우수한 냉각 효율을 지닌 초박막 흑연 필름

(A render of the graphite film produced at KAUST Credit: 2020 KAUST; Xavier Pita)

흑연 소재로 만든 박막 필름은 열전도율이 우수하고 무게가 가벼워서 스마트폰처럼 얇고 가벼워야 하는 전자 제품의 방열 소재로 매우 우수합니다. 하지만 섭씨 3200도의 고온에서 구운 후 얇은 필름으로 만들기 때문에 제조 단가가 높다는 점이 단점입니다.

사우디 아라비아의 킹 압둘라 과학기술 대학 (King Abdullah University of Science and Technology (KAUST))의 연구팀은 더 저렴한 방법으로 더 얇은 흑연 초박막 필름을 제조할 수 있는 공법을 개발했습니다. 연구티이 개발한 나노미터 두께 흑연 필름 nanometer-thick graphite films (NGFs) 제조 기술은 얇은 니켈 금속 호일을 촉매로 이용해서 섭씨 900도의 메탄 가스를 니켈 표면에 침착시키는 방법입니다.

이 방법은 비교적 낮은 온도의 메탄 가스를 사용하기 때문에 제조 비용이 저렴하면서도 기존의 수 마이크로터 박막 필름보다 더 얇은 100nm 두께의 초박막 흑연 필름을 얻을 수 있다는 장점이 있습니다. 이렇게 만든 흑연 필름은 니켈 표면에서 분리할 수 있습니다. 참고로 연구팀이 실험실에서 제조한 흑연 필름의 크기는 55㎠였습니다.

따라서 실제 경제적인 비용으로 대규모 상업 생산이 가능할지는 좀 더 두고봐야 알 수 있지만, 연구팀은 상용화가 가능할 경우 전자 기기 냉각 소재는 물론 여러 가지 분야에 응용이 가능할 것으로 기대하고 있습니다. 매우 얇아 반투명할 뿐 아니라 전도성도 우수한 물리적 특성을 지니고 있기 때문입니다.

이런 소재 기술은 신형 스마트폰 출시처럼 직접 와닿는 이야기는 아니지만, 혁신적인 제품들을 가능하게 만든 밑거름이라고 할 수 있습니다. 앞으로 더 가볍고 우수한 냉각 소재가 개발되기를 희망합니다.

참고

https://newatlas.com/materials/ultra-thin-graphite-films-heat-cool-smartphones/

https://www.nature.com/articles/s41598-020-71435-7

https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6528/aba712

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