‘레이저’로 만드는 신소재

[이슈메이커=임성희 기자] 

 

‘레이저’로 만드는 신소재

박창규 서울과학기술대학교 교수/레이저 다기능 재료 연구실(사진=임성희 기자)

 

레이저 다룰 줄 아는 소재, 재료 연구자로 주목
대한금속재료학회 소재혁신 신진연구자상 수상

‘삑’ 소리와 함께 빨간 줄이 내가 구매할 물건의 바코드를 읽는다. 우리가 일상생활에서 흔히 접하는 레이저다. 레이저는 이렇게 일상생활에서부터 레이저 가공 등을 활용하는 산업용, 레이다와 같은 군사용, 광통신용 등 다양한 산업에 활용된다. 또한 레이저는 뚫고 붙이고 자르는 가공이 가능한 고출력 레이저와 나노 단위의 정밀가공이 가능한 극초단 레이저로 나뉘어 그 쓰임새가 무궁무진하다. 연구자로서 레이저를 다룰 수 있다는 건 정말 대단한 필살기를 보유한 셈인데, 박창규 교수는 신소재 연구 기반에 레이저 기술로 사용하며, 소재 연구의 확장성을 장점으로 지닌 신진연구자다. 2025년 대한금속재료학회 소재혁신 신진연구자상을 받으며 앞으로의 행보가 더 기대되는 박창규 교수를 만나봤다.     

고출력과 극초단 레이저 모두 다룰 줄 알아
극한 호우 이후 이어진 폭염 속, 서울 공릉에 있는 서울과학기술대를 찾았다. 박창규 교수는 2023년 부임해 3년 차를 맞는 신진연구자다. 교수로서는 신임이지만, 교수부임 이전, 삼성전자 반도체연구소와 한국기계연구원을 거친 경력자이기도 하다. 신소재 전공자인 그는 오하이오 주립대에서 박사과정을 공부하며 소재의 정밀한 가공 및 개질이 가능한 극초단 레이저를 접했다고 전했다. 신소재를 연구하며 레이저를 기술적으로 다룰 수 있게 된 그는 삼성전자와 한국기계연구원을 거치며 고출력 레이저를 다루는 실무경험을 했다. 극초단 레이저와 고출력 레이저를 모두 다뤄본 경험은 그가 서울과학기술대에 부임할 수 있는 좋은 원동력이 됐다. “일반적으로 레이저 기술은 고출력과 극초단 레이저로 나뉘어 활용되는데요, 저는 두 기술을 아우르며 레이저 관련 스펙트럼을 넓게 가져가려 노력하고 있고 이는 앞으로 더 다양한 연구 분야에서 레이저를 활용할 수 있도록 할 수 있는 저의 장점이자 힘이라고 생각합니다” 누구나 부임 초기에는 연구실 정착에 어려움을 겪는데, 박창규 교수도 마찬가지였다. 근 1년은 연구비 마련에 골몰했다는 그는 다행히 다양한 산업군에 활용되는 레이저를 다루다 보니, 산업계에서 지원받는 과제와 정부 지원 연구과제 등을 수주할 수 있었고, 3년 차인 지금 제대로 된 장비를 갖추고 학생들도 모집하며 어엿한 연구그룹으로 순항 중이라고 밝혔다.

-플라스틱과 스틸 접합시키는 신기한 레이저
-소재의 메커니즘 파악해 레이저 활용도 높여
“우리 연구실은 ‘레이저’를 키워드로 두 가지 축의 연구를 진행합니다. 하나는 레이저를 활용한 재료의 표면 특성 개질, 다른 하나는 재료 표면에서 발생하는 부식, 마모, 피로 등의 특성 분석 및 성능 개선입니다. 극초단 레이저와 고출력 레이저를 모두 활용하며 정부 지원 과제와 현대자동차, 현대제철 등 기업체 공동 연구 등을 다양하게 진행하고 있습니다” 연구실은 금형 레이저 클리닝 기술 개발, 전기차 금속-플라스틱 이종 소재 접합 기술 개발, 전기차 배터리의 레이저 전극 패터닝 기술 개발, 전기차 각형 배터리 생산을 위한 레이저 클리닝 및 용접 기술 개발, 협동 로봇 감속기의 신뢰성 향상을 위한 내마모성&내피로성 향상 기술 개발, 조선 선박 분야에서 친환경 연료로의 전환으로 인해 금속 소재의 내마모성 및 내부식성 향상을 위한 표면 기술 개발 등의 연구과제를 진행하고 있다. 마지막 조선 선박 분야 연구내용과 관련해서 그는 탄소중립 시대를 맞아 수소, 암모니아 등 새로운 연료의 도입에 의한 소재 평가 및 표면 처리 기술을 개발하는 연구라며 시대의 흐름과 발맞추기 위해 노력하고 있는 연구 분야라고 소개했다. “보통 레이저를 활용하면 레이저 적용에 의해 바뀐 소재의 특성 변화에만 집중하는데요, 저는 신소재공학 전공자여서 소재의 특성 변화에 대한 메커니즘을 파악하려 노력합니다. 그 소재 특성이 변한 원리를 알면 다양하게 응용할 수 있어 현장의 소리를 듣고 맞춤형 조언을 해주기도 합니다”
  2025년 대한금속재료학회 소재혁신 신진연구자상 수상자로 선정된 박 교수에게 신진연구자상 수상 소감을 물으니 “꾸준하고 성실하게 활동하려고 노력했던 점을 좋게 봐주신 것 같습니다. 학회에 감사드립니다. 앞으로도 계속 열심히 연구할 계획입니다”라고 밝혔다. 극초단 레이저로 나노 단위 연구를 하며 가스 센서와 바이오 웨어러블 센서 연구에 참여해 발표한 연구논문도 수상에 좋은 영향을 미쳤다. 대한금속재료학회 활동도 열심히 한다는 그는 기존의 마찰마모 분과를 표면계면 분과로 개명해 분과장을 맡아 분과의 연구성과를 높이고, 분과의 활동을 알리는 데 앞장서고 있기도 하다. 

박창규 교수는 학생들에게 훈련과 꾸준함을 강조한다며, 학생들의 진로를 위해 같이 고민하고 지도해주는 교수가 되기 위해 노력한다고 밝혔다.(사진=임성희 기자)

“레이저는 코어 기술, 레이저 전문가 찾는 수요 늘 것”
표면의 특성을 변화시켜 플라스틱과 스틸을 접합시키는 신기한 레이저 기술에 학생들의 관심이 높지만, 반도체, 이차전지, 인공지능이 대세인 시대에 ‘과연. 이 기술을 어디에 사용할 수 있을까?’란 학생들의 질문이 이어지기도 한다. 박창규 교수는 “레이저는 코어 기술로 다양한 산업에 응용할 수 있습니다. 반도체, 이차전지에 모두 활용될 수 있어서 레이저에 전문 지식이 있다는 건 굉장한 장점입니다. 앞으로 산업계에서 레이저 전문가를 찾는 수요가 점점 늘어날 것입니다”라며 “저의 연구철학도 이 부분과 맞물려 있는데요, 거창하지는 않고 레이저가 일반적으로 산업계에 많이 적용되는 기술이라서 산업계에 도움이 되는 연구를 하자는 것이 간략하고도 명료한 저의 철학입니다”라고 말했다. 그는 향후 레이저 가공 후 소재의 비파괴 분석과 극초단 레이저 활용 신소재 합성 등의 연구에 도전해보고 싶다는 의지를 밝히기도 했다. 박 교수는 레이저의 빠른 생산 속도와 높은 정밀도로 인해 전기차, 반도체, 방산, 정밀 측정 등 최첨단 산업계에 이바지할 수 있는 바가 크다고 강조했다. 
  다양한 산업군에 활용되는 레이저 기술을 필살기로 가지고 있는 만큼 앞으로 박창규 교수의 연구 활용도와 확장성에 관심을 두고 주목해보자.