나노(Nano)는 10억분의 1을 뜻하는 접두사로 나노기술은 이러한 크기인 원자나 분자 단위를 다루는 기술을 통틀어 일컫는다.

1나노미터(1nm)는 지구를 1m라고 가정했을 때 50원짜리 동전지름 크기이며, 머리카락 1개를 10만번 자른 크기일 정도로 작다.

즉 분자와 원자를 다루는 기술로서 고전 역학이 아닌 양자 역학이 적용된다.

이에 엄청난 가능성이 숨겨져 있는 나노기술은 소자, 소재, 나노바이오, 공정장비측정, 에너지환경 등과 융복합돼 산업의 패러다임을 바꾸고 신성장동력이 될 것으로 주목 받고 있다.

에너지 절감·변환용 다기능성 나노복합소재는 탄소나노튜브(CNT), 그래핀 등 나노카본소재의 기능성 나노특성 복합화를 통해 그 기능이 획기적으로 향상된 차세대 다기능 경량 나노복합소재 원천기술을 말한다.

이 소재를 적용할 경우 전자파 차단, 경량화, 고방열, 에너지 절감 등이 가능해져 LED, IT, 자동차산업 등에 널리 쓰일 것으로 전망된다.

▲ 나노복합소재 기술 적용 흐름.

▲고성능·초경량·고방열로 기존 소재 대체

나노복합소재는 기존 고분자 및 금속재료가 충족시키지 못하는 산업계의 요구인 고성능, 고효율, 초경량, 고방열 등을 해결할 수 있는 대안으로 주목받고 있다.

스마트폰으로 대변되는 IT 기기의 박막화와 고성능화에 의해 내외장재가 전자파 차폐를 위해 플라스틱에서 금속재료로 바뀌고 있는 추세이나 금속재료는 무거우며 고가의 다이캐스팅 가공으로 가격이 높다는 문제가 있다.

또한 IT 부품의 고성능·고집적화로 인한 발열 문제와 LED로 대표되는 차세대 조명산업에서 고효율, 고출력을 위한 방열 문제를 해결할 수 있는 소재의 필요성이 요구돼 왔다.

또한 연비규제 및 CO₂ 감축을 위해 경량화가 필요한 전기차, 하이브리드카 등에서도 기존 소재의 물리적 한계를 극복할 수 있는 신소재 개발의 필요성이 증대됐다.

WPM사업을 통해 에너지 절감·변환용 다기능성 나노복합소재는 △에너지 흡수용 나노복합소재 기술 △초경량 구조용 나노복합소재 기술 △에너지 절감형 고방열 나노 복합소재 기술이 개발된다.

에너지 흡수용 나노복합소재는 전자파 차폐, 진동 및 충격 흡수, 이온 흡착 등 다기능성을 구현할 수 있는 고분자 나노복합소재다. 이는 금속소재 대비 경량화가 가능하고 성형성이 높으며 가격도 낮출 수 있는 장점을 가지고 있다.

차세대 IT 제품에서 요구하는 인체 무해성, 박형, 디자인 차별성을 제공하며 경량화가 필요한 전기차 등 미래 수송기기의 요구도 충족할 수 있다.

에너지 흡수용 나노복합소재는 디지털 카메라 내장, 모터 하우징, 프린터 기판에 적용된다. 현재 국내에서는 제일모직이 제조하고 있으며 고차폐 효율소재가 개발 중으로 상업화에 근접한 것으로 알려지고 있다.

이번 기술개발을 통해 우리나라는 2018년 전자파 차폐율을 현재의 6배 수준인 80 >dB@100MHz로 높인다는 목표를 세웠다.

이 소재는 현재 세계시장 12조원 규모에서 2018년 24조원 이상으로 성장이 예상되며 우리나라는 기술개발을 통해 이중 10%를 점유하는 것을 목표로 하고 있다. 현재 국내시장규모는 4조원으로 2018년에는 6조원으로 늘어날 전망이다. 주 타겟제품은 디지털카메라·휴대폰·PC·TV 외장이다.

초경량 구조용 나노복합소재는 고분자, 금속, 세라믹 등을 복합화해 만든 고강도의 성질을 갖는 신소재로서 WPM사업을 통해 고분자 나노 복합소재 및 알루미늄 나노복합소재가 함께 개발된다.

이 소재는 초경량·초고강도임에도 전자파 차단특성을 갖고 있어 기존의 고내열성 탄소복합재료를 대체해 우주항공분야, 자동차부품, 전자·전기, 선박 및 빌딩·건축 분야 등에서 사용될 전망이다.

우리나라는 이미 CNT/그래핀 복합화 기술분야에서 선진국과 동등수준의 기술을 확보하고 있으며 시제품 제작단계에 있다.

또한 선진국에서도 연구단계에 있어 원천기술 확보가 가능할 것으로 예측되며 이를 위해 고차원분산 및 배열화 달성을 위한 신기술이 필요하다.

고분자 나노 복합소재의 2018년 기술개발 목표는 경량화율>30%(기존강화 고분자소재 대비)이며 알루미늄 나노복합소재는 열전도도 경량화율 >55%이다.

이 소재의 2018년 세계시장규모는 2조7,000억원, 국내시장규모는 1조원으로 추산되며 우리나라는 세계시장 점유율 30%를 목표로 하고 있다.

에너지 절감형 고방열 나노 복합소재는 나노카본 등을 열전달 소재로 활용해 고방열화가 가능하며 이로 인해 LED 조명 등, IT, 자동차 전자제어 기기의 성능 향상과 경량화를 시킬 수 있다.

이 소재가 적용되는 제품으로는 열전도성 플라스틱, 열전도성 절연·비절연 컴파운드, 열전도 플라스틱 상용제품 등이 있다.

향후 10년간 연 25~40%의 성장률이 예상되는 고성장·고부가가치형 소재이지만, 우리나라는 이 분야에서 시작단계로 기술개발 중이거나 상용화 시도 중으로서 원천소재 생산기술 및 평가기술이 전무하거나 미흡한 실정이다.

열전도성 플라스틱의 경우 삼성LED 등은 수입에 의존하고 있어 WPM사업을 통해 기술개발에 성공시 수입대체는 물론 전 산업분야에 활용이 클 전망이다.

에너지 절감형 고방열 나노 복합소재는 2018년 열전도도(W/mK)를 절연형 30이상, 비절연형 75이상을 목표로 하고 있다.

2018년 세계시장규모는 14조원, 국내시장규모는 5조원으로 예상되고 있으며, 우리나라는 10%의 시장점유율을 기대하고 있다.

에너지 절감·변환용 다기능성 나노복합소재의 총괄주관기관 후보기관으로는 (주)WB신소재, (주)만도, LG화학테크센터가 참여했다.

나노기술을 응용한 고기능성 수성코팅제 및 환경친화적 나노신소재 관련전문 개발 벤처기업 (주)WB신소재는 국내 최초로 개발한 나노점토(Nano-clay)와 기능성 고분자 바인더를 복합화해 나노복합소재를 제조하고 있다.

(주)만도는 자동차 부품의 설계, 조립, 제조, 공급 및 판매회사로 널리 알려져 있으며 ‘LG화학 테크센터’는 LG화학의 석유화학제품에 대한 노하우와 시장정보를 협력회사에 제공하고 있는 기관이다.