접착제를 사용하지 않고도 금속과 수지를 분자레벨 수준에서 손쉽게 접합하는 나노(분자)접합 기술이 5G·6G, 반도체, 전기차 배터리 등 신산업에 필요한 기술로 주목받고 있다. 그러나 해당 연구와 상용화는 일본을 중심으로 활성화되고 있는 반면 우리나라에서는 정부나 기업으로부터 관심을 못 받고 있어 지원이 시급한 상황이다.

나노접합기술이란 금속표면에 나노처리 기술로 형성되는 접합층에 의해 금속과 수지를 인서트 사출 혹은 이종접합으로 결합하는 기술이다. 나노접합기술의 핵심요소는 금속층에 특수한 표면처리와 분자접합 공정을 통해 금속과 수지의 높은 접합강도를 구현하는 것으로, 주요 특징은 결합 성분의 처리와 앵커효과다.

금속 표면에 접착제를 사용하는 단순 분자결합의 경우 미세한 플라스크형 기공에 수지가 침투해 결합하면 접합 파단 후에도 잔여수지는 기공 속에 남고, 추출할 수 없다. 이는 제품의 하자로 이어진다.

반면 나노접합은 미세 구조에 응력이 분산돼 결합성분이 파괴되지 않으며 접합 강도 역시 혁신적으로 향상되며 금속과 플라스틱의 장점을 모두 살려 고강도 경량화 금속 복합소재를 구현할 수 있다.

또한 나노접합은 경량화, 가격경쟁력 등에서 매우 뛰어난 강점을 보이기 때문에 자동차와 이동통신, 전자기기, 우주항공 등 많은 산업 분야에서 상용화되고 있으며 특히 5G시대의 이동통신 및 자율주행차 등 주요 기술로 미래 산업 경쟁력 강화에 큰 역할을 할 것으로 기대되고 있다.

나노접합기술이 적용될 시장의 가능성은 무궁무진하다. △자동차 분야에선 금속-플라스틱 접합 고강도 경량화 소재 △차세대 가전(메탈-플라스틱 하이브리드, NVH 고신뢰성 제품화) △방진·방수 차량용 라이다 센서 △카메라 모듈 부품 외장 △5G 초고대역 주파수 대응 부품 LCP+Metal 등이 있다.

특히 차세대 5G 핵심 전략소재와 나노접합기술이 만나면 그 시너지는 더욱 커진다. 5G 고주파 통신 환경에서 신호 감쇄와 전송손실(데이타 손실)을 최소화 (거리를 가능한 한 길게) 하기 위해서는 기재를 저유전률화 하는 것이 중요한데 기존 PI, MPI(Modified PI)보다 5G 환경(수분과 산소의 영향)의 저유전률 특성이 뛰어나고 내열성도 높은 LCP(Liquid crystal polymer:액정폴리머)가 차세대 재료로 적용이 확대되고 있다.

현재 관련 세계 선진기술 보유국은 일본이다. 일본의 경우 지난 20년간 기술개발을 통해 상용화단계에 이르렀으며 경제통상산업성의 지원으로 ISMA(Innovative structural materials association)라는 단체가 발족돼 10년간 △수송기기 △자동차이종소재접합 △철강 △알루미늄 △Ti △Mg △탄소섬유 △CFRO 경량화, 강도 △이종소재 접합 등을 연구해왔다. 단체에는 일본의 주요 철강 및 자동차 회사들이 대다수 참여하고 있다. 2019년엔 일본 경제통상산업성이 비철금속 및 금속소재의 혁신적 경쟁력 강화 핵심기술로 나노접합기술을 확정해 관련 분야를 체계적으로 육성해나가고 있다.

사물인터넷(IoT) 시장 확대로 5G 환경의 전자분야에서 사용되는 LCP 재료의 비중은 80%를 차지한다. 일본의 무라타는 LCP 소재부품을 전자업계의 키플레이어(Key Player)인 애플과 퀄컴에 독점 공급중이다. 일본 경제통상산업성은 수백년만에 일본이 갖는 절호의 기회라고 공언한 바 있다.

또 일본의 경우, 전기차에 쓰이는 파우치형 리튬이온배터리의 필름을 알루미늄과 이종 소재 간 나노접합기술로 상용화했다. 배터리를 감싸는 핵심부품인 파우치필름은 DNP와 쇼와덴코 등 일본기업이 글로벌 시장 점유율 70%를 차지하는 등 세계적 우위를 점하고 있다. 2025년 전기차 배터리의 절반은 파우치형이 차지할 것이라는 업계전문가들의 전망이 있는 만큼, 국내에서도 파우치형 배터리 필름에 나노접합기술이 결합되면 더 큰 시너지가 발휘될 수 있다.

반면 한국은 이제 시작단계에 접어든 단계로 국내 정부 지원 및 연구과제는 거의 없는 실정이다.

이에 대해 서울대 김학민 산학협력 교수는 “지금이라도 나노접합기술의 국가적인 연구개발 체제를 가동해 기초원천 및 TRL 5, 6(시작품단계) 수준의 공정기술 개발에 나서야 한다”며 “인프라 활성화를 포함하는 프로그램의 가동이 필요하다”고 밝혔다.

아울러 “정부의 반도체, 배터리, 자동차, 이동통신, 우주항공, 국방 등에 필요한 공정기술과 나노접합이론을 규명하고 관련 인력을 양성하는 기초연구, 파일럿(Pilot) 규모 제작 장치 구축 등을 중심으로 정부 연구과제가 지금부터 선제적으로 준비되어야 할 것”이라고 밝혔다.