Naieel Technology

내일테크놀로지, 스마트폰 발열문제 해결 BNNT기반 차세대 방열소재 제품화



동일밀도의 일반제품과 내일테크놀로지의 방열제품(오른쪽) 비교사진.

BNNT를 사용한 오른쪽 제품은 5초후 100% 열을 방출했다. 반면 일반 제품은

여전히 내부에 열이 남아 있는 모습(왼쪽 하단 검은색 동그라미 내)이다.




핸드폰 등 전자기기의 폭발원인으로 지목되고 있는 발열문제에 대해 현재보다 2~3 배 이상 효과적으로 대처할 수 있는 차세대 소재가 세계 처음 제품화됐다. 내일테크놀로지㈜ (대표 김재우, www.naieel.com)는 세계 최초로 개발한 BNNT 기반의 전기절연방열소재가 세계 최고 수준의 방열 품질과 경쟁력을 확보했다고 11일 밝혔다.

내일테크놀로지㈜는 차세대 첨단 나노소재인 질화붕소나노튜브(Boron Nitride Nanotube, 이하 BNNT) 제조를 기반으로 하는 스타트업이다. 지난 2015년 창업했다. 이 전기절연방열제품은 연구개발특구진흥재단의 R&BD 사업과 한국과학기술지주㈜, 액트너랩의 투자를 기반으로 이루어졌다. 동일밀도(1.4g/㎤)의 일반제품과 방열효과를 비교할 경우 5초뒤 기존 제품은 여전히 열을 내부에 축적하고 있는 반면, 이 제품은 100% 방출한다. 열전도도에도 차이가 있다. 기존 제품은 1.3 W/mK(열전도도 단위)인데 반해 BNNT가 함유된 이 제품은 3.4 W/mK로 2.6배 가량 더 우수하다.



가격면에서도 국제 경쟁력을 갖췄다. 선진국이 내놓은 가격대비 40%정도 저렴하다. 현재 BNNT 소재 국제 가격은 g당 700~1000달러에 거래된다. 내일테크롤로지(주)는 올해 내 이를 500달러 이하로 생산할 계획이라고 밝혔다. 김재우 대표는 “기존소재에 이 신소재를 미량 섞어 쓰기 때문에 가격 면에서도 전혀 부담되지 않는다”며 “해외에서 인정받으며 미국 시장을 비롯한 글로벌 시장에서 제품에 대한 협의와 공동연구 제안이 이어지고 있다”고 설명했다.



실제 내일테크놀로지(주)측은 이 박람회 참가이후 다국적 소재 전문기업으로부터 테스트 목적의 샘플요청을 받았다. 또 몇몇 업체에서는 기술협력 의뢰를 해와 비즈니스 협력관계를 논의 중이다. SwRI(Southwest Research Institute) 등의 연구기관과 북텍사스대학, 미주리과학기술 대학 등 대학으로부터는 공동연구 제안을 받아 구체적인 연구개발 협력 방안에 대해 논의를 진행하고 있다.



김재우 대표는 “아직 BNNT 관련 기술과 시장이 전무하다시피한 우리나라보다는 시장이 본격적으로 열리고 있는 미국에서 우리 제품에 대한 평가가 의외로 좋았다”며 “예상을 뛰어넘는 세계적인 기업들과 연구소들의 반응에 놀랐다”고 말했다.

내일테크놀로지(주) 측은 이번 전시회 참여 의미에 대해 BNNT 관련 세계 최고 기업으로 분류하는 미국의 보로나이트사 제품과 비교해도 전혀 뒤떨어지지 않는 우수한 특성의 품질에 대해 자신감을 가지는 계기가 됐다고 설명했다. 특히, 전기절연방열소재를 비롯한 압전디바이스 같은 응용분야에서는 되레 내일테크놀로지(주) 측 기술이 한발 앞서 있다는 것을 확인했다. 내일테코놀로지(주)는 지난해 미국 텍사스주에 자회사를 설립했다. 올해 상반기에는 관련분야에서 구체적인 성과가 나올 것으로 기대하고 있다.



◆방열효과 기존제품 대비 2~3배 좋아

내일테크놀로지㈜의 방열소재는 BNNT의 탁월한 열전도성을 기반으로 한다. 매우 적은 양의 BNNT를 질화붕소(h-BN)와 같은 세라믹 분말과 함께 에폭시, 실리콘과 같은 고분자에 복합화해 사용할 경우, 기존 상용제품과 동일한 밀도에서 약 2~3배 정도의 방열 효과를 나타낸다. 이 제품들은 스마트폰, LED, 및 전기자동차 등 거의 모든 전자기기에 활용이 가능하다. 향후 전자기기들의 디자인과 성능에 혁신적인 발전을 가져와 산업의 패러다임을 바꿀 수 있는 원천 기초소재로 자리 잡을 것으로 기대된다.





내일테크놀로지㈜는 소재의 원천물질인 BNNT의 공급가격을 현재의 그램당 700달러 수준보다 훨씬 낮은 가격으로 생산할 수 있는 대량생산 고유 기술을 이미 확보하고 있다. 내일테크놀로지(주)는 BNNT 기반 전기절연 방열소재를 한국, 미국, 중국에 특허 등록을 완료했다. 일본에는 특허 등록을 진행 중이다. 공인시험성적서도 이미 발급받아 제품 성능을 공식적으로 인정받았다.

아주 소량의 BNNT를 사용하여도 우수한 방열효과를 낼 수 있기 때문에 현재 고가인 BNNT를 사용함에도 충분한 경제성을 확보했다.

김재우 대표는 “향후 BNNT의 가격이 내려감에 따라 관련 제품군에서 주도권을 잡을 수 있을 것을 확신한다”며 “2015년 가을 창업 이후, BNNT 원천소재의 개발과 성장 가능성을 확인하고, 응용제품 개발에 전력해 왔다”고 말했다. 내일테크놀로지(주)는 올해 글로벌 시장에서 우선 가시적인 성과를 내는데 주력할 예정이다. 기술적으로는 그램당 500달러 이하 수준의 BNNT를 공급할 방침을 세웠놨다.



◆방열소재 관심급증 배경

김재우 대표는 “우리 회사 BNNT 기반 방열소재가 이렇게 큰 관심을 받을 수 있었던 것은 무엇보다 최근 세상을 떠들썩하게 했던 스마트폰의 예기치 않던 폭발로 인해 전자기기의 방열 문제에 대한 관심이 그 어느 때 보다 높아졌기 때문”이라고 언급했다. LED, 스마트폰, 웨어러블디바이스, 그리고 각종 IoT 기기와 전기자동차 등 모든 IT 관련 제품들은 점점 더 빠른 처리 속도를 요구하면서도 동시에 크기는 작아지고 두께도 얇아지고 있어, 전기절연성을 가지면서도 효율적으로 열을 방출할 수 있는 소재의 중요성이 높아졌다. 기기에서 발생된 열은 기기와 소자의 성능을 저하할 뿐 아니라 오작동, 수명 단축 등으로 이어지며 심각한 경우 폭발로 이어질 수도 있다.

이와 같은 방열의 중요성 때문에 글로벌 방열소재 시장은 연간 11.2%의 고성장을 지속할 것으로 예측된다. 2021년에는 23억 3000만 달러의 시장이 예상된다. (Thermal Interface Materials Market by Type, Application and Region – Global Forecast to 2021)



◆BNNT (Boron Nitride Nanotube, 질화붕소나노튜브)

BNNT는 세상에서 가장 가볍고(LIGHT), 강하며 (STRONG), 안정적이고(STABLE), 안전한 (SAFE) 물질이다.

BNNT는 붕소(Boron)와 질소(Nitride) 화합물인 육방정질화붕소(h-BN)으로 이루어진 나노튜브다. 최근 반도체, 배터리, 디스플레이 등에서 활용 가치를 높이면서 첨단 소재로 각광받고 있는 탄소나노튜브(이하 CNT)를 뛰어넘는 차세대 물질로 주목받고 있다.

열전도율과 기계적 강도는 CNT와 유사하나 전기적으로 절연성을 가지고 있으며, 800℃ 의 고온에서도 정상적인 성능을 발휘할 수 있어 전자, 전기, 에너지 등 다양한 산업분야에서 활용가치를 평가받고 있는 추세다. 특히, 열중성자 흡수능력이 CNT보다 20만 배나 뛰어나 방사능 차폐에 가장 효율적인 물질로 꼽히고 있다. 우주 및 원자력 산업 등에 있어서도 활용 가치가 높다. 이같은 활용 가능성 때문에 미항공우주국(NASA), 캐나다 국립연구위원회(NRC) 등 일부 선진 국가를 중심으로 활발하게 응용연구가 진행되고 있다. 현재 국제 시장에서 1g당 700~1000달러의 높은 가격으로 거래 중이다.



◆내일테크놀로지(주)

내일테크놀로지㈜는 한국원자력연구원에서 개발된 질화붕소나노튜브(BNNT: Boron Nitride Nanotubes) 제조기술을 기반으로, 연구에 직접 참여한 연구자들이 2015년 9월 창업한 나노기술 기반 스타트업이다. 17개 정부 출연연구기관이 공동 출자한 국내최대 기술지주회사인 한국과학기술지주가 투자해 설립한 연구소기업이다. 현재 BNNT가 가지고 있는 우수한 전기절연성, 열적-화학적 안정성, 열중성자 흡수능을 보다 잘 활용하기 위해 국내외에서 다양한 노력을 경주하고 있다. 이의 일환으로 글로벌 진출을 위해 지난해 가을엔 미국에 자회사 ‘NAIEEL Co.’도 설립했다.

전기절연방열소재를 비롯해 BNNT의 압전성을 이용한 차세대 에너지원으로서의 에너지하베스팅 시스템도 개발 중이다. 현재 소형 LED 전구를 밝힐 수 있는 정도의 성능을 확인한 상태이다. 이뿐 아니라 방사선 검출센서 및 사용 후 핵연료 관리시스템 핵심소재인 중성자 차폐재 등 원자력 관련 분야에도 진출할 예정이다.



◆김재우 대표

한국원자력연구원 원자력소재개발부 출신이다. 나노기술을 응용한 방사선 차폐소재 연구를 하다 BNNT에 주목했다. 연구원 재직 시 나노기술을 응용한 방사선 차폐 신소재뿐 아니라 PET 진단용 사이클로트론 타겟인 산소-18 동위원소 농축수 정제기술 및 정제시스템도 개발해 산업체에 기술 이전했다. 상용제품을 개발한 경험이 창업 밑거름이 됐다. 일본 후쿠시마 원전 사고이후 방사선 차폐소재 중요성이 부각될 때 국내 관련분야 연구를 주도했다. 미국 미주리대학에서 레이저 응용연구로 원자력공학 박사학위를 받았다.



박희범 과학기술전문기자 snews@s-news.kr



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원문링크 사이언스뉴스 보도(2017-1-11).pdf