소재-부품-모듈 전주기 자기냉각기술 개발
부품 단위에서 세계 최고 수준 성능 발현
한국재료연구원(KIMS·원장 최철진)은 나노재료연구본부 김종우 박사팀과 재료공정연구본부 신다슬 박사팀이 국내 최초로 소재-부품-모듈 전주기 자기냉각 기술을 개발하는 데 성공했다고 9일 밝혔다.
이번 연구성과는 기존 가스를 냉매로 하는 냉각기술의 환경 문제를 해소해 친환경 고효율 대체 기술의 시장 진입 가능성을 열 것으로 기대를 모은다.
자기냉각 기술은 가스 냉매 없이 인가 자기장에 의해 냉매 온도가 변화하는 자기 열량 효과를 이용해 고체 상태에서 냉각을 구현하는 친환경 기술이다. 지금까지 소재 제조 공정에서 높은 단가와 희토류 원소 의존성으로 가격 경쟁력 확보에 어려움이 있었고 대량 생산 기술도 충분히 확보하지 못한 상태였다.
연구팀은 란타넘(La)계 합금과 망간(Mn)계 합금 등 다양한 자기냉각 소재를 합성해 열간압연·냉간인발·마이크로 채널 가공 과정을 거쳐 판재와 세선 와이어 형태 시편을 제작했다. 해당 공정으로 소재 미세조직을 정밀하게 제어할 수 있게 돼 냉각 효율과 신뢰성을 향상했다.
특히 판재 성형 과정의 경우 대면적(0.5㎜ 두께) La계 박판 제조 기술을, 와이어 제조 과정은 직경 1.0㎜ 가돌리늄(Gd)계 세선 제조 기술을 구현해 부품 단위에서 세계 최고 수준 성능을 발현시켰다. 비희토류 Mn계 소재에서는 열 이력 제어와 자기적 이방성 조절을 통해 냉각 특성이 개선되는 결과를 확보했다.
이 외에도 연구팀은 국내 최초로 자기냉각 소재·부품 단열온도 변화를 직접 측정할 수 있는 장비를 개발해 공정별 특성 차이를 정량적으로 검증하고 최적화된 소재-부품-모듈 개발을 가능하게 했다.
국제적으로 냉매 규제는 점차 강화되는 추세다. 몬트리올 의정서 키갈리 개정안에 따라 2030년 이후에는 HFC, HCFC, R22 등 주요 가스 냉매 생산과 사용이 전면 금지될 예정이다. 재생 냉매를 포함한 일회용 냉매 용기 사용도 전면 제한된다.
김종우 박사는 “이 기술이 상용화되면 기존 가스 냉매 기반 냉각기의 한계를 넘어 친환경적이면서도 안정적인 냉각 솔루션을 제공할 수 있다”고 강조했다.
신다슬 박사도 “이번 창의형 융합연구사업을 통해 기술을 더욱 고도화해 국내 산업 생태계 조성과 글로벌 시장 진출에도 기여할 것을 기대한다”고 말했다.
창원=노동균 기자 defrost@etnews.com
