나노종합기술원, 산화 저항성 크게 높인 맥신(MXene) 필름 개발

안정성 획기적 향상된 '티타늄 카바이드 맥신 필름'

[대전=뉴시스] 고온어닐링을 통해 산화 안정성이 향상된 맥신 기술 개발 및 히터 소자 응용 모습. 수분이 높은 환경에서도 맥신 기반 히터 소자가 안정적으로 구동된다.

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내 연구진이 맥신(MXene) 소재의 산화 안정성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 기술 개발에 성공했다.

 맥신은 전기전도성이 우수한 2차원 판상 형태의 물질 그래핀을 능가할 신물질로 각광받고 있다.

나노종합기술원은 이용희·안치원 박사, 한국과학기술연구원 김선준 박사가 미국 드렉셀 대학교 유리 고고치(Yury gogotsi) 그룹 연구원 등과 함께 고온어닐링을 통해 전기적 특성을 개선하고 고수분, 고온조건에서 맥신 필름의 산화 안정성을 확보할 수 있는 공정기술을 개발했다고 20일 밝혔다.

전기전도성이 우수한 나노 신물질인 맥신의 상용화를 앞당기는데 크게 기여할 것으로 기대되는 이번 연구 성과는 국제 학술지인 'Journal of Materials Chemistry A' 1월 표지논문으로 게재됐다.(논문명:Oxidation-resistant titanium carbide MXene films)
 
맥신은 에너지, 센서, 전자파 차폐 등에서 뛰어난 성능을 보이지만 산화가 쉽게되는 문제가 상용화의 난제로 남아 있다. 티타늄 카바이드 맥신을 상온에서 보관하게 될 경우 산화반응이 일어나 이산화 티타늄(TiO2)으로 변해 전기적 성질을 잃어버린다. 특히 수분이 있는 환경에서는 훨씬 더 빠르게 이산화 티타늄으로 바뀐다.

연구팀은 문제 해결을 위해 수소·아르곤 혼합 기체분위기에서 티타늄 카바이드 맥신 필름의 고온 열처리를 진행했다.

고수분(상대습도 100%), 고온에서 (70도) 필름을 둬 시간에 따라 전기적 특성 변화를 살펴본 결과, 열처리하지 않은 맥신 필름의 경우에는 13시간 만에 백만 배 이상으로 저항이 증가한 반면 열처리한 맥신 필름은 48시간 동안 저항이 단 1.9배만이 증가했다.

이는 고온어닐링에 의해 맥신 필름이 산화에 대한 저항성을 보유했기 때문이다. 또 열처리된 맥신 필름을 물에 24시간 동안 담가 둬도 저항 변화가 거의 없는 것으로 나타났다.

연구팀은 이어 산화가 일부 진행된 맥신 필름에 열처리를 진행, 산화로 인해 증가된 저항이 회복되는 효과를 확인했으며 개발된 맥신 필름을 나노 전기 히터에 응용해도 동일한 산화 안정성 향상 효과가 있다는 사실도 발견했다.

논문을 주도한 나노종합기술원 이용희 박사는 "맥신 소재의 상용화의 발목을 잡고 있는 가장 큰 걸림돌 중 하나는 소재의 낮은 산화 안정성이다"며 "산화에 강한 맥신 필름 개발로 맥신의 응용 저변이 크게 확대될 수 있는 계기가 마련됐다"고 말했다.


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