고려대 "2차원 신물질 맥신, 상용화는 시기상조"

[이데일리 신하영 기자] 고려대 연구진이 독일 막스플랑크 연구소와의 공동 연구에서 2차원 신물질 ‘맥신’을 원자단위에서 관찰하는 기술 개발에 성공했다.

사진=고려대 제공

고려대는 김세호(사진) 신소재공학부 교수팀이 이런 연구 성과를 얻었다고 29일 밝혔다. 이번 연구는 고려대 교내 연구 지원과 한국연구재단의 연구개발사업 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 재료과학 권위지인 ‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)’ 8월 22일자 온라인 판에 게재됐다.

김세호 교수팀은 이번 연구에서 2차원 ‘맥신’ 구조의 내·외부에도 상당한 함량의 불순물이 있다는 사실을 밝혀냈다. 이번 연구에선 최첨단 원자 탐침 단층 현미경이 쓰였다. 이는 충돌 원자의 질량 대 전하 비를 이용해 시편의 3차원 원자 분포를 이미징하는 분석 기술이다. 특히 100억 분의 1미터 단위의 공간 분해능과 모든 원소에 대해 동일한 화학분해능을 갖고 있어 나노물질을 분석하는 데 적합하다.

맥신(MXene)은 금속층과 탄소층이 교대로 쌓인 2차원 나노물질로 높은 전기전도성을 갖추고 여러 화합물로 조합할 수 있다. 이 때문에 배터리, 반도체, 촉매, 의료, 전자기기, 센서 등 다양한 분야에서 활용할 수 있어 꿈의 신소재라 불린다. 하지만 구조·화학조성을 분석하기에 어려운 얇은 구조라 제조 과정에서 생긴 불순물 존재 여부, 알칼리 이온의 존재 가능성을 확인하기가 불가능하다.

그간 학계에서는 많은 연구로 맥신의 생산·구조의 안정화 문제를 해결했지만 불순물의 존재와 역할, 정확한 함량을 알아내는 데에 있어서는 기술적 한계를 겪어 왔다. 연구팀은 초고해상도와 화학분해능 원자 탐침 단층 현미경을 활용해 정확한 불순물 함량 조성분석을 가능하게 했다. 이를 통해 기존에 알려져 있던 화학구조와 달리 맥신의 순도가 낮다는 사실을 밝혀낸 것이다.

김세호 교수는 “이번 연구에서는 가장 많이 쓰이는 맥신 물질의 불순물에 주목했지만 맥신의 종류와 합성 과정 중 원치 않게 첨가되는 불순물의 종류는 휠씬 많았다“라며 ”새롭게 개발된 분석 방법을 적용해 불순물 함량을 정제할 공정과 불순물 역할을 규명하는 새로운 지식을 도출하려 한다“고 말했다.