[표지로 읽는 과학] 틈새에 액체 금속·셀룰로오스 넣어 강력해진 나노필름

사이언스 제공

이번 주 국제학술지 사이언스 표지에는 종잇장처럼 얇은 층이 여러 겹 쌓인 모습이 실렸다. 층 사이에 보이는 빈 공간에는 접착제 같은 물질이 들어가 있다.

'맥신(MXene)' 나노시트는 2차원 구조의 나노 재료로 기계적·전기적 특성이 뛰어나 전자장치나 항공우주 분야에 유망한 소재지만 나노시트를 모아 더 큰 필름구조로 만들면 빈 공간이 많이 생겨 기계적 성능이 저하되는 등의 문제가 있었다.

쿤펑 청 중국 베이항대 화학과 교수팀은 미생물 셀룰로오스와 액체 금속을 맥신 나노시트 사이의 빈 공간에 추가해 고성능 재료로 조립하는 방법을 개발하고 연구결과를 4일(현지시간) 사이언스에 공개했다.

연구팀은 상온에서 맥신 나노시트 층 사이에 박테리아 셀룰로오스(BC)와 액체 금속(LM)을 추가해 필름을 만들었다. 새로 만든 맥신 필름은 빈 공간이 15.4%에서 5.35%로 감소하고 셀룰로오스와 액체 금속의 결합이 각 나노시트 사이의 계면 상호작용을 강화시키면서 물리적 힘의 전달 효율이 향상됐다.

연구팀이 개발한 방법으로 만든 맥신 나노필름은 최대 908.4메가파스칼(MPa)의 높은 인장 강도를 달성했다. 인장 강도는 재료를 잡아당겼을 때 파괴되기 전까지 버틸 수 있는 재료의 물성값이다. 기존 조립법 중 하나인 진공 여과로 제조된 맥신 필름의 인장 강도는 41MPa이었다.

연구팀은 "액체 금속이 필름 사이의 빈 공간을 효과적으로 줄였다"며 "2차원 나노시트를 고성능 재료로 조립해 활용할 수 있을 것"이라고 밝혔다.

<참고 자료>
- doi.org/10.1126/science.ado4257

[이병구 기자 2bottle9@donga.com]