비철금속의 내산화·내마모·바이오 특성 향상...신소재 표면제어 연관 산업에 활용 기대

영남대 고영건(40) 신소재공학부 교수 연구팀이 금속과 세라믹을 접합하는 신기술을 개발해 학계의 주목을 받고 있다.

최근 고 교수 연구팀은 ‘연질 플라즈마 방전기술을 활용한 금속-세라믹 이종접합 코팅기술’에 관한 연구결과를 발표했다. 플라즈마는 초고온에서 음전하를 가진 전자와 양전하를 띤 이온으로 분리된 상태로 고체·액체·기체 상태가 아닌 ‘제4의 물질상태’라 부른다. 이러한 플라즈마 현상은 수 억 도의 초고온 핵융합에서부터 반도체 공정, 신소재 합성 등에 이용되는 플라즈마 방전에 이르기까지 다양하게 적용되고 있다.

연구팀은 이번 연구에서 플라즈마 현상을 이용한 ‘플라즈마 전해산화 기술(PEO, Plasma Electrolytic Oxidation)’을 적용했다.

고 교수는 “플라즈마 전해산화 기술은 자연계의 화산폭발 원리와 매우 흡사하다. 극심한 화산활동을 통해 지구표면에 제주도와 하와이 같은 새로운 섬이 형성되는 것처럼 높은 에너지의 플라즈마를 통해 금속 표면에 세라믹층을 형성할 수 있다”면서 “이번에 플라즈마 세기를 제어할 수 있는 신기술을 개발해 금속 표면에 세라믹층을 형성함과 동시에 세라믹 고유의 특성도 살려 표면 물성을 획기적으로 향상시켰다”고 연구 결과를 설명했다.

특히 고 교수 연구팀은 에틸렌다이아민 사초산(EDTA) 및 구리-EDTA 유기 복합물의 특성을 활용해 ‘연질 플라즈마 방전(Soft Plasma-Arc)’을 제어하는데 성공했다. 이로 인해 필연적으로 발생하는 세라믹층 내 결함 및 기공률을 대폭 감소시켰다.

이번 연구결과는 네이처의 자매지인 <사이언티픽 리포트>(Scientific Reports, 영향력 지수(IF) 5.228) 온라인 판에 3월 10일 게재됐다.

고 교수는 “실제 화산활동의 경우 인간이 화산폭발의 세기를 조절할 수 없지만, 플라즈마 방전의 경우 이번 연구를 통해 인간이 조절 가능한 영역으로 끌어왔다”면서 “이번 연구결과는 향후 마그네슘, 알루미늄, 타이타늄 등 비철금속의 내산화·내마모·바이오 특성 향상이 가능한 획기적인 전기화학 기술이다. 특히 유기물-무기물 조합에 따라 응용분야가 무궁무진해 모바일기기, 자동차, 임플란트 등 신소재 표면제어 기술과 연관된 신산업 창출에 활용될 수 있을 것”으로 기대했다.

한편, 이번 연구는 산업통상자원부 지원으로 수행됐으며, 인도네시아 출신의 무하마드 프리슬라 카밀 (25, Muhamad Prisla Kamil, 영남대 대학원 신소재공학과 석박사통합과정 5기) 씨가 제1저자, 지도교수인 고영건 교수가 교신저자로 참여했다.