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폴리머 복합재의 높은 열전도화를 위한 질화물 필러의 현상과 전망

전문가 제언: ○ 최근 모바일 단말기, 휴대전화, 전기기기 등의 고성능화에 따른 방열 제어기술의 중요성이 인식되고 있다. 특히, 공업재료로서 사용되고 있는 폴리머의 열전도율 향상요구는 매우 크다. 폴리머의 높은 열전도율화(thermal conductivity)에는 폴리머의 미세구조 제어, 필러 첨가에 의한 복합화가 추진되어 왔다. 이 기고는 필러/폴리머 복합재의 높은 열전도율화를 도모하는 질화물(nitride) 필러의 현상에 관해서 소개한다.

○ 폴리머는 디바이스에서 방열을 담당하는 재료이고, 대부분 폴리머는 낮은 열전도율로 인해 무기물 필러를 첨가하여서 열전도율의 향상을 도모하고 있다. 폴리머의 높은 열전도율화에는 특히 BN이나 AlN이 필러로서 첨가된다. 지금까지 보고에 의하면 Al2O3을 첨가한 경우, 폴리머 복합재의 열전도율은 1~5W/m·K, AlN 2~14W/m·K 및 BN 2~33W/m·K이다. 질화물 필러를 첨가한 복합체의 열전도율은 높은 수치를 보여주므로 질화물 필러는 높은 열전도 필러로서 기대되고 있다.

○ 이 기고에서 BN 필러표면에 있는 작용기(-OH, -NH2)를 적극적으로 활용하여서 폴리머와의 강고한 계면 결합에 의한 복합재의 높은 열전도화, BN 필러의 형상 제어에 의한 높은 열전도율화가 연구되었다. 또한 AlN 필러와 BN 필러를 폴리이미드에 첨가함으로써 복합재의 열전도율은 9.3W/m·K에 도달한 것을 보고하였다.

○ 국내에서도 모바일, LED 등에 높은 열전도율의 폴리머 복합재가 요구된다. 이를 위해 고기능 필러의 개발, 질화물 필러의 표면처리, 이종/이형 필러 충전기술, 필러의 표면 작용기와 폴리머의 미세구조 제어기술, 필러의 분산 등의 물성향상 기술이 필요하다. 특히, 혼합기술은 노하우 기술이 존재하므로 제품의 특성이 완전히 달라진다. 따라서 화학소재인 이들 기술 확보를 위해 정부차원의 지속적인 기술개발 지원이 필요하다.

○ 한국에서는 대학에서도 이 분야의 연구가 진행 중에 있고, 특히 화학연구원의 이영국 연구그룹에서는 Ammonothermal법을 이용하여 AlN, GaN 등의 매우 어려운 단결정 소재 성장기술에 관한 연구를 보고(CERAMIT, 16(4), 2013, pp. 67~75)하였다.

저자: Koji WATARI
자료유형: 학술정보