마이크로/나노 신뢰성 제어기술 발전의 첨병역할
소재의 신뢰성 확보와 안전성 평가하는 기술 개발에 혼신
▲ 나노역학신뢰성연구실과 (주)프론틱스는 서로 협력하는 연구활동을 통해 미세전자부품의 신뢰성 평가 기술 분야에서 독보적인 연구성과를 거뒀으며 세계적인 연구실, 기업으로 성장하고 있다.
나노소재는 일반적인 매크로소재와는 다른 거동을 보이기 때문에 이와 같은 성질은 안전성과 내구성을 동시에 갖춘 초고강도 나노소재 개발에 걸림돌이 되고 있다. 따라서 나노소재의 강도를 보다 정밀하게 측정, 분석할 수 있는 기술을 개발해 나노소재에서 발생하는 변형 불안정성에 대한 근원적인 원인을 파악하면 나노소재 개발에 가속도를 붙일 수 있기 때문에 나노역학신뢰성연구가 절실히 요구되고 있다.
마이크로/나노 신뢰성 평가 기술 개발에 최선
서울대학교 나노역학신뢰성연구실(권동일 책임교수)은 재료의 역학적인 특성을 이용한 나노 및 마이크로 신뢰성 평가 기술 개발을 목적으로 1995년 설립되었으며, 세계 연구 흐름을 주도하는 국제적 인재의 양성과 실용적이고 현실적인 연구를 통한 종합적인 솔루션을 도출한다는 목표로 연구에 매진하고 있다.
연구실은 ‘신뢰성’이라는 주제 아래, 서로 다른 스케일과 환경을 테마로 활발한 연구를 진행하고 있다. 마이크로 신뢰성이라는 키워드로 연구를 하고 있는 그룹은 키워드 그대로 마이크로 단위의 실험을 한다. 즉, 기존의 경도시험을 응용하여 개발한 소재의 기본적인 물성을 유도하는 알고리즘을 산업 현장에 적용하는 연구를 수행하고 있다. 현재 개발된 알고리즘을 이용하면 노후화된 발전소 설비, 압력기기 등과 같은 구조물의 수명평가와 기기건전성에 필요한 데이터를 가동 중인 상태에서 직접 얻을 수 있는 장점이 있다. 이는 기존의 파괴적인 물성평가 방법에서는 불가능했던 것으로 산업 상에서 각광을 받고 있는 기법이다. 또한 다른 비파괴검사에 비하여 상대적으로 높은 정확도와 다양한 물성을 유도할 수 있다는 평가를 받고 있다.
마이크로 신뢰성에서 진행되는 연구는 나노 단위와 고, 저온 환경으로 확장하고 있다. 나노 단위에서 소재는 매크로 상황과 상이한 거동을 보이기 때문에 이와 같은 현상을 특성화하려는 연구가 진행되고 있다. 이 연구는 금속 박막과 더불어 고분자 박막에도 적용하기 위한 연구가 이루어지고 있어 앞으로 반도체 패키지 및 전자제품 전반에도 이용될 전망이다. 또한 상온에서 머무르지 않고 고온과 저온 환경에서 소재의 거동을 파악해 재료의 열화 특성이나 저온에서 취약해지는 성질을 보완하기위한 데이터를 제공하는 노력도 함께 진행 중이다.
우수한 인재배출 및 사업성과 이뤄
▲ 권동일 교수는 “산업이 점차 초미세 기술을 요구함에 따라 기술변화에 대처하고 새로운 기술을 선도하기 위해 박차를 가하고 있습니다”라고 말했다.
나노역학신뢰성연구실은 약 14년간 연구활동을 통해 미세전자부품의 신뢰성 평가 기술 분야에서 독보적인 연구성과를 거뒀으며 세계적인 연구실로 키우겠다는 권동일 교수는 더 나은 기술 개발을 위해 의지를 다지고 있다. 연구실은 박사 16명, 석사 21명의 연구인력을 배출하는 등 우리나라의 나노역학신뢰성연구발전에 이바지하는 우수한 인재들을 배출했으며, 현재 사회각계에서 많은 활약을 하고 있다. 권동일 교수는“학업성적만 우수한 학생을 길러내는 것이 아닌 세계를 보는 안목과 탁월한 언어능력, 그리고 창의력과 독창성을 지닌 글로벌인재를 길러내기 위해 노력하고 있습니다. 교수진과 학생들, 그리고 교육 프로그램과 시설을 고루 겸비한 우리 대학은 세계적인 인재를 양성하고 우수한 연구성과로 우리나라 경쟁력을 높이는데 최선을 다하고 있습니다”라며 강한 의지를 나타냈다.
또한 200여 편 이상의 논문 발표와 400회 이상의 국내외 학술 발표를 통해 학술적, 기술적 교류를 활발하게 해왔다. 이 뿐만 아니라 연구실을 이끌고 있는 권동일 교수는 2007년 7월 4일에 포르투갈 리스본에서 열린 ISOPE 2007 (International Offshore and Polar Engineering Conference; 국제 해양 및 극지공학회)에서 2006년 미국 샌프란시스코에서 발표한 ‘Residual Stress Evaluation for Weldment of Structural Components Using Instrumented Indentation Technique’ 연구 논문으로 최우수 논문상인 ‘Best Paper Award’를 수상하기도 했다.
연구실은 기계적 특성을 평가하는 기술을 뛰어넘어 발전, 석유화학, 건설 등 노후화된 대형 구조물 설비의 수명을 보다 쉽게 예측하는 기술을 개발해 사고 예방과 안전성을 확보하기 위한 연구를 수행하고 있다. 권동일 교수는 “대형 사회기반시설물의 안전성 및 사용성 확보와 이상상태 감지시스템 구축의 중요성은 국내 성수대교의 낙교사고와 미국 세계무역센터의 붕괴참사를 겪으면서 여실히 나타나고 있습니다. 대형 사회기반시설물의 안전성, 사용성 및 경제성을 극대화하기 위해 활발한 연구가 이뤄지고 있습니다”라고 설명했다.
독보적인 기술개발로 해외시장에 역수출
(주)프론틱스(김도형 대표)는 2000년 9월 서울대 신소재공동연구소 내 국가지정연구실인 ‘나노역학신뢰성연구실’을 모태로 설립된 벤처기업이다. 매년 매출액이 10억 원 이상 늘어나는 성공적인 벤처기업으로 자리매김할 수 있었던 원동력은 뛰어난 연구성과를 이루기 위해 밤낮으로 연구에 몰두한 연구원들과 직원들의 땀과 노력이다.
이 기업은 소재와 부품, 시스템 나아가서는 산업구조물에 이르기까지 제품의 신뢰성 확보와 안전성을 평가하기 위해 국내 최초로 계장화 압입시험기를 개발하였으며, 선진화된 기술을 바탕으로 세계 각국의 산업체 및 연구기관과 기술교류를 맺고 있다.
특히, 그간 개발해 온 기술 중에서 소재의 강도를 평가하는 알고리즘은 2007년 ISO 표준으로 제정되는 성과를 거두기도 했다. 대학연구실에서 개발된 기술이 국제 규격으로 승인된 것은 국내 과학기술 역사상 유례가 없던 일이기에 더욱 의미가 크다. 또한 미국과 일본의 특허를 보유하고 있으며, 뛰어난 기술력이 해외에서도 인정을 받으며 Exxon-Mobil, Shell 등 미국 대표기업에 평가기기를 수출하는 실적을 올렸다.
나아가, (주)프론틱스는 축적된 압입기술을 기반으로 계장화 압입시험법을 통한 잔류응력 측정 시험법을 세계 최초로 개발하고 또한 압입형 파괴인성 측정 기법과 이를 적용한 시험기 제작에도 힘쓰고 있다. 이는 기존의 파괴적 방법인 파괴인성 시험방법과는 다르게 비파괴적이며, 시편의 제약이 비교적 간단한 조건을 가진 압입시험만으로 재료의 파괴인성을 측정할 수 있다는 측면에서 경제성, 효율성을 극대화시킬 수 있고 다양한 재료에 적용할 수 있는 강점이 있다.
“우리 연구실은 나노역학신뢰성연구 분야를 발전시키는 첨병역할을 한다는 생각으로 책임의식을 가지고 연구하고 있습니다. 연구를 위해 밤낮없이 노력하는 학생들의 열정에 박수를 보냅니다. 저 또한 탄탄하고 신뢰성 있는 기술 개발을 위해 지도에 힘쓰겠습니다”라고 권동일 교수는 마지막으로 포부를 밝혔다.