표준연·UIUC 공동 연구팀, 2차원 이황화몰리브덴 나노꽃 합성
"기능성 소재 개발 가능 등 다른 2차원 물질 연구 활용 가능" 


강상우 박사(좌측) 연구팀이 합성된 대면적 이황화몰리브덴 나노꽃을 관찰하고 있다. <사진=한국표준과학연구원 제공>강상우 박사(좌측) 연구팀이 합성된 대면적 이황화몰리브덴 나노꽃을 관찰하고 있다. <사진=한국표준과학연구원 제공>


한국표준과학연구원(원장 박상열)은 강상우 진공기술센터 박사팀과 남성우 미국 일리노이대 어바나-샴페인캠퍼스 교수팀이 공동 연구를 통해 '2차원 이황화몰리브덴 나노꽃(MoS₂ nanoflower)'을 합성해 방수 기능성 소재를 개발했다고 8일 밝혔다. 

자연에서 3차원으로 존재하는 이황화몰리브덴은 최근 그 형태가 '꿈의 신소재'로 불리는 그래핀과 유사한 2차원으로 존재할 수 있는 것으로 알려졌다. 매우 얇은 두께(약 0.6 nm)가 특징인 이차원 이황화몰리브덴은 뛰어난 물리화학적 특성과 신축성을 가져 차세대 신소재로 주목받고 있다. 

그동안 2차원 이황화몰리브덴은 합성방법의 한계로 기초 특성 위주의 연구가 이루어졌으며, 반도체와 같은 전자소자에만 국한돼 응용돼 왔다. 

하지만 공동 연구팀은 기존 연구방식에서 탈피해 새로운 구조의 소재를 합성하고 이를 응용하는 방향으로 초점을 맞추었다. 

2차원 이황화몰리브덴의 기능을 구현하기 위한 필수 요소는 '나노꽃(nanoflower)'의 합성이다. 나노꽃은 소재가 기판에 수직하게 성장한 형태로, 기존에는 탄소기반의 시드(seed) 물질을 기판에 뿌려야만 수직성장이 가능했다.

나노꽃을 기판에 균일하게 합성할 수 있다면 수직면적을 확보해 넓은 표면적을 가진 소재를 개발할 수 있다. 하지만 씨앗을 땅에 정확한 간격으로 뿌리기 어렵듯이 시드물질을 사용하는 방법으로는 나노구조 변화에 따른 응용연구를 수행할 수 없었다.

나노꽃이 수직으로 성장한 이차원 이황화몰리브덴(MoS₂ nanoflower). <자료=한국표준과학연구원 제공>나노꽃이 수직으로 성장한 이차원 이황화몰리브덴(MoS₂ nanoflower). <자료=한국표준과학연구원 제공>


연구팀은 시드 물질 없이 균일하게 2차원 이황화몰리브덴의 나노꽃을 합성할 수 있는 새로운 화학기상증착법을 개발했다. 압력과 증착시간 등을 조절해 나노구조를 제어했으며, 나노꽃을 신축기판에 전사 후 구김(crumpling) 기술로 마이크로 구조를 제어해 방수 기능성 소재를 개발했다. 

또 구조를 제어하는 과정에서 소재의 습윤조절특성(물접촉각 80~159도)을 증명했다. 물접촉각은 60도 이상이면 소수성이고 150도 이상이면 초소수성을 갖는다. 접촉각이 낮을 수록 물이 표면에 잘 젖으며 높을 수록 방수소재로 응용이 가능하다. 

연구팀은 이번 기술이 신축 방수소재와 의료소재, 넓은 표면적이 필요한 고정밀 환경바이오센서 및 촉매제 등 다양한 분야에서 사용될 것으로 기대한다. 

강상우 표준연 박사는 "대표적 2차원 물질인 이황화몰리브덴의 나노-마이크로 구조를 조절함으로써 응용분야를 넓혔으며, 다른 2차원 물질들의 연구에도 활용이 가능하다"고 말했다.

이번 연구결과는 나노화학분야 국제 학술지인 '나노 레터스(Nano Letters)'에 실렸다. 

소재의 나노-마이크로 구조 및 압축변형률(%)에 따른 물접촉각(80~159도) 특성 변화. <자료=한국표준과학연구원 제공>소재의 나노-마이크로 구조 및 압축변형률(%)에 따른 물접촉각(80~159도) 특성 변화. <자료=한국표준과학연구원 제공>



박은희 대덕넷 기자 kugu99@hellodd.com

Posted by KIST PR

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