[헤럴드경제=이정아 기자] 인류 문명의 발전은 재료와 함께 해왔다고 해도 과언이 아니다. 나무나 돌밖에 없던 시절, 금속 도구가 등장하면서 세상은 비약적으로 발생했다.

이후 유리, 시멘트, 벽돌 등 일상과 산업에서 아주 중요한 소재인 세라믹이 각광을 받았다. 스마트폰의 70%, 2차전지의 90% 이상이 세라믹 소재 부품이다. 금속에 비해 열에 강하고 잘 마모되지 않는 세라믹은 현대에 이르러 실리콘, 알루미늄 등과 같은 첨단 세라믹으로 변모하고 있다.

이와 동시에 바이오, 고분자, 나노 등과 만난 복합재료가 4차 산업혁명과 미래기술의 핵심으로 꼽히고 있다.

이러한 소재 기술과 관련된 분야의 연구를 하고 또 소재부품 시험 평가를 하는 정부출연연구기관이 재료연구소다. 올해로 창립 12년을 맞은 재료연구소에는 이른바 ‘세계 최고’, ‘세계 최초’ 등으로 꼽히는 기술이 아홉 가지다.

가장 대표적인 기술이 ‘금속 나노갭 기반 분자감지기판소재’ 기술이다. 분자의 라만(Raman) 신호를 수백만 배 이상 증폭시켜 저농도 극미량 시료에 대한 초고감도 검출을 가능하게 하는 기판소재 원천 기술로 세계 최고 수준을 자랑한다. 분자가 레이저에 노출되면 ‘분자 지문’이라는 고유의 라만 신호를 보내는데, 이를 통해 미지의 분자 화학구조를 예측할 수 있다. 지금까지는 이 산란한 빛의 세기가 매우 약해서 제한된 영역에서만 쓰였다.

그러나 금속 나노갭이 조밀하게 형성된 기판 위에서 분자의 라만 신호가 수백만 배 이상 증폭되는 이 기술로 인해 ppm 이하의 극미량 유해물질 판별이 가능해졌다. ‘플라즈몬 공명’ 현상이 극대화되는 금속간 나노갭 조절이 가능하기 때문이다. 식품안전, 환경오염 등 분야에서 미량의 유해 물질을 현장에서 신속하게 검출할 수 있다.
특히 이 기술은 개당 50달러(5만7000원) 수준의 기존 기판 가격을 개당 5달러(5700원) 수준으로 크게 낮출 수 있도록 했다. 기술과 관련된 특허출원 건수도 29건에 이른다.

‘세라믹 3D프린팅 신기술’ 개발도 재료연의 연구 성과로 꼽힌다.

세라믹은 금속과 달리 프린팅 뒤에 탈지와 소결 등 후처리 공정이 필요한데 이 과정에서 구조체의 신뢰성이 저하될 수 있다. 이러한 한계로 인해 일부 장비 제조사가 세라믹 원료 소재, 시스템, 후처리 공정을 한꺼번에 묶어 판매하면서 폭리를 취하는 배경이 되고 있다.

이에 재료연은 전 과정에 이르는 세라믹 3D프린팅 요소 기술을 확보하는데 집중했다.

재료연은 기존 3D 프린터의 기본 소재 공급방식을 ‘수조형’에서 ‘필름형’으로 바꾸고 소재가 서로 한데 섞이는 것을 막아 세라믹 제조 공정의 한계점을 해결한 기술을 개발했다. 이 기술로는 광중합형, 다종 소재를 이용한 3D 구조물 제작도 가능하다. 시스템에서 활용할 수 있는 광중합형 세라믹 소재도 개발했다. 또 소재별 공정 및 후처리 기술도 개발했다.

특히 이 기술을 활용하면 살아있는 세포와 세라믹을 동시에 3D프린팅 해 골재생 효율을 크게 향상시킨 구조물 공정이 가능하다.

이같은 연구 성과로 재료연이 벌어들인 기술이전 수입료는 7억2400만원이다. 해당 기술에 대한 총 10건의 민간위탁 계약과 공공위탁 계약이 진행됐으며 계약 금액은 26억800만원이다.

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