종이보다 1만배 얇은 신소재 맥신 수직 배향 성공

기존 수평 방향으로만 이뤄졌던 연구 대비 새로운 길 열어

전기장을 따라 나란히 수직으로 배향된 맥신 나노 시트의 모식도. 사진=KAIST 제공

한국과학기술원(KAIST)은 윤동기 KAIST 화학과 교수팀과 김선준 한국과학기술연구원(KIST) 박사 등 공동연구팀이 차세대 신소재인 맥신을 세계 최초로 수직으로 세우고 한 방향으로 배향하는 데 성공했다고 11일 밝혔다.

맥신은 전이 금속인 티타늄과 유기물인 탄소로 이뤄진 이차원 물질이다. 전기적인 특성이 뛰어난 그래핀과 비슷하게 전도성이 좋고 가벼우며 다양한 용매들에 잘 녹아 가공성이 좋다. 하지만 종잇장 같은 성질로 수평으로만 배향된 연구가 이뤄져 왔다.

공동연구팀은 일반 종이의 만분의 일보다 더 얇고 유연한 맥신 나노 시트를 수직, 일렬 정렬시킬 수 있는 기술을 개발했다.

연구팀은 분산된 맥신 나노 시트에 교류 전기장을 인가하면 전기장을 따라 일렬로 정렬되는 현상에 주목했다. 맥신의 표면은 강한 음전하를 띠기 때문에, 100㎛(마이크로미터) 두께의 얇은 셀에서 서로 최대한 멀어지기 위해 맥신 시트는 수평이 아닌 수직으로 배열된다. 물에 분산된 맥신 나노 시트의 수직 배열은 전기장의 유무에 따라 가역적으로 조절될 수 있다.

맥신을 수직으로 세우는 일은 이온의 빠른 이동을 유도해 높은 정전 용량을 가진 축전지를 제작할 수 있기에 많은 주목을 받고 있다. 이번 연구 결과를 통해 고용량 축전지뿐 아니라 우수한 전자파 차폐 특성도 필요에 따라 가역적으로 조절할 수 있을 것으로 기대된다.

윤동기 KAIST 화학과 교수는 "이번 연구는 불가능하다고 여겨졌던 이차원 물질의 수직 정렬을 구현할 수 있는 효율적이면서 어디에나 쉽게 적용 가능한 혁신적인 플랫폼을 개발한 것이라고 볼 수 있다"고 말했다.