< 혁신적인 나노 인터페이스 원천 공정기술 개발 >

다양한 기계 부품에 사용되는 경질박막(Hard Coating)의 기계적 물성과 내부식성(耐腐蝕性) 을 동시에 향상시킬 수 있는 새로운 나노 인터페이스 원천 공정기술이 부산대 융합학부 하이브리드소재응용 전공 박사과정생들의 융합 협력연구를 통해 최근 개발됐다.

이번 연구는 중국 유학생인 융합학부 만지흠(박사 13학번, 지도 권세훈 재료공학부 교수) 씨와 장동비(박사 12학번, 지도 김광호 재료공학부 교수) 씨가 공동 제1저자로 논문을 발표해 인터페이스 소재 분야의 대표적인 학술지인 『ACS Applied Materials & Interfaces』 온라인판(IF: 6.723)에 소개됐다.

현재까지 경질박막은 다양한 기계부품의 수명과 성능 향상을 위해 적용돼 왔으며, 주로 스퍼터링(Sputtering) 혹은 아크이온플레이팅(Arc Ion plating)과 같은 물리기상증착기술(PVD; Physical Vapor Deposition)을 통해 제조돼 왔다. 그러나, PVD의 증착원리상 경질박막 내부에 핀홀(Pin-hole), 공극(Void), 주상성장(Columnar Growth)과 같은 고유결함을 가지고 있어 부식 등 극한 환경에서 사용되는 경우 수명이 떨어지는 문제점이 제기돼 왔다. 이를 개선하기 위해 나노복합(Nano-composite) 또는 나노적층(Nano-multilayer) 구조의 박막들에 대한 연구가 오랜 기간 진행돼 왔으나, 구조 및 조성의 불균일성으로 실제 적용에 어려움이 있었다.

이번에 연구진은 핀홀과 공극과 같은 구조적 결함 없이 나노두께의 인터페이스 층을 형성할 수 있는 원자층 증착기술에 주목했다. 각 대학원생들이 갖고 있는 고유 공정기술의 융합을 통해 기존 PVD법을 이용한 CrN 경질박막 공정 중, 원자층증착방식으로 5~10nm 두께의 Al2O3 나노인터페이스 층을 삽입함으로써 기존 경질박막 대비 경도(Hardness) 약 130%, 부식방지 특성은 약 200% 가까이를 증가시킬 수 있는 공정기술을 개발했다.

지도를 맡은 권세훈 교수는 “이번 연구는 기존 기술들 간의 융합과 인터페이스 층의 중요성을 보여주는 예로, 실용성 있는 간단한 방법을 통해 기존 경질박막의 성능 및 화학적 내구성을 크게 향상시킬 수 있어 다양한 기계부품의 표면처리에 활용될 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

한편, 이번 연구는 미래창조과학부 글로벌프론티어 사업단인 부산대 하이브리드 인터페이스 기반 미래소재 연구단(단장 김광호·재료공학부 교수)의 지원을 받아 수행됐다.

* 사진 왼쪽부터 만지흠·장등비 씨

(2016.1.8.)