"'두 얼굴' 나노소재 나온다"…KAIST, 비대칭 맥신 원료 합성 성공

보도기사

방사성 오염물질 제거·전자파 차폐 활용 기대
세계 최초 수준 비대칭 층상 세라믹 개발

차세대 기능성 나노소재 연구 개요(AI 이미지)

방사성 오염물질 제거와 전자파 차폐 등 다양한 기능성 소재 개발에 활용될 수 있는 이른바 '두 얼굴' 나노소재 구현의 기반을 국내 연구진이 마련했습니다.

KAIST 원자력및양자공학과 류호진 교수 연구팀이 차세대 기능성 나노소재인 비대칭 맥신 제작에 필요한 비대칭 층상 세라믹을 실험적으로 합성하는 데 성공했습니다.

맥신은 전기전도성과 표면 반응성이 뛰어난 2차원 나노소재로 에너지 저장장치와 센서 등 다양한 첨단기술 분야에서 주목받고 있습니다.

다만 지금까지 개발된 맥신은 양면의 원자 구성이 동일한 대칭 구조여서 기능 구현에 한계가 있었습니다.

반면 비대칭 맥신은 양면의 원자 조성이 서로 달라 한쪽 면과 다른 쪽 면이 각각 다른 역할을 수행할 수 있는 이른바 '두 얼굴' 구조를 갖고 있습니다.

특히 방사성 핵종을 제거하는 흡착 필터나 전자파 흡수·차폐 소재 등 기존 소재로 구현하기 어려운 새로운 기능성 소재 개발이 가능할 것으로 기대됩니다.

연구를 통해 합성된 비대칭 세라믹 구조의 실험적 관찰 결과

연구팀은 고엔트로피 재료 설계 전략을 적용해 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 탄탈럼, 알루미늄, 주석 등 6개 원소를 혼합했습니다.

그 결과 원자 크기 차이에 의해 바깥쪽 금속 원자층의 조성이 서로 다르게 배열되는 안정적인 비대칭 구조가 자연스럽게 형성된다는 사실을 확인했습니다.

연구진이 개발한 비대칭 층상 세라믹은 화학적 식각 공정을 거치면 양면 원자 조성이 서로 다른 비대칭 맥신으로 전환될 수 있는 핵심 원료 역할을 합니다.

이번 성과는 그동안 이론적으로만 제시됐던 비대칭 맥신을 실제로 제작할 수 있는 기반을 마련했다는 점에서 의미가 크다는 평가를 받고 있습니다.

연구팀은 현재 해당 기술에 대해 한국과 미국, 일본에 특허를 출원했으며 후속 연구를 통해 방사성 이온 제거 성능과 전자파 차폐 성능을 검증할 계획입니다.

류호진 교수는 "기존 결정학으로는 구현하기 어려웠던 비대칭 원자 구조를 고엔트로피 재료 설계를 통해 구현한 사례"라며 "방사성 핵종 포집과 전자기파 차폐 등 안전·환경 분야 핵심 원천기술로 발전할 수 있을 것"이라고 말했습니다.

이번 연구 결과는 국제학술지 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)에 지난 4월 30일 자로 실렸습니다.

(사진=KAIST)

김건교 취재 기자 | kkkim@tjb.co.kr