한국전기연구원은 달 크레이터 형성 원리에서 착안한 혁신적인 복합입자 제조 기술을 개발했다고 16일 밝혔다.

절연재료연구센터 유승건 박사팀이 개발한 이 기술은 기존 습식 화학 공정과 달리 단순한 물리적 충돌만으로 무기 나노입자를 고분자 마이크로입자 표면에 고정시킬 수 있다.

기존 복합입자 합성 공정은 다단계 공정에 따른 비용 증가, 용매 사용에 따른 환경 문제, 이종 소재 간 표면 기능화 기술의 한계 등 여러 문제점을 안고 있었다.

연구팀은 소행성 충돌로 달 표면에 크레이터가 생기는 현상에서 영감을 얻어 입자들을 기계적으로 충돌시키는 방법을 적용했다. 고분자 마이크로입자를 중심으로 무기 나노입자를 껍데기 형태로 감싸는 코어-셸 구조를 구현한 것.

이 과정에서 입자 간 크기 비율, 충돌 속도, 회전 에너지, 표면 에너지 및 거칠기 등을 정밀하게 제어해야 했다. 연구팀은 수십 종의 무기 나노입자와 다양한 크기·물성의 마이크로입자를 조합해 최적 합성 조건을 찾아냈으며 물리적 부착 메커니즘을 세계 최초로 규명했다.

연구팀은 또 나노입자 부착 정도, 표면 커버리지, 계면 결합 안정성 등을 정량적으로 분석하고 열적·기계적·화학적 내구성을 평가하는 기술도 확보했다. 이를 통해 자성, 광촉매, 흡착 특성을 동시에 갖춘 다기능 고신뢰성 복합입자를 제조할 수 있게 됐다.

이번 연구 성과는 재료과학 분야 최고 권위지인 '어드밴스드 머트리얼즈'의 인사이드 프론트 커버로 선정됐다. 해당 저널의 임팩트 팩터는 27.4로 상위 1.9%에 해당한다.

유승건 박사는 "용매를 사용하지 않는 친환경 건식 공정으로 필요한 소재들을 장난감 블록처럼 쉽게 결합할 수 있어 양산화와 상용화에 유리하다"며 "부착 가능한 소재군의 범위가 넓고 공정이 간단하며 재현성이 높아 산업계 진입 장벽이 낮다"고 덧붙였다.

한국전기연구원은 지속적인 연구를 통해 소재 합성 공정을 더 최적화하고, 수요 기업체를 발굴해 기술 이전을 통한 사업화를 추진할 계획이다.

한편 이번 연구는 한국전기연구원 기본사업으로 수행됐으며 울산과학기술원(UNIST) 이동욱 교수팀, KIST 전승렬 박사팀, 펜실베이니아대학교 Shu Yang 교수팀이 공동으로 참여했다.