김주영 UNIST 교수팀 주도…나노 다공성 금 제조 공정 개발
새의 뼈 구조를 모방한 가볍고 단단한 소재가 개발됐다.
김주영 울산과학기술원(UNIST) 신소재공학부 교수팀은 나노 크기의 구멍이 무수히 뚫린 '나노다공성 금'을 만드는 데 성공했다고 23일 밝혔다.
이 물질은 속이 꽉 차있는 금에 비해 2배 단단하고, 30% 수준으로 가볍다.
연구팀에 따르면 나노다공성 금은 일반적인 금에 비해 표면적이 10만 배 이상 넓고 화학적으로 안정적이며 인체에 무해한 소재이다.
금은 100나노미터(㎚, 1㎚=10⁹분의 1m) 이하의 크기에서 금 본연의 광택을 잃고 검은색을 띤다. 이 때문에 '블랙골드'라고도 불린다. 이번 연구로 블랙골드가 다공성 구조를 가지며, 강도와 내구성도 갖추게 됐다.
다공성 물질은 크기에 비해 표면적이 넓어 반응 효율을 높일 수 있다. 하지만 구멍이 많아지면 강도가 약해져 다양하게 활용하기 힘들다는 단점이 생긴다.
김주영 교수팀은 나노다공성 금의 강도를 높이기 위해 '볼밀링'을 활용했다. 볼밀링 공정은 대상 물질을 쇠공과 함께 회전시키는 공정인 데, 쇠공과 합금이 부딪히면서 강도가 높아진 것이다.
연구팀은 "금과 은의 합금에 볼밀링 기술을 적용해 강도를 높인 뒤, 질산으로 반응성이 높은 은만 녹여내는 디얼로잉 공정으로 다공성 구조를 만들었다"고 설명했다. 또 "질산의 농도와 온도를 조정하면 구멍의 크기도 조절할 수 있다"고 덧붙였다.
또 금의 장점을 그대로 유지할 수 있었던 덕에 전기전도도가 높고 화학적으로 안정적인 데다 생체에도 적합하다는 게 연구팀의 설명이다.
김주영 교수는 "이번에 개발한 나노다공성 금 제조법은 수소 센서에 활용되는 팔라듐이나 자동차에서 촉매로 쓰이는 백금 등의 크기는 줄이고 성능을 더 높이는 기술로 활용할 수 있을 것"이라고 설명했다.
이번 연구성과는 나노 분야 국제학술지인 '나노레터스' 최근호에 게재됐다.
