“기술개발에 돌파구를 마련하기 위해서는 이제까지 없던 특성을 가져다 줄 수 있는 신소재가 필요합니다. 나노크기 빌딩블록을 조합해 만들어진 그래핀과 같은 2차원(D) 신소재는 기존 물질로 얻기 어려운 신기능을 발현해 다양한 분야에 적합한 기능을 제공할 것입니다.”
유리 고고치 드렉셀대 교수는 3일 경기도 고양시 킨텍스에서 개막한 '나노코리아 2019' 기조강연자로 나서 '미래 소재와 기술을 위한 2D 빌딩 블록'을 주제로 이같이 발표했다.
2D 소재란 원자들이 단일 원자층 두께를 가지고 평면에서 결정구조를 이루는 물질을 말한다. 그래핀이 대표적이다. 2D 소재가 주목받는 이유는 기존 소재와 다른 특성이 있기 때문이다.
고고치 교수는 “다양한 2D 소재를 '레고 블럭'처럼 조립하거나 1차원 소재, 나노 분자와 결합하면 흥미로운 특성을 가진 새로운 소재를 만들 수 있다”면서 “예를 들어 전도성과 촉매 특성을 합치면 전기촉매로 활용할 수 있고 전도성과 투명성을 가진 소재를 결합하면 투명 윈도를 사용할 수 있다”고 소개했다.
그는 “계산을 해보면 2000여개 소재가 2D 형태로 사용될 수 있을 것으로 예상되지만 현재까지 10~15%만 발견된 상태”라면서 “신소재는 전기적 특성, 단열, 기계적 유연성과 시각적 투명성 등 다양한 기회를 가져다주기 때문에 유연전자와 웨어러블 등 분야에 활용될 수 있다”고 말했다.
고고치 교수가 이끄는 드렉셀대 소재공학 연구팀은 지난 2011년 전이금속 탄소질소화합물인 2D 신소재인 '멕신(MXenes)'을 최초로 합성했다. 이날 고고치 교수는 층상 세라믹 전구체를 선택적으로 식각해 멕신을 합성한 결과와 한 층 한 층 따로 분리해내는 공정, 이들을 조합한 박막과 3차원 구조물로 만드는 방법 등을 소개했다.
또 멕신의 물성을 비롯해 에너지 저장, 광전자, 플라즈모닉, 전자기파 차단, 안테나, 전자촉매, 의료, 센서, 수질 정화 및 담수화 등 다양한 분야로의 응용 가능성도 언급했다. 그래핀과 폴리머에 멕신을 결합한 연구결과에 대해서도 발표했다.
고고치 교수는 “최근 각광받는 그래핀 외에도 전이금속 디칼코겐화물, 2D 산화물, 전이금속 카바이드, 니트라이드 등 새로운 입자 연구가 광범위하게 이뤄지고 있다”면서 “많은 2D 소재는 합성이 된 지 1~2년 밖에 되지 않은 만큼 기술 문제를 극복하기 위해 젊은 과학자들과 학생, 연구기관들이 머리를 맞대야 한다”고 협업의 중요성을 강조했다.
고고치 교수는 한국연구재단의 지원을 받아 나노종합기술원(NNFC), 한국과학기술원(KAIST), 한국과학기술연구원(KIST), 성균관대와 공동 연구를 진행하고 있다.
정현정 배터리/부품 전문기자 iam@etnews.com
