인공치아, 우주항공용 고온 소재 개발 가능성 나와

KAIST, 세라믹과 고온용 2차원 나노소재 합성기술 최초 개발

1000℃에서도 안정적이고 생체적합성이 뛰어난 투명 소재가 개발됐다.

앞으로 인공치아, 인공뼈, 우주항공용 고온 소재에 활용될 전망이다.

KAIST는 홍순형 신소재공학과 교수와 류호진 원자력및양자공학과 교수 공동 연구팀이 고온용 2차원 나노소재인 ‘질화붕소 나노플레이트렛(BNNP)’을 세라믹 재료의 강화재로 응용하는 기술을 개발했다고 4일 밝혔다.

세라믹은 다른 소재보다 내충격성이 약해 쉽게 깨진다.

따라서 나노물질 강화재를 첨가해 내충격성을 향상시킬 수 있는 복합소재를 개발하는 연구가 진행됐다.

또 그래핀은 전기전도도가 높아 절연 특성을 요하는 기판용 세라믹 재료에 적합하지 않다.

이와 함께 그래핀은 350℃에서 산화해 검은 색깔을 띠면서 심미성이나 실용성의 문제로 우주항공용 소재나 인공치아에는 활용될 수 없었다.

반면 BNNP는 투명하고 1000℃에서도 안정적이고 생체적합성이 뛰어나다.

연구팀은 질소와 붕소 원자가 육각형의 벌집 모양 형태로 화학결합을 한 두께 10㎚ 이하의 2차원 나노소재 BNNP를 개발했다.

그러나 제조공정이 어려워 그래핀보다 활용성이 떨어졌다.

연구팀은 용기에 쇠공과 대상 물질을 넣고 회전시켜 에너지를 가하는 방식인 ‘볼밀링(ball milling)’을 사용해 BNNP를 제조하는 데 성공했다.

질화붕소와 쇠공을 한곳에 넣고 회전시켜 질화붕소 각각의 층을 떼어낸 후, 정밀한 BNNP를 대량으로 제조했다.

이어 계면활성제를 이용해 세라믹 재료 안에 BNNP를 균일하게 분산시켰다.

연구팀은 세라믹 소재에 2%만 첨가해도 강도는 10%, 마모에 견디는 특성은 30%씩 높아지는 것을 확인했다.

홍 교수는 “BNNP의 우수한 기계적 물성, 열전도율, 고온 안정성 등을 세라믹 소재에 접목해 우주항공용 고온 소재, 인공치아용 소재, 전자기기 기판 소재 등에 응용이 가능하다”며 “세라믹 소재의 특성을 획기적으로 향상시키고 응용 분야를 넓혀 신산업을 창출할 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구결과는 지난달 8일 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’ 온라인 판에 실렸다. 최소망 기자 somangchoi@