국내연구진, 공기에 노출되도 녹슬지 않는 구리 나노입자 개발

IBS, 모든 금속 나노입자에 적용 가능한 산화 방지 기술 개발

대량 생산 가능…항균마스크, 2차 전지 등 활용분야 많아

[대전=뉴시스] 일반 구리 나노입자의 산화(위) 대비 표면에 축적된 전자를 가진 구리 나노입자의 비산화 비교 모식도. *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 기초과학연구원(IBS)은 나노구조물리연구단 김성웅 연구위원(성균관대 교수)이 공기 중에서 산화되지 않는 구리 나노입자를 개발했다고 11일 밝혔다.

대부분의 금속은 공기 중에 노출되면 금속표면에서 금속 원자와 공기 중의 산소 원자가 결합하면서 녹이 생긴다.

금속이 산화되면 금속의 성질을 잃게 되고 심할 경우 사용할 수 없게 되므로 금속표면도금법이나 음극방식법 등을 이용해  산화방지에 노력을 기울이고 있다.

최근 소재, 촉매, 센싱 등 다양한 분야에서 금속 나노입자가 폭넓게 활용되고 있으나 산화현상을 완벽하게 막는 기술은 아직 없다.
   
IBS 연구진은 구리 나노입자를 어떤 표면처리도 없이 공기 중에서 전혀 산화되지 않는 상태로 합성하는 데 성공했다.

연구진에 따르면 고농도의 전자를 포함한 전자화물 위에 구리 나노입자를 형성시키면 다량의 전자가 전자화물에서 구리 나노입자로 전달돼 구리 나노입자의 표면에 과잉의 전자가 축적된다.

연구진은 나노입자의 표면에 축적된 과잉의 전자만 공기 중의 산소와 반응해 구리 나노입자는 산화가 일어나지 않는다는 것을 관찰했다.

이 구리 나노입자는 수개월 이상 공기 중에 노출되도 전혀 산화되지 않고 구리의 금속성을 지속적으로 유지한다. 연구진은 이런 현상을 응용해 산화되지 않는 나노입자 합성에 성공했다.

또 공기 중에서 산화되지 않는 구리 나노입자를 대량생산 할 수 있는 용액공정도 개발했다.

구리 금속 이온이 녹아있는 액체에 전자화물을 넣고 반응시키면 공기 중에서 산화되지 않는 다량의 구리 나노입자를 손쉽게 생산할 수 있다고 연구진은 설명했다.

이런 전자화물을 활용한 용액공정은 다른 금속 나노입자 합성에도 적용 가능하며 표면개질이 필요없는 금속 나노입자 생산과 기술응용에 용이할 것으로 기대된다.
 
특히 2차전지의 중요한 부품인 동박 및 알루미늄박 생산에 이번 기술을 활용하면 금속성은 유지하면서 더 얇은 소재를 만들 수 있고 구리는 항균·항바이러스 기능이 있어 우수한 살균능력이 지속되는 마스크 개발 등을 통해 K-방역에도 크게 기여할 것으로 전망된다.

기존 금속산화반응의 개념을 다시 썼다는 평가를 받은 이번 연구 결과는 나노분야 권위지인 '네이처 나노테크놀로지' 11일자로 게재됐다.

김성웅 연구위원은 "구리 나노입자를 이종물질 코팅과 같은 표면처리 없이 공기 중에 장시간 노출시켜도 산화되지 않는다는 것은 기존 상식을 깨는 현상"이라며 "연구 결과를 통해 구리 나노입자를 포함 금속 나노소재 합성 및 응용연구에 새로운 장이 열릴 것이다"고 말했다.


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