기름에 녹는 금속 등 무기물 나노입자와 물에 녹는 기능성 고분자 물질을 직접 반응시켜 다기능성 다층 박막 필름을 만드는 기술이 개발됐다.

고려대 화공생명공학과 조진한 교수는 11일 기름 같은 무극성 용매와 물 같은 극성용매에서 모두 사용할 수 있는 양친화성 층상 조립법으로 극성이 없는 금속 등 무기 나노입자와 극성을 띠는 고분자로 이루어진 다층 박막 필름을 제작하는 데 성공했다고 밝혔다. 이 연구결과는 최근 미국화학회지(JACS)에 게재됐다.

양친화성 층상 조립법은 설폰산기(-SO₃)나 인산기(-PO₃2-) 등이 붙어 있는 그래핀 등 극성 고분자 물질과 올레익산이 붙어 있는 산화철 등 무극성 무기 나노입자를 추가 물질 삽입이나 표면처리 없이 직접 기능성 나노복합체 필름으로 만드는 방법이다.

산화철 같은 무극성 나노 입자는 결정성이 좋고 고농도로 합성할 수 있어 기능성 필름 소자를 제작에 널리 쓰이지만 무극성 소자용 고분자 물질에 결합시키려면 입자 표면을 바꾸는 추가 과정이 필요하고 결합도 잘 안 돼 소자 성능 향상에 어려움이 있었다.

교수팀은 이번 연구에서 고분자 물질에 물에 녹는 설폰산기나 인산기를 결합시킨 뒤 기름에 녹는 올레익산이 붙어 있는 무기 나노입자와 액체상태에서 직접 반응시켜 다층박막 형태로 만드는 방법을 개발했다.

반응은 반복하면 여러 층의 박막을 만들 수 있고 용액 농도나 반응시간, 반응 횟수를 조절하면 박막의 두께를 수나노미터(㎚=10억분의1ｍ)에서 수㎛까지 조절할 수 있다.

연구진이 이 방법으로 만든 산화철 나노입자와 그래핀 나노시트의 다층박막으로 축전소자 전극을 제작한 결과 기존 전극보다 에너지 저장 능력이 2배 이상 높고 1천회 구동 후에도 성능이 93% 이상 유지되는 것으로 확인됐다.

조 교수는 "이 연구는 극성·무극성으로 전혀 다른 성질을 가진 물질들의 나노복합체 박막을 쉽게 만드는 방법을 제시한 것"이라며 "이를 활용하면 촉매나 전기화학적, 자성, 반도체 특성 등을 가진 여러 기능성 무기 나노입자와 바이오 물질의 나노복합체 제작이 가능할 것"이라고 말했다.

노진우 기자  jinrocals@naver.com

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