특이한 소재 개발하는 게 과학자 임무
중장기 로드맵 통해 연구 이뤄져야

최근 소재(素材) 부품산업의 중요성이 더욱 부각되고 있다. 특히 일본에 크게 의존하는 산업 구조는 어제오늘의 일이 아니지만 국내 완성품 업계가 더욱 성숙해지면서 다시금 소재산업의 재도약이 필요한 시점이란 인식이 강하다.

소재란 우리의 일상생활에서 눈에 보이는 거의 모든 고체물질을 통상적으로 얘기한다. 소재의 특성을 과학적으로 이해할 필요 없이 일반인도 경험을 통해 우리 주위의 물질에 대해 기본적인 이해를 하고 있다. 예를 들어 찌개를 끓일 때 금속냄비가 좋고 뚝배기에 담아야 온도가 오래 보존된다는 정도는 누구나 알고 있다. 초기 과학의 역사도 이러한 주위의 물질을 활용하는 데서 출발했다. 흙을 구워 그릇이 생겼고 다른 특정한 흙을 녹여 금속이나 유리가 탄생하는 것과 같다. 또한 현대 과학기술의 진보가 혁명적인 소재의 개발과 함께 도래했음을 부정하는 과학자는 아마 없을 듯하다.

개발대상이 되는 미래 소재는 사실 우리가 일상생활에서 보는 것과 매우 다른 것이다. 한편으론 상식을 뛰어넘는 가장 특이한 소재를 가장 먼저 개발하는 것이 과학자의 임무이다. 가령 금속은 전기가 잘 통하는데 불투명한 성질을 가지고 있지만 어느 특정한 세라믹 소재는 전기가 통하면서도 투명하게 구현이 가능하다. 이 이상한 소재의 개발이 없이는 평판 디스플레이 TV가 존재하지 않았을 것이다.

조용수 연세대 교수·신소재공학

자동차에 적용될 새로운 소재 기술을 보면 미래 소재혁명의 방향성을 짐작할 수 있다. 미래 자동차는 연비, 경제성, 친환경적인 요소가 가미돼야 한다. 무거운 철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱, 탄소섬유 등 고분자복합체의 사용이 확대될 것으로 전망하고 있다. 외부뿐 아니라 엔진, 바퀴에도 적용될 것으로 보인다. 자동차의 스마트화 경향에 따라 유기전자소재가 조명, 디스플레이 등에 포괄적으로 적용되고 새로운 개념의 센서 소재가 활용될 것이다. 전기 소모를 줄이면서도 감성에 민감한 기술이 적용되는 것이다. 또한 인체 및 환경 유해물질 배출 규제로 인간친화형 바이오 플라스틱 소재가 적용되거나 유해한 물질 재처리 기술이 필요하다.

이처럼 새로운 기간산업으로의 도약을 위해 우리가 지향해야 할 미래혁신소재의 발전 방향을 살펴보면, 첫째는 원천기술력을 바탕으로 해야 한다. 모방하거나 변형된 소재의 연구가 아니고 창의적인 아이디어에 기반을 둔 시장선도형 혁신소재여야 한다. 기존의 수입소재를 대체하는 것도 중요하나 차세대 제품군에 사용될 소재를 선점해 개발하는 것이 중요하다. 둘째는 극한조건에서 최고의 성능이 구현돼야 한다. 초고온에서 혹은 매우 높은 주파수에서 작동하는 극한소재나 초고강도, 초경량 소재가 이에 해당한다. 셋째는 인간친화적인 감성에 부합하는 소재이다. 좀 더 편리하게 느끼거나 인간 중심의 기능이 강화된 소재가 각광을 받을 것으로 예상된다. 인체에 부착이 용이한 소재, 투명하거나 인간의 감성을 인지할 수 있는 기능소재 이다. 넷째는 환경친화적이어야 한다. 유해한 물질이 배제된 소재는 물론 재처리나 재생이 가능한 친환경적인 기능을 가진 재료이다. 일부 광물자원이 제한돼 있어 이미 재처리공정기술이 중요한 분야로 부상하고 있다.

소재 기술력은 단기간에 극복될 것이 아니기에 장기적이고 안정적인 지원하에 연구개발이 이뤄져야 한다. 또한 소재분야는 노하우의 누적을 통해 이루어지기 때문에 기업이나 연구소에서는 중장기 개발 로드맵에 따라 작더라도 파급효과가 있는 성공 사례를 축적하는 것이 중요하다. 현재 다행스러운 것은 미래소재의 선점이 그 시장가치 면에서 매우 중요하다는 공감대가 있다는 것이다

조용수 연세대 교수·신소재공학