지난 10년간 국내 부품소재 산업은 한국 주력산업 성장과 정부 정책 등의 영향으로 괄목할 만한 발전을 거듭했지만 여전히 낙후한 실정이다. 특히 고부가가치 소재는 일본 독일 등 해외 선진국에 크게 의존하고 있다. 최근 우리나라도 선진국과의 거리를 좁히기 위한 연구에 박차를 가하고 있는 가운데 광운대 전자재료공학과 고중혁 교수가 이끄는 연구실은 미래에 사용 가능한 에너지 관련 소재 연구와 함께 소재 관련 원천기술 확보에 연구역량을 집중하며 대한민국의 미래를 선도하고 있다. 원천기술 확보를 통한 글로벌 부품소재 강국 도약이라는 비전을 바탕으로 연구에 몰두하고 있는 고중혁 교수의 연구실을 소개한다.

“부품 소재는 뒤졌지만 에너지 분야는 충분히 극복할 수 있어”
현재 국내 소재부품 산업은 일본 독일 미국 등 선진국에 대한 기술종속이 여전히 심한 편이다. 특히 압전 소재를 사용하는 전자부품의 경우 일본이 세계 시장의 50% 이상을 점유하다시피 하고 있다. 압전 소자를 제작하는 대표적인 회사로는 일본의 TDK, Tokin과 독일의 PI사 등을 꼽을 수 있다. 압전 소자는 초정밀 제어와 같은 분야에 많이 응용되고 있으며, 한 예로 압전 소재로 제작한 압전 액츄에이터는 응답속도가 0.1ms 이하로 매우 빠르고, 정확성은 10nm 정도로 매우 정확하게 시스템을 제어할 수 있다.이런 초정밀 제어 시스템의 경우 독일의 PI사가 세계 시장을 거의 독점하고 있다. 압전 부품을 이용해 초정밀 제어를 하는 시스템의 경우, 대당 가격이 최소 1,000만 원이 넘는 초고가이지만, 초정밀 시스템의 경우 신뢰성이 매우 중요하기 때문에 몇몇 선진 기술제품을 보유한 회사가 세계 시장을 독점할 수 밖에 없는 실정이다.

때문에 국내에서도 학계를 비롯한 산업계를 중심으로 많은 연구가 이루어져 오고 있지만, 아직 선진국과의 거리를 좁히지 못하고 있는 실정이다. 광운대 전자재료공학과 고중혁 교수는“국내외에서 소재부품 재료에 대한 수요는 점점 증가하는데 국내 기술은 아직 외국의 기술에 비해서 많이 뒤쳐져 있다”며 “특히 에너지와 관련해서는 국내와 외국의 연구진들 모두 비슷한 시기에 연구를 시작하고 있기 때문에 앞선 외국의 기술을 충분히 극복할 수 있다”고 자신의 연구에 강한 자신감을 내비쳤다.

소재 산업은 황금알 낳는 고부가가치산업 ‘장기투자’없이는 불가능
현재 이 연구실을 포함한 많은 연구자들이 소재 관련 원천 기술을 확보하는 것이 무엇보다도 중요하다고 믿고 있다. 지금까지는 우리나라의 경제성장을 이끈 주된 산업은 전자·기계 산업 등이라고 할 수 있다. 그러나 각종 전자기기에 들어가는 전자부품 재료, 기계 등에 사용되는 금속재료 등을 좀 더 개선하고 발전시켜서 전자 및 기계 시스템을 만들지 못하다면, 최종적으로 만들어지는 시스템의 성능은 그 한계가 있다. 특히 소재산업은 전세계적으로 앞선 기술을 가진 한 두 곳의 회사가 전세계 시장을 독점하고 있는 분야다. “사람들은 소재 기술을 굉장히 쉽게 생각합니다. 마치 라디오를 만들듯이 뭐 1~2년 정도 투자하면 좋은 소재를 만들 수 있을 거라고 믿습니다. 하지만 실제 소재산업은 그렇지 못합니다. 독일의 PI사, 일본의 Tokin사가 무엇을 어떻게 만드는지 비슷하게는 알고 있습니다만, 10년이 지난 지금도 아직 그 근처도 못 따라가고 있거든요. 그래서 거꾸로 말하면 확실한 부가가치 산업이 됩니다. 세라믹 액츄에이터의 경우, 일반 소비자가 구입하면 개당 대략 5만원에서 20만 원 정도 합니다. 그런데 이 단위 부품의 원료비는 5천원도 하지 않습니다. 더 재미있는 사실은 여기에 시스템, 즉 구동장비를 달면 가격이 최소 100만 원대로 올라갑니다. 이 단위 시스템을 이용해서 정밀 ‘방진대’(anti vibration table) 같은 것을 만들면 가격이 최소한 수천만 원을 호가합니다. 물론 ‘방진대’같은 정교한 시스템을 만들기 위해서는 많은 기술 및 다른 부품이 사용됩니다만 가장 기본적인 핵심부품은 세라믹 액츄에이터입니다.”

화석연료 고갈 대비해 미래 에너지원 소재 연구에 박차
고중혁 교수가 이끄는 연구실은 현재 미래의 사용 가능한 에너지 관련 소재 연구에 연구역량을 집중하고 있다. 특히 주요 연구 분야는 에너지와 관련된 소재 및 공정 개발이다. 다시 말해 미래사회에서 필요로 하는 에너지원에 대한 연구다. 현재 지구상의 석유와 석탄 등 유기물 에너지 자원은 불과 50년에서 100년 정도면 고갈될 것으로 보인다. 그렇다면 차세대 에너지원은 무엇이 될까. 과학자들은 지금 전 세계적으로 연구, 개발하고 있는 신재생에너지가 큰 역할을 담당할 것으로 전망하고 있다. “현재 저희가 연구하고 있는 압전에너지와 태양전지는 그 에너지의 일부분이 될 것입니다. 학계에서는 이런 다양한 소재의 개발 및 효율 극대화에 대한 연구를, 산업계에서는 이렇게 생산된 에너지를 효율적으로 저장하고 운영하는 시스템을 개발하고 있습니다. 따라서 미래의 에너지원은 석유나 석탄 같은 화석연료에서 광전·열전·압전 등 우리 주위에 존재하고 있는 에너지원을 전기에너지로 변환해서 사용하는 에너지가 될 것입니다. 이 때쯤이면 염료감응형 태양전지의 효율이 극대화 될 것으로 기대하고 있고, 이 경우 현재 원유로 생산되는 전기 에너지의 생산단가 정도의 비용으로 전기 에너지를 생산할 수 있을 거라고 믿습니다.”

“비판적 시각 갖춘 창의력 있는 엔지니어 양성이 목표”
현재 무연 압전소재 및 염료감응형 태양전지를 연구하는 많은 연구자 가운데 단지 한명일 뿐이라고 겸손해하는 고 교수는 자신의 연구 결과나 내용보다는 이런 연구를 통해서 학문적 바탕위에 비판적 시각을 갖춘 창의력 있는 엔지니어를 양성하는 것이 목표라고 강조했다.“많은 학생들을 지도하다 보면, 외국의 전문 학술지에서 발표된 논문의 경우, 이것이 마치 진리인 것처럼 믿는 학생들이 있습니다. 하지만 아무리 우수한 학술지에 논문이 실린다고 하더라도 이것은 어떤 가능성 혹은 현상에 대한 논리적인 증명일 뿐 결코 그 논문에서 주장하는 모든 것들이 진리가 될 수는 없습니다. 그렇기 때문에 저는 학문에 대해서 열린 시각을 갖을 수 있는 인재의 양성이 저의 목표입니다.”
우리나라는 소재 분야, 특히 압전 세라믹의 경우 국내의 연구·개발 환경이 매우 척박한 것이 사실이다. 고 교수는 이런 열악한 환경에서도 연구를 잘 하고 있는 많은 선배들 덕분에 그래도 후배들이 큰 도움을 받는다 말했다.

“저는 사실 우수한 논문을 발표하지는 못하고 있습니다. 다만, 논문을 읽고 쓰는 방법을 저희 학생들에게 가르키고 싶을 뿐입니다. 학생 스스로 우수한 논문을 읽을 줄 알고, 실험할 줄 알고, 또 학생 스스로 작성한 논문에 자기 이름을 넣어서 출판했을 때 학생들이 느끼는 자신감은 이루 표현할 수 없습니다. 저는 이렇게 학생들 스스로가 우리도 잘 할 수 있다는 자신감을 갖게 하고, 그런 자신감 있는 학생을 만들 때 보람을 느끼고 있습니다.”
한편 고중혁 교수는 중앙대 전기공학과를 졸업하고 한국과학기술원에서 신소재공학 석사학위를, 스웨덴 Royal Institute of Technology에서 전자공학 박사학위를 취득했다. 한국전기연구원에서 2년간의 선임연구원 생활을 거친 뒤 2004년부터 광운대로 자리를 옮겨 현재 부교수로 재직하고 있다.