[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내연구진이 방사성 오염물질 제거와 전자파 차폐 등 여러기능을 동시에 구현할 수 있는 나노 신소재 원천기술을 확보했다.

한국과학기술원(카이스트·KAIST)는 원자력및양자공학과 류호진 교수팀이 양면의 원자 구성이 달라 서로 다른 기능을 구현할 수 있는 나노소재 '비대칭 맥신(Asymmetric MXene)' 제작의 핵심 원료를 합성하는 데 성공했다고 11일 밝혔다.

맥신은 전기가 잘 통하고 표면 반응성이 뛰어난 2차원 나노소재다. 에너지 저장장치와 센서 등 다양한 첨단기술 분야에서 주목받고 있으나 현재 개발된 맥신은 양면의 원자 구성이 같은 대칭 구조여서 구현할 수 있는 기능에 한계가 있다.

반면비대칭 맥신은 양면의 원자 조성이 서로 달라 각기 다른 기능을 수행할 수 있고 특히 방사성 핵종 제거용 흡착 필터와 전자파 흡수·차폐 소재 등 차세대 기능성 소재 개발에 활용될 수 있다.

지금까지 비대칭 맥신은 주로 컴퓨터 시뮬레이션을 통해서만 존재 가능성이 제시됐을 뿐 실제 제작에 필요한 원료물질도 확보하지 못한 상태다.

류 교수팀은 여러 원소를 섞어 새로운 특성을 구현하는 재료 설계 방식인 '고엔트로피(High-Entropy’ 재료 설계전략을 적용해 기존 문제를 해결했다.

연구팀이 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 탄탈륨(Ta), 알루미늄(Al), 주석(Sn) 등 6개 원소를 동시에 혼합한 결과 원자 크기 차이에 의해 바깥쪽 금속 원자층의 조성이 서로 다르게 배열되는 안정적인 비대칭 구조가 자연스럽게 형성됐다.

기존 맥신 원료 소재에서는 보고된 적 없는 새로운 구조 형성 메커니즘이다.

합성된 비대칭 층상 세라믹은 원하는 원자층을 선택적으로 제거하는 화학적 식각을 거쳐 양면의 원자 조성이 서로 다른 비대칭 맥신으로 전환될 수 있는 전구체 역할을 한다.

현재 연구팀은 비대칭 층상 세라믹과 이를 활용한 비대칭 맥신에 대해 한국, 미국, 일본 등에 특허를 출원했다. 후속 연구를 통해 실제 방사성 이온 제거 성능과 전자파 차폐 성능을 실증할 계획이다.

이론에 머물러 있던 비대칭 맥신을 실제로 구현한 이번 연구는 국제 과학학술지 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)'에 지난 4월30일 게재됐다.

류 교수는 "기존 결정학으로는 구현키 어려웠던 비대칭 원자 구조를 고엔트로피 재료 설계를 통해 구현하는데 성공했다"며 "향후 방사성 핵종 포집과 전자기파 차폐 등 안전·환경 분야의 핵심 원천기술로 발전할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.


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