각종 산업제품의 기능향상과 다양성으로 인하여 그동안 크게 주목을 받지 못하던 SKELETON 재료에 대한 연구 및 제품화가 매우 빠른 속도로 이루어지고 있다. 최근들어 미국, 일본을 비롯한 선진국에서도 이에 대한 연구 및 제품화에 착수하고 있는 상황으로 SKELETON 재료가 갖는 잠재적 가치를 고려할 때 산업적 요청에 부흥할 수 있는 신공정 원천기술의 개발이 국내에서도 시급히 요구되고 있다. SKELETON 재료는 기존의 금속과 같은 에너지가 많이 소요되는 용해/가공공정이 필요없는 다공성 경량구조의 독특한 구조적 특성을 가지고 있으며, 더욱이 이의 공극율과 재질을 사용목적에 따라 임의로 제어할 수 있기 때문에 새로운 기능성 재료로써의 관심과 기대가 집중되고 있다. SKELETON METAL의 응용분야로써는 우선 차세대 전자산업용 DIMENSIONAL HEAT SINK에의 이용을 들 수 있으며, 이는 최근 들어 반도체 칩의 집적도가 고도화되고 컴퓨터 등의 제품크기가 갈수록 소형화되는 추세에서 더 이상 종래의 방열시스템으로는 전자소자나 칩의 방열처리가 한계에 도달하고 있는데, 칩에서 발생하는 열을 효과적으로 외부로 발산시켜 주지 못할 경우 칩성능이 저하되고 수명이 단축되는 문제를 일으킬 수 있으며, 이로 인해 반도체 칩을 사용하는 컴퓨터나 가전제품 자체의 신뢰성에 심각한 타격을 줄 수도 있다.
그러나, 종래의 방열 방법은 발생하는 열을 충분히 발산시키는데에는 그리 효과적이지 못하며, 특히 향후 사용되는 마이크로프로세서 칩은 발열량에 있어서 기존 칩에 비해 매우 클 것으로 예상되기 때문에 현재의 방열시스템으로는 한계가 있을 것으로 알려져 있다. 즉, 인텔 펜티엄 CPU(Intel Pentium CPU)의 경우 발열량은 약 8 Watts 정도인 것으로 알려져 있으나, Digital Equipment Corp.의 AA Alpha AXP RISC 칩의 발열량은 23 Watts이며, 더욱이 최근 출시된 CPU 칩은 발열량이 30 Watts를 초과하는 등 갈수록 반도체 칩의 발열량이 증가하고 있는 추세이다. 이와 같이 전자소자의 발열량은 크게 증가하는 반면 이들 부품을 장착한 컴퓨터 등의 각종 제품은 갈수록 소형화되는 추세로써, 앞으로는 공간을 많이 차지하는 현재의 핀 방식인 라디에타(Radiator) 방열시스템을 대체할 수 있는 새로운 형태의 방열체 및 방열시스템-SKELETON 구조의 DIMENSIONAL HEAT SINK-이 시급히 요구되고 있다.
SKELETON METAL의 또 다른 응용분야로써 공기정화용 필터 재료로 사용할 수 있는데, 산업용 혹은 가정 및 사무실용 공기정화기의 핵심부품은 PLASMA 방전 또는 CORONA 방전을 일으키는 집진극과 방전극으로써 현재 이에 사용되는 집진극은 단순한 철판을 가공한 제품이 대부분이나 다공성 SKELETON METAL을 사용함으로써 집진면적의 극대화를 꾀할 수 있으며, 제품의 소형화에 크게 기여할 수 있다.
SKELETON 재료의 또 하나의 응용분야는 SiC/Al, Al2O3/Al, SiO2/Al Cermet 등의 복합재료로써, 세라믹과 금속간의 계면반응을 이용한 3차원 골격구조를 갖는 새로운 형태의 복합재료를 제조하여 자동차 엔진의 Piston Pin과 Connecting Rod등에 활용할 수 있다. 종래의 복합재료는 강화재의 부피분율이 20% 이하로 제한되어 주로 구조재료로 응용이 되어 왔으나, 최근 강도, 영율, 열팽창, 열전도도 등의 기계적, 물리적 특성이 향상된 강화재 부피분율 50% 이상의 Cermet 복합재료를 제조하기 위한 연구가 새롭게 시도되고 있는 상황이다. 이외에 SKELETON METAL의 응용분야로 현재 NiMH Battery의 Porous Ni Electrode, 연료전지의 전극, 대기오염물질 촉매산화용 귀금속 촉매 및 각종 Metal Filter의 재료에도 적용되고 있다.
SEKLETON 재료의 제조기술에 대한 외국의 사례를 살펴보면 미국, 일본에서 비교적 활발하여 일부 분야에서 제품개발이 이루진 상태로서 현재 화학공장의 수소화 촉매로써 Raney Catalyst Type의 Sponge Ni 촉매, 차세대 연료전지용 전극으로써 Sponge Ag, NiMH Battery의 Sponge Ni 전극, 공기청정기 필터용 Sponge Ni 및 금속-고분자 복합재료용 Skeleton Ni, Cu, Fe 등이 제품화되어 있으며, 이외에 SKELETON METAL이 갖는 기계적, 구조적 물성을 이용한 여러 가지 응용분야가 지속적으로 개발되고 있다. 다만 앞에서 기술한 3-Dimensional Material 을 활용한 고효율 HEAT SINK 재료에 대한 제품개발 사례는 아직 보고된 바가 없다.
한편 국내의 경우 SKELETON METAL 제조를 위한 기반기술이 확립되어 있지 않으며, HEAT SINK 재료에 대한 국내 기술개발은 아직 실험실적 초보단계에 지나지 않아 PC(Personal Computer)를 비롯한 전자제품 Maker에서도 알루미늄 핀 방식의 HEAT SINK를 제작/부착하는 정도로 방열문제를 해결하는데 만족하고 있는 실정이다. 또 일부 NiMH Battery용 Porous Ni을 수입하여 Battery등을 제조하고 있는 정도이며, 대기오염 방지용 Skeleton Metal Catalyst의 국내 수요가 크게 증가하고 있으나 현재 이들 제품도 모두 해외로부터 수입하고 있다.
따라서, 차세대 전자산업 및 환경산업등에서 이와 같이 다양한 제품과 형태로 응용가능한 SKELETON 재료의 제조와 이의 제품화 기술개발은 파급효과 및 시장성을 감안할 때 시기적으로 매우 중요하다 할 수 있으며, 특히 선진외국에서도 아직까지 본격적으로 연구개발에 착수하지 않은 독자적인 미래원천기술로써의 당위성을 갖는다 하겠다.

<김성규 한국과학기술원 책임연구원>