질화붕소나노튜브 기반 2차원 이종 초격자 구조 제작… 차세대 압전·차폐소재 응용 기대

전북대학교(총장 김동원) 김태환 교수(공과대학 양자시스템공학과) 연구팀이 질화붕소나노튜브(BNNT)를 기반으로 한 고정밀 2차원 이종 초격자 구조체를 세계 최초로 구현하며, 나노소재 응용 분야에서 새로운 지평을 열었다. 이번 연구는 미국화학회(ACS)의 권위 있는 학술지 『ACS Central Science(IF 12.7)』에 최근 온라인 게재되며 세계 학계의 주목을 받았다.

이번 성과는 전북대가 추진 중인 국립대학육성사업(글로컬대학30)의 지원으로 이뤄졌으며, 고성능 나노 복합소재의 상용화 가능성을 크게 확장하는 데 기여할 전망이다.

질화붕소나노튜브는 뛰어난 전기적, 기계적, 열적 특성은 물론 중성자 차폐 기능까지 갖춰 차세대 기능성 소재로 각광받고 있다. 그러나 그동안 고밀도로 정렬된 형태로 제작하는 데 기술적 제약이 있어 실제 응용에는 한계가 있었다.

김 교수팀은 이 같은 한계를 정전기적 자기조립 기술을 통해 극복했다. 양이온성 계면활성제 소포와 음전하를 띤 BNNT 간의 정전기적 상호작용을 활용해 구조체를 정렬시켰으며, 특히 NaSS(소듐 스티렌 설포네이트)와 CTVB(세틸트리메틸암모늄 4-비닐벤조에이트) 공중합체를 이용해 BNNT 표면을 정밀하게 음전하로 개질하는 데 성공했다.

이로써 중심 직사각형 대칭의 층상 구조를 중심으로, 삼각형 배열의 마이셀로 둘러싼 육각형 격자(AB₃ 구조)를 갖춘 초격자 구조체 구현에 성공했다.

엑스선 소각산란 분석으로 구조 검증… 다양한 응용 기대

연구팀은 엑스선 소각산란(X-ray scattering) 실험을 통해 제작된 구조체의 배향 및 대칭성을 정밀 검증했다. 연구를 주도한 전상우 박사(전북대 플라즈마 및 양자빔 응용공학과 졸업)는 “이번 성과는 2차원 이종 초격자 구조체를 세계 최초로 구현한 사례로, 전자소자, 열전도체, 중성자 차폐체 등 다방면의 고기능성 소재 개발에 실질적인 전환점을 제시한다”고 강조했다.

김태환 교수는 “정전기적 자기조립을 통해 다양한 기능의 BNNT 복합체를 손쉽고 경제적으로 제작할 수 있다는 가능성을 보여줬다”며 “향후 고성능 나노소재 개발의 새로운 길을 열어갈 것”이라고 밝혔다.

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