"새로운 설계 패러다임" 국립부경대, 납 대체 X선 차폐 에어로겔 개발

3차원 광자 케이지 구조 구현
X선 흡수 효율 최대 97% 달성
'Advanced Functional Materials' 게재

김정환 교수 연구팀(Li Shisen 박사과정생, 김정환 교수)./부경대 제공

국립부경대학교 김정환 교수 연구팀이 유연하고 초탄성, 소수성까지 확보한 차세대 X선 차폐 에어로겔 소재를 개발했다.

현재 널리 쓰이는 납(Pb) 차폐재는 독성과 환경 유해성, 낮은 유연성 등의 한계를 지니며, 특정 에너지 영역에서 X선 흡수 효율이 떨어진다는 문제가 있다.

이를 극복하기 위해 김정환 교수팀은 3차원(3D) 다공성 에어로겔이 복잡한 기공 내부에서 광자 체류 시간을 늘려 흡수 효율을 높일 수 있다는 점에 착안했다.

연구팀은 가돌리늄(Gd) 기반 상분리 유도 전략을 적용해 3차원 '광자 케이지' 구조를 갖는 유연성 에어로겔을 개발했다.

여기에 폴리다이메틸실록산(PDMS) 코팅과 페로브스카이트 물질(Cs3Bi2I9)을 결합해 초탄성·소수성 등 우수한 물성과 함께 4중 상호보완 X선 흡수 특성을 갖춘 차세대 소재를 구현했다.

연구팀이 개발한 에어로겔은 광자 케이지의 시너지 효과로 인해 40~120 kV 튜브 전압 에너지 범위에서 76~97%의 높은 X선 흡수 효율을 달성했다. 연구팀은 삼성서울병원과 공동으로 CT 장비를 이용한 차폐 성능 검증도 마쳤다.

김정환 교수는 "이번 성과는 경량·유연성을 바탕으로 한 고효율 X선 차폐 소재 개발에 새로운 구조 설계 패러다임을 제시한 연구"라고 밝혔다.

이 연구 결과는 화학 분야 세계적 저널인 'Advanced Functional Materials'에 게재됐다.

부산=김성욱 기자 attainuk0518@