결정기능화 공정기술센터
미래창조과학부(한국연구재단)가 지원하는 선도연구센터지원사업 공학 분야의 ‘결정기능화 공정기술센터’. 결정기능화 공정기술센터 김우식 센터장(경희대학교)은 그동안 화학 공학 분야에서 결정기능화 연구가 그리 알려지지 않았다는 점을 감안한다면 이 연구는 매우 의미 있는 일이라며 최근 국내의 대기업들이 결정제품에 대한 자문을 구하면서 결정기능화 공정기술센터가 서서히 존재감을 드러내고 있고, 이에 탄력 받아 연구의 폭을 점점 넓혀갈 계획이라고 밝혔다.
모든 제품을 이루는 핵심 요소 결정소재
21세기에 들어서며 화학 산업의 패러다임은 기체, 액체에서 고체 결정소재로 변화되고 있다. 즉 기존의 정유, 석유 화학과 같은 기체 및 액체상 소재가 주도하는 산업들이 전자, 정보, 에너지, 제약, 정밀화학과 같은 고체 소재의 산업으로 전환된다는 말이다. 따라서 고체 소재 산업의 핵심이 되는 기능성 결정소재의 중요성은 점점 높아지는 추세이다.
현재 정밀화학과 의약 제품은 80% 이상, 차세대 태양전지의 전극과 광활성층 등은 90% 이상이 결정소재로 이루어져 있다. 또한 차세대 디스플레이의 전극과 소자, LED 등에도 결정소재가 핵심 부품으로 사용되고 있으며 나노·바이오산업의 바이오 이미징, 약물 전달 및 치료 등의 분야에서도 나노결정소재가 사용되는 등 결정소재의 영향력은 전 분야에 걸쳐 있다고 봐도 무방하다.
김우식 센터장은 결정소재가 어떠한 기능성을 가지느냐에 따라서 여러 산업 제품들의 성능과 특성을 결정짓는다고 말한다. “기능성 결정소재는 미래 신산업에서 가장 많이 사용되는 기반 소재이자 성패를 좌우하는 핵심 소재입니다. 그 기능성은 구조, 형상, 크기, 분포, 순도에 의해 결정되는데, 이러한 요소들을 제어해 결정소재에 기능성을 부여하는 과정을 ‘기능화’라고 부르죠.”
21세기 실학을 꿈꾸다, 결정기능화 연구
“실험실 연구를 위해서는 소량의 결정소재 합성이면 충분합니다. 그러나 실용화를 위해선 대량생산 공정기술이 필수인데, 실험실에서와 같은 방법으론 대량의 결정소재를 만들 수가 없었죠.” 김우식 센터장은 기존의 결정소재 연구가 실험실의 소량 합성 연구에 집중돼 왔고 이를 실용화 할 수 있는 기술연구는 다소 소홀히 해왔다고 말한다. 따라서 “결정기능화 공정기술센터 역할은 기능화를 통해 원하는 결정소재를 만들어 실생활에 상용할 수 있도록 하는 것입니다.” 이에 결정기능화 공정기술센터는 ‘규칙적 유동을 활용한 새로운 방법’을 선택했다. 액상을 균일하고 규칙적인 유동장을 따라 흐르게 만드는 것으로 이 흐름이 어떻게 흐르느냐에 따라 결정소재의 모양이 각기 달리 나온다.
“우리는 결정소재의 외형적인 모습뿐만 아니라 더 깊숙이 들어가 결정소재들의 분자들이 결정화 되는 과정에서 결합하는 그 원리를 파악해 원하는 대로 결정소재들을 만드는 것을 목표로 합니다.” 김우식 센터장은 원자들이 분자인식을 통해 자기조립을 실시하는 과정들을 직접 제어할 수 있다면 원하는 결정소재를 대량생산으로 양산하기까지 수월하게 할 수 있을 것으로 내다봤다.
김우식 센터장은 영국의 케임브리지-화이저(Cambridge-Pfizer inc.) 연구소, MIT의 ‘노바티스(Novartis) 연구센터’처럼 대한민국의 결정기능화 공정기술 연구의 구심점이 되고 싶다고 말한다. “아직 선진국을 따라가기엔 우리는 걸음마를 뗀 아이와 같습니다. 그러나 ‘천리길도 한 걸음부터’라는 말처럼 전문 인력을 더 확보하고, 저변을 확대해 선도연구센터지원사업이 끝난 이후에도 결정기능화 공정기술센터가 자립할 수 있도록 더욱 노력하겠습니다.”
