“촉매·배터리 등 다양한 소재 성능 개선…소재 산업 경쟁력 기대”
한미 공동 연구진이 다결정으로 이뤄진 새로운 나노 소재를 개발하는 데 성공했다. 기존 소재에 비해 저렴하고 손쉽게 만들 수 있어 반도체‧배터리 등 첨단 기능성 소재의 성능 향상에 광범위하게 활용될 것으로 평가받는다
14일 기초과학연구원(IBS)은 나노입자 연구단 현택환 단장(서울대 석좌교수) 연구팀이 미국 버클리캘리포니아대(UC버클리) 폴 알리비사토스 부총장 연구팀과 공동연구를 통해 보도블록처럼 결정이 규칙적으로 배열되어 성능이 대폭 향상된 나노 다결정 소재를 합성하는데 성공했다고 밝혔다.
다결정 소재는 수많은 작은 결정 알갱이들이 엉겨 붙어 만들어진 소재다. 공동연구팀은 다결정 소재의 결정 알갱이를 규칙적으로 배열해서 경계결함(다결정 소재의 결정 알갱이 간의 경계에 생기는 미세한 틈으로 소재의 물성을 결정하는 핵심요소)을 균일하게 만들고, 더 나아가 원하는 대로 경계결함의 밀도와 구조를 제어해 소재의 물성을 조절하는 데 성공했다.
이를 이용해 연구진은 벽돌 여러 장이 규칙적으로 배열된 보도블록처럼 나노 결정 알갱이가 규칙적으로 배열된 나노입자를 합성했다. 연구진은 이 합성법을 통해 경계결함의 밀도와 구조를 조절, 소재의 성능을 개선할 수 있다는 사실을 증명했다. 이번에 제작된 나노 다결정을 수소연료전지의 촉매로 사용한 결과 촉매활성이 증가해 전지의 성능이 향상됨을 확인했다.
더 나아가 연구진은 이 합성법을 금속과 세라믹을 포함한 다양한 결정재료에 적용할 수 있음을 증명했다.
이번 연구는 산업에 유용한 물성을 가진 새로운 기능성 재료를 합성할 수 있는 산업적 의의와 함께 그간 복잡한 구조로 인해 연구가 어려웠던 경계결함과 결정재료의 물성 사이의 상관관계에 대해 체계적으로 연구할 수 있는 플랫폼을 제공했다는데 학문적 의미가 있다. 또 향후 반도체‧배터리 등 첨단 기능성 소재의 성능 향상에 광범위하게 활용될 것으로 평가받는다.
이번 성과는 세계 최고 권위의 학술지 네이처(Nature) 1월 16일자 표지논문으로 게재됐다. 이번 연구 성과의 공동 제1저자인 오명환 박사와 조민지 연구원 부부는 미국에 진출해 합성법을 완성하고, UC버클리의 최첨단 이미징 기법으로 합성된 소재를 정밀하게 분석하는 긴밀한 공동연구를 통해 결실을 맺었다.
현택환 IBS 연구단장은 “촉매, 배터리의 전극 등 산업에 중요한 소재의 성능을 한층 개선할 수 있는 기술로 선진국과의 치열한 소재 산업 경쟁에서 우위를 점할 수 있는 원천기술이 될 것”이라고 말했다.
