<사진1-(왼쪽부터)이동관 학생(석사과정, 제1저자), 박성훈 교수(교신저자)>

전기차·항공우주·웨어러블 디바이스까지… 고온에서도 안정적인 전자소자 구현 기대

숭실대학교(총장 이윤재)는 기계공학부 박성훈 교수 연구팀이 온도 변화에도 전기 저항이 일정하게 유지되는 하이브리드 복합소재를 개발했다고 밝혔다.

일반적으로 전도성 소재는 온도 변화에 따라 저항이 변동되며, 이는 전자 소자의 성능 저하뿐만 아니라 화재 위험을 초래할 수 있다. 박성훈 교수 연구팀은 탄소나노튜브(CNT)와 카본블랙(CB)을 최적의 비율로 조합해 Zero-Temperature Coefficient of Resistance(ZTCR)를 구현하는 데 성공했다. CNT는 온도가 증가할수록 저항이 감소하며, CB는 온도가 증가할수록 저항이 증가한다. 연구팀은 이 두 소재의 상호 보완적 특성을 활용, 특정 온도에서도 저항 변동이 거의 없는 안정적인 복합소재를 개발했다.

이번 연구로 개발된 소재는 △전기차 △항공우주 △웨어러블 디바이스 △스마트 센서 등 고온 환경에서 신뢰성이 요구되는 전자 소자에 적용될 수 있는 핵심 기술로 주목받고 있다. 연구 결과는 재료과학 및 화학공학 분야의 최고 수준(Top-tier) 저널인 ‘Chemical Engineering Journal (Impact Factor: 13.3, JCR 상위 2%)’에 게재됐으며, 이는 탄소 복합소재와 기계학습을 융합한 연구 접근법이 학문적·산업적으로 높은 가치를 인정받았음을 의미한다.

<사진2-온도 변화에도 저항 변화 없는 전자소자를 구현하기 위한 개념도: 0차원-1차원 필러에 따른 열팽창 과정에서 저항 변화 메커니즘과 빅 데이터를 기반으로 예측 모델을 개발하는 기계학습 프로세스>

기계학습 기반 최적화 설계, 차세대 전자소자의 핵심 기술로 부상

이번 연구의 또 다른 주목할 점은 Symbolic Regression 기반 기계학습 모델을 활용해 ZTCR을 구현할 수 있는 최적의 소재 조성을 예측했다는 점이다. 기존의 실험적 접근 방식은 많은 시간과 비용이 소요됐으나, 연구팀의 기계학습 모델을 적용하면 소재 조성을 더욱 효율적으로 최적화할 수 있어 차세대 고성능 복합소재 설계에 새로운 패러다임을 제시할 수 있다.

<사진3-(왼쪽부터)하이브리드 복합체의 0차원-1차원 필러 비율에 따른 저항-온도 변화 경향+기계학습을 통한 예측 모델 개발=온도에 따른 무저항 전자소자 구현 및 소재 설계 제시>

탄소 복합소재, 전기차·우주항공 등 미래 산업 핵심 기술로 자리 잡을 것

이번 연구를 통해 구현된 ZTCR은 전기차 배터리 시스템, 저항 발열체, 고온 작동 센서, 정밀 계측 장비, 항공우주 산업 등 다양한 분야에서 활용될 수 있다. 추후 차세대 전자소자의 신뢰성과 성능을 획기적으로 향상시킬 것으로 기대된다.

박성훈 교수는 “이번 연구는 고온에서도 안정적인 전기적 특성을 유지하는 탄소복합소재를 개발하고, 기계학습을 활용해 최적화한 점에서 큰 의미가 있다”며 “전자소자의 신뢰성을 높이고, 극한 환경에서도 안전하고 효율적인 전력 전달이 필요한 산업에 기여할 것으로 기대한다”고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 한국에너지기술평가원(KETEP)의 에너지정책 융합대학원 사업의 지원을 받아 수행됐다. 연구팀은 향후 실용화를 위한 후속 연구 및 기업과의 협력을 적극 추진할 계획이다.

 

 

홍보팀(pr@ssu.ac.kr)