝혔다.

▲ 조주형 나노종합기술원 실장이 그간 지원 성과와 향후 계획을 소개하고 있다.

◇나노종합기술원

대전광역시 KAIST내에 위치한 나노종합기술원(원장 이조원)은 국내 유일·최대 실리콘(Si) 반도체 특화시설을 기반으로 기업의 연구개발 및 상용화와 전문인력 양성에 기여하고 있는 국가 나노인프라 기관이다.

나노종합기술원은 5,067㎡의 클린룸에서 패터닝, 식각, 확산, 증착, 세정, 측정 등을 일괄 지원할 수 있는 장비를 구축하고 있다. 이에 연간 600개 기업에서 2,600명이 시설을 이용하고 있으며 평균 가동률이 70%에 달한다. 나노종합기술원의 인프라는 삼성전자에서도 신제품 개발을 위해 활용할 정도다.

나노종합기술원은 지난해 일본 수출규제로 인한 우리 정부의 소재부품·장비 지원정책에 힘입어 한단계 ‘점프업’을 준비하고 있다. 과기부는 지난해 9월 수출규제 영향이 큰 반도체 분야를 집중 지원하기 위해 나노종합기술원 내 구축된 웨이퍼 8인치급 성능평가 장비를 기업 양산수준인 12인치급으로 보강하는데 115억원을 투입한다고 밝혔다. 이에 따라 나노종합기술원은 오는 2022년까지 450억원 사업비를 투자해 12인치 공공 성능평가팹을 구축할 계획이다.

또한 기술원은 정부가 메모리 반도체에 이어 차세대 먹거리로 점찍은 시스템반도체 육성을 위해 기 구축된 8인치 장비의 고도화 기술개발을 추진하고 팹 서비스에 나서는 등 세계적인 나노인프라기관으로 발돋움하고 있다.