KAIST 등, 2차원 신물질 '맥신' 수직으로 세우는데 성공

전기장을 이용한 맥신 나노 시트 수직 정렬

국내 연구진이 전자파 차폐·흡수가 가능한 차세대 신소재인 맥신(MXene)을 세계 최초로 수직으로 세우고, 한 방향으로 배향하는 데 성공했다.

한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)은 윤동기 화학과 교수팀이 김선준 한국과학기술연구원(KIST) 박사 공동연구팀, 구종민 성균관대 교수, 강윤찬 고려대 교수팀과 협업해 이 같은 성과를 냈다고 11일 밝혔다.

연구진은 일반 종이 1만분의 일보다 더 얇고 유연한 맥신 나노 시트를 수직, 일렬 정렬시킬 수 있는 기술을 개발했다.

맥신은 전이 금속인 티타늄과 유기물인 탄소로 이뤄진 2차원 물질이다. 그래핀 수준으로 전도성이 뛰어나고 가볍다. 다양한 용매에 잘 녹아 가공성도 좋다. 다만 종잇장과 같아 수평 배향 연구가 지배적이었다. 이번 연구에서는 물에 분산시킨 맥신 나노 시트가 교류 전기장을 인가했을 때 일렬로 정렬되는 현상에 주목했다.

맥신 표면은 강한 음전하를 띤다. 100마이크로미터(㎛) 두께 얇은 셀에서 서로 최대한 멀어지기 위해서 맥신 시트는 수평이 아닌 수직으로 배열된다. 전기장 인가 상태에서 동결 건조 방법을 사용할 경우, 맥신 나노 시트들이 나노미터(㎚) 수준의 얇은 모서리로 바닥을 딛고 수직으로 서 있는 모습을 전자 현미경을 통해 직접 확인할 수 있다. 전기장을 사용하는 이번 연구 방식은 순수한 맥신으로 ㎝ 단위 대면적 제작이 가능하고 자동화 공정에도 유리하다. 전기장 방향에 따라 자유롭게 전극을 디자인할 수도 있다. 심지어 글자까지 구성할 수 있다.

이번 연구 결과를 통해 맥신의 우수한 전자파 차폐 특성도 조절할 가능성을 제시했다. 이 외에도 광학, 센서, 전자 패키징 등 더 다양한 분야에 수직 정렬 맥신을 응용할 수 있을 것이다.

윤동기 교수는 “2차원 물질들이 전자파를 막는 선글라스 렌즈라고 했을 때, 이번 연구 결과를 통해 렌즈를 수직으로 세운 것으로, 이차원 물질의 장점을 극대화할 수 있을 것”이라며 “효율적이면서 어디에나 쉽게 적용 가능한 혁신 플랫폼을 개발한 것”이라고 밝혔다.

KAIST 화학과 박사과정인 이창재 학생, 박순모 나노과학기술대학원 석박사통합과정생이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 게재됐고 해당 저널에서 우수성을 인정받아 에디터 하이라이트에 소개됐다. 과학기술정보통신부-한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다.

김영준기자 kyj85@etnews.com