다기능 나노다공성 신구조 물질 개발

한국과학기술원(KAIST) 연구진이 탄소와 고분자를 이용해 고성능 촉매나 환경오염물질 제거, DNA·단백질 등 생체물질 분리 등에 활용할 수 있는 나노다공성(多空性) 신구조 물질을 개발했다.

KAIST 기능성나노물질연구단 유룡 교수와 최민기(석사 2년차)씨는 25일 수㎚(1나노미터=10억분의1ｍ) 크기의 미세한 구멍이 규칙적으로 연결된 구조를 가진 탄소를 합성한 뒤 이를 고분자 초미세 박막으로 코팅하는 기술을 개발했다고 밝혔다.

이는 그동안 난제로 여겨져온 나노다공성 고분자물질의 기공(氣空) 크기와 배열을 해결한 획기적 연구로 재료과학분야의 권위지인 '네이처 머티리얼스(Nature Materials)' 7월호에 게재될 예정이며 최근 인터넷을 통해 공개했다.

특히 '규칙성 나노다공성 탄소-고분자 복합체'라는 제목의 이 논문은 제1저자인 최민기씨가 학부졸업연구로 수행한 결과를 보고한 것이어서 최씨는 학부과정 졸업논문이 세계적 학술지에 게재되는 성과를 올리게 됐다.

유 교수팀이 개발한 이 물질은 수㎚ 크기의 기공들과 함께 탄소 골격 내에 1㎚이하의 초미세 기공들이 상당량 포함돼 있으며 기공의 표면에는 고분자물질이 얇게 코팅돼 있다.

유 교수는 "이 탄소-고분자 복합재료는 기존의 다공성 탄소가 보이던 규칙적인 구조 뿐 아니라 표면에 코팅 된 고분자가 갖는 다양한 기능성을 이용해 여러 가지 응용성을 개척할 수 있을 것"이라고 말했다.

이 물질에는 수㎚ 직경의 균일한 기공이 있어 이를 이용하면 환경오염물질은 물론 DNA나 단백질 등 다양한 분자들을 크기별로 분리하는데 활용할 수 있다.

특히 탄소 골격과 고분자의 상호작용으로 물리적 안정성과 내화학성, 열안정성이 우수해 이 분야 핵심소재 개발에 기여할 것으로 예상되며 탄소골격은 전기전도성이 뛰어나 연료전지 등 각종 전기에너지 개발에도 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

유 교수는 2000년 11월 나노다공성 실리카 물질의 결정구조를 세계 최초로 규명한 연구를 네이처 표지논문으로 발표했으며 2001년에는 탄소 나노파이프합성에 관한 논문을 네이처에 발표한 바 있다.