계명대 융합연구로 극초음속 반도체 나노광학 소재 구현

기사내용 요약
계명대 조신흠 화학공학전공 교수, 김익현 기계공학전공 교수 공동연구
음속 6.2배 극한 유동 환경에 견고한 반도체 나노입자 개발·입증
향후 극초음속 운송 수단·국방과학 정밀 적외선 센서 소재 기초 재료 활용 기대

계명대 조신흠 교수(오른쪽)와 김익현 교수가 극초음속 반도체 나노 광학 소재를 구현했다. *재판매 및 DB 금지

[대구=뉴시스] 나호용 기자 = 계명대 화학공학전공과와 기계공학과의 융합연구로 극한 유동 환경에서도 적용이 가능한 광학 나노 소재의 견고성을 입증해 냈다.

19일 계명대에 따르면 조신흠 화학공학전공 교수와 김익현 기계공학전공 교수의 공동연구로 음속 6.2배에 해당하는 극초음속 충격파로의 노출에도 견고한 적외선 흡광 반도체형 나노입자 소재를 구현했다.

이같은 연구성과는 ACS Applied Nano Materials 논문지에 'Hypersonic Shockwave Robustness in Infrared Plasmonic Doped Metal Oxide Nanocrystal Cubes'란 제목으로 게재됐고, 표지논문으로도 선정됐다.

공동연구자 조신흠 교수는 “SpaceX 등 민간 항공우주 기업이 국제적으로 활성화되고 있고, 최근 2022 우크라이나 전쟁으로 초음속 미사일 대응 방어체계에 대한 중요성이 대두되고 있다”며 “극초음속 충격파 노출에도 견고한 적외선 센서와 광학필터 나노소재로 활용의 길을 열 수 있다”고 연구 취지를 설명했다.

김익현 교수는 “이번 연구는 충격파와 나노 소재 표면 간의 상호작용 연구의 일환으로 극한 유동 환경의 열유체현상에 대한 이해와 더불어 소재의 물리적·화학적 성질을 통합적으로 분석한 연구사례다. 이번 연구성과는 항공우주 관련 기술 개발 뿐만 아니라 미래 첨단소재 개발, 의료공학 등과 같은 다양한 공학 분야에서도 활용할 수 있을 것으로 기대하고 있다”고 덧붙였다.

이 연구에 활용된 광학 소재는 반도체형 재료 기반으로 나노 물리화학 특성을 활용해 강력한 적외선 흡광 광학 특성을 구현했다. 14 nm 크기의 큐브인 주석과 불소로 도핑된 산화인듐이다. 나노 결정체 내부에는 반도체형 도핑으로 형성된 자유전자가 공진, 플라즈몬 효과로 적외선 빛을 강력하게 흡수한다.

실험에서 구현된 극초음속 유동 환경은 초속 2㎞로 부산과 서울 거리를 약 3분 안에 도달할 수 있는 속도다. 산소분자가 원자 형태로 해리되는 약 3700℃에 해당하는 온도다.

극초음속 유동 환경에서 해당 광학 소재가 금속산화물 나노 결정체의 내부 자유전자를 견고성 있게 보존하는 것을 입증해 궁극적으로 극한 유동 환경에서 요구되는 내구성 구현에 필요한 근본 원리를 제시했다.

조 교수는 반도체형 플라즈모닉 나노입자 합성 라인 확충으로, 반도체 소재, 에너지 소재, 그리고 광학소재기술 국제 공동연구를 계속하고 있다.

그는 KAIST 생명화학공학과, 화학과를 졸업(2015년)한 후 풀브라이트 장학생으로 University of Texas at Austin, 화학공학 박사 학위(2020년)를 취득했다.

이후 삼성전자 반도체연구소 책임 연구원(2020년~2021년)으로 근무 후 2021년 계명대 화학공학과 교수로 임용돼 반도체 나노소재 기술 연구에 매진하고 있다.

김익현 교수는 극초음속 유동환경과 소재 표면 간의 상호작용 연구를 지속하며 극한 유동 환경을 모사할 수 있는 충격파관 장비를 확충하고 있다.

그는 KAIST 항공우주공학 박사 학위(2019년)를 취득한 후 KAIST 기계기술연구소와 영국 옥스포드 대학교의 열유체연구소에서 박사 후 연구원으로 근무하다 2021년 계명대 기계공학과 교수로 임용돼 극한 유동환경과 소재 표면 간의 상호작용 연구를 해오고 있다.

이번 연구는 한국연구재단의 우수신진연구와 대학혁신지원사업(다차원 융합 선행연구 지원 사업)의 지원으로 수행됐다.

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