[실험실 소개] 영남대학교 화학과 무기나노신소재 연구실 (Inorganic Nano Advanced Materials Laboratory)

KIC News, Volume 16, No. 6, 2013

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영남대학교 화학과 무기나노신소재 연구실

(Inorganic Nano Advanced Materials Laboratory)

❙경상북도 경산시 대동 214-1 (우: 712-749) 전화 : 053)810-2363, FAX : 053)810-4617 E-mail : [email protected]

❏ 저온에서의 사파이어 단결정용 고순도 알루미나 분말 개발 - 2011년 지역혁신인력양성사업(한국연구재단)

- 총괄과제 책임 : 강미숙 교수

- 참여기관 : 영남대학교 화학공학과 이태진 교수

㈜티피에스 김헌덕 이사

- 개발기간/사업비 : 2011. 4.~2014. 3. / 3년간 4억 8,000 - 특허 2편, 논문 11편 출간

영남대학교 화학과 강미숙 교수

영남대학교 화학과 무기나노신소재연구실은 에너지 및 환경에 적용 가능한 다양한 무기나노소재들을 합 성ㆍ응용하는 연구를 주로 진행하고 있다. 연구실에서는 강미숙 교수와 10여 명의 학생들이 함께 프로젝트 를 수행중이고 독자적으로 보유한 고급기술들을 기업으로 이전하는 사업을 진행하고 있다. 특히 2011년도 에 지역혁신인력양성사업 ‘사파이어 단결정 성장용 고순도 알루미나 분말 개발 및 전문 인력 양성’에 선정 되어 LED 분야로 연구범위를 확장하면서 LED 기판으로 쓰이는 사파이어의 원료인 α-알루미나의 합성 에 초점을 맞추고 있다.

실험실 소개

KIC News, Volume 16, No. 6, 2013

http://www.ksiec.or.kr

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일반적으로 알루미나는 높은 내열성과 내화학성, 내식성, 고강도 등에 기인하여 내마모재, 스파크 플러 그, 절연재, 연마재, 내화물, 세라믹 타일, 유리, 절삭공구, 생체재료, 촉매담체, 필터, 열교환기 부품, 수지 의 필러(resin filler), 섬유 등 광범위하게 사용되고 있다. 특히, 최근 들어 LED 기판용 사파이어의 원료로 각광을 받고 있는 α-알루미나는 다양한 분야에서 첨단 소재 원료로 쓰이고 있으나 그 중요성에 비해 수 입 의존성이 심하다. 또한 α-알루미나는 1,200℃ 이상의 고온에서 소결시켜야 한다는 단점을 가지고 있 다. 고온 소결과정을 통하여 생산되는 α-알루미나는 생산비용뿐만 아니라 소결온도가 올라갈수록 결정 내의 구조결함이 증가하고, 이것은 결국 사파이어를 성장시키는 단계에서도 같은 원인으로 보고되고 있다.

따라서 최근에 α-알루미나의 제조 온도를 낮추고자 하는 연구들과 결정 성상을 일정하고 안정하게 유지 시키고자 하는 연구들이 활발히 진행되고 있다. 따라서 본 연구실에서는 낮은 온도 하에서 사파이어 단결 정의 원료인 고 순도 α-알루미나 분말을 제조하는데 목표를 두고 있다.

저온에서의 다양한 α-알루미나 합성

일반적으로 α-알루미나는 1,200℃ 이상의 고온에서 형성되는데 본 연구실은 주로 여러 가지 Al 전구체에 다양 한 계면활성제, N-계나 O-계 킬레이트 리간드 등을 이용 하여 여러 가지 형상 및 온도를 제어하고 별도로 seed를 첨가하여 600~700℃의 보다 마일드한 온도범위에서 α- 알루미나의 합성이 가능한 장점을 가지고 있다. 또한, 연구 실이 보유한 특이 합성법인 Solvothermal 법을 이용하여 300℃에서 α-알루미나의 합성이 가능하다.

안정적인 α-알루미나 공급에 따른 경쟁력 우위

현재 LED 기판으로 사용되는 사파이어 단결정을 성장하거나 단결정 성장로를 생산하는 업체가 많이 있 다. 하지만 업체들은 사파이어 단결정의 원료 물질인 α-알루미나에 대한 수입 의존도가 심한 편이다. 따 라서 만약 연구실이 고순도 α-알루미나를 안정적으로 공급할 수 있다면 손질 의존도를 줄이고, 안정적인 수급이 가능해진다는 장점이 있다. 또한, 기존의 α-알루미나보다 고순도 α-알루미나를 공급함으로써 LED 기판의 성능을 향상시킬 수 있으며 이에 따라 더욱 경쟁력을 갖출 수 있다. 특히, 본 연구실이 보유한 기술인 Solvothermal 법을 이용하면 재현성이 뛰어나고, 낮은 온도에서 α-알루미나가 합성이 가능하기 때문에 사업화되었을 때 에너지 절약 측면에서 우위를 점할 수 있으리라 사료된다.