국제 재료과학 저널 Small 표지논문 선정… 고효율 이온전도성 소재 설계 기반 제시

전북대학교(총장 양오봉) 정광운 교수(공대 고분자나노공학과, 대학원 나노융합공학과) 연구팀이 상대이온 종류에 따라 이온전도성 메조겐(ICM)의 자기조립 구조를 정밀 제어하는 기술을 개발해, 차세대 고효율 이온전도성 소재 설계의 새로운 이론적 기반을 마련했다.

해당 연구 결과는 국제 재료과학 저널 Small(IF=13.0, 재료과학 상위 7.9%) 2025년 5월호에 표지논문(Front Cover)으로 선정되며, 학문적 우수성을 세계적으로 인정받았다.

정 교수팀은 동일한 메조겐 구조에 브로마이드(Br⁻), 테트라플루오로보레이트(BF₄⁻), 트리플루오로메타네설포닐이미드(TFSI⁻) 등 세 가지 서로 다른 상대이온을 도입해 합성한 분자의 열적 특성, 위상 전이, 자기조립 구조 등을 면밀히 비교 분석했다.

그 결과, 상대이온의 크기와 친수성/소수성 특성에 따라 액정 메조겐의 정렬 구조와 이온전도 경로 형성에 뚜렷한 차이가 발생함을 규명했다. 이온의 특성이 메조겐 간 상호작용에 영향을 주며, 나노스케일에서의 정렬 거동 변화가 이온전도 성능에 직결된다는 점을 입증한 것이다.

이번 연구는 실험적 정량성과 구조적 시각화를 동시에 구현한 점에서 주목된다. 소각각 X선 산란(SAXS), 광각 X선 회절(WAXD), 고해상도 전자현미경(HRTEM) 분석을 통해 나노구조의 차이를 시각적으로 밝혔으며, 전기화학 임피던스 분광법(EIS)을 통해 각 구조에 따른 이온전도도와 활성화 에너지를 정량적으로 평가했다.

이 같은 접근은 단순한 분자구조 변화에 그치지 않고, 실제 작동 환경에서의 물성 차이를 정량적으로 해석할 수 있는 기술적 기반을 제시했다.

정밀 소재 설계 위한 확장 가능성 확보

이번 연구를 주도한 대학원생 임민우 박사과정은 “상대이온의 미세한 화학적 차이가 자기조립 구조 전체에 정량적 영향을 미친다는 점을 규명한 것이 가장 큰 의의”라며, “앞으로 기능 제어가 정밀한 이온전도성 소재 설계로 확장해 나갈 수 있을 것”이라고 밝혔다.

임 박사과정은 현재까지 SCI 논문 25편에 참여하고, 교육부 장관 우수연구자 표창과 국내외 학회 발표상 3건을 수상하며 활발한 연구활동을 이어가고 있다.

본 연구는 한국연구재단의 기초연구실지원사업, 중견연구자지원사업, 미래소재디스커버리사업, 학술연구지원사업의 지원을 받았으며, NATO Science for Peace and Security 프로그램의 국제 공동연구 지원도 함께 이루어졌다.

이번 성과는 기능성 나노소재의 정밀 제어 기술 발전은 물론, 전지, 연료전지, 센서 등 고성능 전기화학 소자의 설계에도 실질적인 기여를 할 것으로 기대된다.

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