표준연, ‘나노 꽃’으로 방수소재 구현한다

▲ KRISS 강상우 박사(좌측) 연구팀이 합성된 대면적 이황화몰리브덴 나노꽃을 관찰하고 있다.

KRISS-UIUC, 이차원 이황화몰리브덴 기능성 소재 개발

차세대 신소재로 주목받는 이차원 이황화몰리브덴 나노꽃(MoS₂ㆍnanoflower)으로 방수 소재가 개발됐다.

한국표준과학연구원(KRISS)은 진공기술센터 강상우 박사팀과 미국 일리노이대 어바나-샴페인캠퍼스(UIUC) 남성우 교수팀이 세계 최초로 습윤 특성을 조절할 수 있는 이차원 이황화몰리브덴 나노꽃을 합성해 방수 기능성 소재를 개발했다고 8일 밝혔다.

자연에서 삼차원으로 존재하는 이황화몰리브덴은 형태가 ‘꿈의 신소재’라 불리는 그래핀과 유사한 이차원으로 존재할 수 있다는 것이 알려졌다.

약 0.6 nm(나노미터) 정도의 매우 얇은 두께가 특징인 이차원 이황화몰리브덴은 뛰어난 물리화학적 특성과 신축성을 지닌다.

기존 이차원 이황화몰리브덴은 합성방법의 한계로 기초 특성 위주의 연구가 이루어졌고 소재 응용은 반도체와 같은 전자소자에만 이뤄졌다.

연구팀은 기존 연구방식에서 탈피해 새로운 구조의 소재를 합성하고 이를 응용했다.

이차원 이황화몰리브덴의 새로운 기능을 구현하려면 나노-마이크로 구조가 조절된 나노꽃을 합성해야만 한다.

나노꽃은 소재가 기판에 수직하게 성장한 형태로 기존 탄소기반의 시드(seed) 물질을 기판에 뿌려야 수직성장이 가능하다.

나노꽃을 기판에 균일하게 합성하면, 수직면적을 확보해 넓은 표면적을 가진 소재를 개발할 수 있지만 정확한 간격으로 시드물질을 심을 수 없어 한계가 있었다.

연구팀은 시드물질 없이 균일하게 이차원 이황화몰리브덴의 나노꽃을 합성할 수 있는 새로운 화학기상증착법을 개발하였다.

화학기상증착법은 반응기에 주입된 기체가 가열된 기판 위에서 화학반응을 통해 박막을 형성하는 공정으로, 소재산업에서 박막을 형성하는 가장 대표적 방법이다.

압력과 증착시간 등 조절해 나노구조를 제어했으며, 나노꽃을 신축기판에 전사 후 구김(crumpling) 기술로 마이크로 구조를 제어해 방수 기능성 소재를 개발했다.

이번 기술은 신축 방수소재와 의료소재, 넓은 표면적이 필요한 고정밀 환경ㆍ바이오센서, 촉매제 등 다양한 분야에서 사용될 것으로 기대된다.

강상우 표준연 박사는 “KRISS의 측정기술에 UIUC의 제어기술이 결합해 좋은 결과를 얻을 수 있었다”며 “대표적 이차원 물질인 이황화몰리브덴의 나노-마이크로 구조를 조절해 응용분야를 넓혔고 다른 이차원 물질들의 연구에도 활용이 가능하다”고 말했다. 최소망 기자somangchoi@

▲ 나노꽃이 수직으로 성장한 이차원 이황화몰리브덴(MoS₂ nanoflower)