국내 연구진이 고분자를 이용해 다공성 무기질 소재를 정교하게 설계할 수 있는 기술을 개발했다.
한국연구재단은 4일 한국과학기술원 이진우 교수 연구팀이 형상과 구조를 정밀하고 손쉽게 제어할 수 있는 기능성 다공소재 합성 기술을 개발했다고 밝혔다.
물질 내부에 2~50nm(나노미터, 1nm=10억분의 1m)의 기공을 가지고 있는 메조다공성 소재는 표면적이 넓고 기공 부피가 커서 물질 이동이 용이하다. 또 많은 활성물질을 담을 수 있어 에너지 전환 및 저장장치, 약물전달, 촉매 등 다양한 분야의 기초소재로 주목받고 있다.
하지만 합성 절차가 복잡하고 모양과 구조 제어가 어려워 소재 활용에 한계가 있었다.
지금까지 메조다공성 소재의 입자 형태와 기공 구조를 제어하려면 크기가 다른 주형을 순차적으로 사용하거나 스프레이 기법과 같은 별도의 기기가 필요했다. 이러한 방법은 입자의 형태와 크기 같은 매크로 구조와 기공의 크기, 구조, 배향과 같은 나노구조를 동시에 제어하지 못해 범용적으로 사용할 수 있는 새로운 합성기술 개발이 필요했다.
연구팀은 둘 이상의 고분자를 섞어 원하는 성질을 실현하는 고분자 블렌드라는 독창적인 방법을 도입했다. 이어 필요한 물질을 섞은 뒤 열처리하는 두 단계의 과정만으로 메조다공성 입자의 크기와 형상은 물론 기공의 구조·크기·조성을 정밀하게 조절하는 합성 원천기술을 개발하는 데 성공했다.
개발된 기술은 2종 이상의 필요한 물질을 외부적인 기계 에너지를 사용하여 균일한 혼합 상태로 만든 후 열처리하면 별도의 추가 공정 없이 간단하게 메조다공성 무기 소재 입자를 만들 수 있는 새로운 방식이다. 이처럼 고분자 블렌드의 거동을 다공성 무기 소재 합성에 적용한 것은 연구팀이 처음이다.
이진우 교수는 “이 연구는 다공성 무기질 소재의 입자 외형뿐 아니라 내부 기공의 크기와 모양도 정교하게 설계하는 방법을 제시한 것”이라며 “이차전지 등 실용적인 연구에 적용할 수 있을 뿐 아니라 고분자화학 분야와 소재합성 분야 연구에 새로운 가능성을 제시할 수 있을 것으로 예상한다”고 연구의 의의를 설명했다.
이 연구 성과는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업의 지원으로 수행되었으며, 재료 분야의 세계적 학술지 어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials) 7월 5일 자 표지논문으로 게재됐다.
seokjang@fnnews.com 조석장 기자
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