원자력硏·MIT·위스콘신대 공동연구팀, 멤브레인 결합 성공
그래핀 활용해 멤브레인 기판에서 분리 후 재결합
다양한 기능 갖는 소재 탑재된 새로운 전자기기 탄생 가능성 열려...학술지 ‘네이처’ 게재

국내외 연구진이 멤브레인(박막)을 떼어 붙이는 공정을 개발해 여러 특성을 동시에 갖는 새로운 전자기소재 개발 가능성을 열었다.

13일 한국원자력연구원에 따르면 이준혁 원자력연구원 신소재융합기술연구부 박사, 김지환 매사추세츠공과대학교(MIT) 교수, 금현성 MIT 박사, 엄창범 위스콘신주립대 교수로 구성된 국제 공동연구팀은 단일 복합산화물 멤브레인을 제작해 이들을 결합하는 공정을 개발했다.

복합산화물은 강한 자성·유전성과 초전도성, 압전성(물질에 힘을 가했을 때 전기가 발생하는 특성) 등을 지녀 연료전지, 센서, 촉매 등에 활용할 수 있는 핵심소재이며 멤브레인은 특정 성분을 선택적으로 통과시킴으로써 혼합물을 분리할 수 있는 액체 혹은 고체의 얇은 박막이다.

원자력연구원은 연구 과정에서 연구진은 압전성을 갖는 납 마그네슘 니오베이트-납 티탄산염(PMN-PT)과 티탄산바륨(BaTiO3), 스트론튬타이타네이트(SrTiO3), 코발트산화철(CoFe2O4)과 이트륨 철 가닛(YIG) 등으로 구성된 다양한 기능성 복합산화물 멤브레인을 제작했다고 설명했다.

기판에서 떼어낸 ‘프리스탠딩’ 상태의 멤브레인은 유연성이 뛰어나다는 특성을 가지므로 플렉시블 디스플레이, 웨어러블 전자기기 등의 제작에 활용될 수 있으며 반도체 공정에서도 다양하게 응용될 수 있다.

기존 복합산화물 멤브레인은 기판에 고정돼 있어 떼어내는 것이 불가능하지만 연구진은 기판 위에 그래핀을 부착하고 그 위에 복합산화물 멤브레인을 합성해 약 1㎠ 크기의 박막을 기판에서 분리해낼 수 있었다는 설명이다.

원자력연구원은 전자기적 특성을 가진 프리스탠딩 멤브레인의 결합공정을 발전시키면 센서, 컴퓨팅 소자, 전지 등 기능을 모두 가지는 소재가 탑재된 새로운 플렉시블 전자기기가 탄생할 수도 있다고 덧붙였다.

연구에 참여한 이 박사는 “이번 연구로 모든 전자기적 특성을 가진 ‘만능’ 신소재 탄생의 길이 열렸다”며 “국제공동연구를 통해 떼어 붙이는 공정을 발전시켜나가 점차 상용화될 플렉시블 전자기기에 광범위하게 활용될 수 있는 신소재를 개발해 나가겠다”고 말했다.

한편 이와 같은 연구결과를 담은 논문은 국제전문학술지 ‘네이처(Nature)’ 최신호에 게재됐다.