탄산수 이용해 금속 30종 한 데 섞는 '현대판 연금술' 개발

탄산수를 이용해 나노 입자를 형성하는 과정 [UNIST 제공. 재판매 및 DB 금지]

(울산=연합뉴스) 김근주 기자 = 울산과학기술원(UNIST)은 30종에 이르는 금속 원소를 탄산수에 섞어 1분 만에 복합 나노 입자를 합성하는 기술을 개발했다고 4일 밝혔다.

UNIST 신소재공학과 조승호·이석빈 교수와 반도체소재·부품대학원 김정환 교수팀은 독일 쾰른대, 미국 퍼듀대 연구진과 함께 이산화탄소를 이용해 이런 성과를 냈다.

5가지 이상의 금속을 섞은 '고엔트로피 소재'는 단일 금속보다 내구성과 촉매 활성 등이 뛰어나 배터리, 반도체 등 첨단 산업 분야에서 주목받고 있다.

하지만 금속 원자들이 저마다 크기가 다른 탓에 여러 종류를 한 번에 섞으려면 수천 도의 고온과 고압이 필요해 생산 비용이 많이 들고 대량 생산이 어렵다.

이들 연구진은 이산화탄소를 이용해 상온·상압에서 이를 손쉽게 합성할 수 있는 기술을 개발했다.

이산화탄소가 물에 녹으면 탄산 이온 상태로 바뀌는데, 이 탄산 이온이 서로 다른 금속을 이어주는 연결고리 역할을 하는 원리를 활용한 것이다.

제조 과정은 간단하다. 물에 이산화탄소 가스를 주입해 탄산수를 만든 뒤 수산화물을 첨가하면 물속에 녹아있던 이산화탄소가 금속과 결합하기 쉬운 탄산 이온으로 변한다.

이 상태에서 여러 종의 이온 상태 금속 원료가 담긴 용액을 붓고 1분간 저어주면, 탄산 이온이 다양한 금속 이온들을 순식간에 하나로 연결해 가루 형태의 나노 소재가 합성된다.

연구진은 이 방식으로 영구자석용 희토류 금속인 네오디뮴(Nd)과 전이 금속인 구리, 철 등 최대 30종의 금속이 섞인 '금속 탄산염 나노 입자'를 합성했다.

조승호 교수는 "고온·고압의 가혹한 환경에서만 가능했던 다성분 금속 합성을 상온의 물속에서 이뤄내 제조 원가를 획기적으로 낮출 뿐만 아니라 온실가스인 이산화탄소 저감에도 기여할 수 있을 것"이라며 "후속 연구를 통해 조성의 제한이 전혀 없는 소재 합성법을 개발하는 것이 최종 목표"라고 말했다.

이런 연구 결과는 지난달 21일 나노 과학·기술 분야의 저명 국제 학술지인 '나노 레터스'(Nano Letters) 온라인판에 실렸다.

한국연구재단, 한국산업기술기획평가원, 한국전자통신연구원이 이번 연구를 지원했다.

왼쪽부터 조승호·이석빈·김정환 교수 [UNIST 제공. 재판매 및 DB 금지]

canto@yna.co.kr

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