1천배 더 많은 나노입자를 1천배 싸게 만들 수 있게 돼

지난 11월 28일(일), 현택환 교수(응용화학부)는 크기가 똑같은 나노입자를 값싸게 대량생산할 수 있는 기술을 개발했다고 발표했다. 이는 5년간의 연구 끝에 얻어진 성과로, 현 교수와 황농문 교수(재료공학과), 박제근 교수(성균관대․물리과), 박재훈 교수(포항공대․물리과)가 공동으로 참여했다. 연구 결과는 물질과학 전문잡지인 『네이처 머티리얼(Nature Materials)』지 12월호에 게재됐고, CNN 등 해외에도 소개돼 세계적인 주목을 받고 있다.

▲ 이번 연구에 대해 소개해달라.

일반인도 쉽게 알 수 있는 방법을 사용해 기존에 비해 1000배 많은 나노입자를 1000배 싸게 만들 수 있게 됐다. 저온에서 금속의 양이온과 비금속 음이온이 결합해 이룬 이온화합물인 금속 염과 계면활성제를 반응시키면 금속-계면활성제 착화합물이 생성된다. 이를 용매인 옥타데센에 넣고 300℃에서 30분 정도 가열하면 균일한 나노입자가 만들어진다. 금속 염이 kg당 7만원이고, 계면활성제도 화장품, 보습제로 대체할 수 있기 때문에 생산비용을 크게 줄일 수 있다.

 

▲ 기존 연구와 차이점은 무엇인가.

이전에는 유기금속화합물전구체를 300℃ 이상인 계면활성제 용액에 넣고 반응시켜 입자가 성장하면 크기에 따라 나누는 방법을 썼다. 이 분리 과정은 까다로워 많은 양의 나노입자를 얻기 어렵다. 3년 전, 이를 극복해 분리과정 없이 균일한 크기의 자성을 지닌 산화철 나노입자를 제조할 수 있는 방법을 발견했다. 그러나 연구에 사용된 재료인 아이언펜타카르보닐(Fe(CO)5)는 1kg에 200만원으로 가격이 비싸고 독성이 있어 대량생산하기 어려웠다.

이번 연구에서는 Fe(CO)5를 값싸고 독성이 없는 금속염인 염화철(FeCl3․6H2O)로 대체했다. 이로 인해, 값싸게 대량의 나노입자를 생산할 수 있게 됐다.

 

▲연구결과의 의의는.

 나노입자는 크기에 따라 전기적, 자기적, 광학적 성질이 달라지므로 상업화를 위해서는 크기를 균일하게 할 필요가 있다. 예를 들어 테라비트(1조비트)급 자기저장매체는 나노입자 하나가 저장단위이므로 좁은 공간에 많은 수의 나노입자가 정렬하려면 크기가 같아야 한다. 이번에 개발된 기술을 상업화할 경우, 테라비트급 자기저장매체, 태양전지, 레이저 등에 활용할 수 있다.

 

▲앞으로의 계획.

현재까지 이런 방법으로 합성에 성공한 나노입자로는 자성체인 철, 마그네타이트, 망간페라이트, 니켈페라이트, 코발트페라이트, 자외선 반도체레이저로 활발한 연구가 진행되고 있는 산화아연 등이 있다. 이 합성방법을 이용해 여러 물질들을 균일한 나노입자 형태로 제조하는 연구를 계속할 것이다. 또 입자 모양이 구형인 구형 나노입자뿐만 아니라, 막대모양의 나노로드, 실모양의 나노와이어 등도 비슷한 방법으로 대량으로 생산할 수 있도록 연구를 진행하고자 한다.

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