나노소재는 나노미터(nm) 크기에서 기존 재료를 제어·조합하거나, 새로운 구조의 물질을 합성·조합함으로써 물성이 현저히 향상되거나, 새로운 물성과 기능이 발현되는 소재를 말한다. 나노신소재라고도 한다. 나노소재는 6T 산업 전반에 걸쳐 활용이 가능하다. 나노소재는 나노원료소재, 나노가공소재 및 나노복합소재로 나뉠 수 있다.
종류
나노원료소재
나노원료소재는 나노분말, 나노선, 판상 나노소재, 나노기공체, 탄소나노소재 등과 같이 나노소재를 구성하는 가장 기본적인 형태로 단독으로 쓰이거나 다른 형태의 나노소재를 제조하는 데 필요한 바탕이 되는 기반 소재를 의미한다. 나노가공소재는 나노분산체, 나노코팅체, 나노복합섬유, 나노응집체 등과 같이 나노원료소재 또는 계층구조 나노소재로 혁신적 물성이나 신규 물성을 발현시키거나 개선시켜 환경, 건강, 물, 식량 산업용, 구조 기능용, IT 산업용, ET 산업용, 에너지 산업용 등으로 활용하게 하는 응용소재를 말한다.
나노복합소재
나노복합소재는 단일소재 또는 단순 이종 소재의 조합에 의한 물성상의 한계를 극복하고, 다기능, 고성능의 시너지 효과를 도출하기 위해 나노 크기 수준에서 서로 다른 이종 소재를 물리적 또는 화학적 방법으로 복합화한 소재이다. 나노복합소재는 벌크형 나노복합체, 나노기공체, 나노구조막소재, 나노다층소재, 나노직물 등과 같이 나노원료소재 간 또는 나노소재와 기존 소재들 간의 복합화(하이브리드화)를 위해 이종 물질 간 인터페이스 설계 및 제어, 다차원 구조화 및 복합화 공정기술 등을 통해, 복합 성능․한계 성능을 구현시킨 하이브리드 소재를 의미한다. 이러한 우수한 물성을 바탕으로 한 나노복합소재는 자동차 산업분야, 전자 산업분야, 에너지 산업분야 등 고기능성 복합재료를 요하는 분야에서 응용이 기대되는 신소재로서 주목받고 있다. 기지 소재에 따라 고분자, 세라믹 및 금속 기지 나노복합소재로 나뉠 수 있으며, 이중에서도 고분자 기지 소재에 나노탄소소재 필러가 가장 널리 사용되고 있다.
기존의 복합소재는 이를 구성하는 요소소재의 특성의 조합을 통해 상호보완 되도록 첨가되는 수준에 머무르고 있지만, 점차 원자/분자 수준의 복합화를 통한 새로운 극한 기능성이 필요하게 되었다. 따라서 단순 상호보완 수준이 아닌, 기존 개별소재보다 우수한 기능성을 가지며, 신기능성의 창출이 가능한 방향으로 나노복합소재 기술이 발전되어 갈 것으로 예상된다.
나노복합소재는 일반적으로 기지(고분자, 금속, 세라믹 등) 재료에 나노 크기(10㎚~100㎚)의 이종 소재를 혼입시켜 기존의 복합소재의 특성을 강화한 나노필러 복합소재가 대표적이고, 그 외에 다양한 소재들의 형태를 제어하여 원하는 구조를 만들거나 표면에 막을 형성하는 나노복합소재 및 원자·분자 단위(0.1㎚~수㎚) 영역에서 구조를 제어하여 완전히 차별화된 신소재 나노복합소재 등이 있다.
나노입자의 첨가로 인해 기계적 강도, 인성, 내마모성 및 전기-열 전도성 등과 같은 특성뿐만 아니라 기체 차단성, 차폐성과 난연성 등도 현저히 개선될 수 있는데, 일반적으로 나노입자가 단지 0.5~5.0% 중량비만 첨가해도 유효한 특성이 발현되게 된다. 기존의 마이크로 크기 복합체에 비해 월등히 우수한 특성을 가지면서도, 단순하고 저비용의 기술을 활용하여 소재 합성이 가능하다는 장점이 있다.
나노복합소재는 그림에서와 같이 기지 소재에 따라 고분자, 세라믹 및 금속 기지 나노복합소재로 나뉠 수 있다. 이 중에서도 고분자 기지 나노복합소재가 가장 일반적이며, 첨가되는 충전제(필러)에 따라 나노탄소소재 필러, 나노무기소재 필러, 나노금속소재 필러 등으로 나뉠 수 있으며, 나노탄소소재 필러가 가장 널리 사용되고 있다.
나노복합소재는 1980년대 Toyota에서 최초의 나노클레이 복합소재 자동차 부품을 도입한 이후로 상업용으로 사용되어 왔다. 최근 나노미터 크기의 물질을 특성화, 생산 및 조작하는 능력의 발전으로 새로운 종류의 나노복합소재에서 필러로서의 사용이 늘고 있다.
나노기술 발전에 따라 복합소재의 성능이 획기적으로 개선되고, 단일 소재 또는 기존의 복합 소재에서는 불가능했던 성능 제시도 가능해짐에 따라 최근 많은 주목을 받고 있다.
참고자료
- KISTI 산업정보분석실 유선희, 〈나노복합소재〉, 《디지털밸리뉴스》, 2015-07-14
같이 보기
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