박수진·이재성 울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부 교수팀이 `진흙과 소금을 이용한 실리콘 나노시트 제조 기술`을 개발했다. 활용성이 높은 나노시트를 저비용으로 대량 생산할 수 있을 것으로 기대된다.
수소 생산에서 반도체, 배터리, 태양전지 등 다양한 분야에 쓰이는 `실리콘 나노시트(Silicon nanosheet)`는 나노미터(㎚, 1㎚=10억분의 1m) 두께의 얇은 막이다. 미세한 칩이나 부품 소재로 주목받고 있다.
박수진 교수는 “전자기기의 소형화 추세 속에 각종 칩이나 부품 또한 나노 수준이 계속 요구되고 있다”면서 “저렴한 진흙과 소금으로 나노시트를 제작할 수 있는 새로운 기술”이라고 소개했다.
기술의 핵심은 진흙의 여러 층을 소금으로 분리할 때 진흙 성분을 규소(Si)로 바꿔 주는 것이다. 이렇게 하면 진흙 성분 대신 규소를 채운 실리콘 나노시트를 만들 수 있다.
진흙과 소금을 550~700도의 고온에 두면 소금이 녹아 진흙 사이에 스며들어서 여러 나노시트를 형성하게 된다. 이때 `금속 열 환원` 공정을 적용, 진흙의 금속산화물 성분을 규소로 바꾸는 방식이다.
이 방식은 공정이 간편해 수 마이크로미터(㎛, 1㎛=100만분의 1m) 대면적은 물론 5㎚ 두께의 초박막 나노시트도 합성할 수 있다.
이렇게 만든 실리콘 나노시트는 수소 생산용 광촉매 소재로서 우수한 성능을 나타냈다. 기존의 나노 구조 실리콘 소재보다 수소 발생 시간을 오래 유지해도 안정되게 수소를 생산했다.
이재성 교수는 “게르마늄, 타이타늄 등 종류와 상관없이 층으로 이뤄진 이차원 산화물에는 모두 적용할 수 있다”면서 “기존의 극판기초 광촉매 기술에 대변화를 일으킬 것”이라고 설명했다.
이번 연구는 미래창조과학부의 `중견연구자지원사업` `기초연구사업` 지원 아래 수행됐다. 연구 내용은 네이처 퍼블리싱그룹 아시아 매터리얼스(NPG Asia Materials) 3월 25일자 온라인 판에 실렸다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com
