부러져도 스스로 달라붙는 금 소재…UNIST, 3차원 나노 다공성 신소재 개발

김주영 UNIST 신소재공학부 교수(왼쪽 두 번째)와 제1저자인 곽은지 박사(세 번째). UNIST 제공

UNIST(울산과학기술원)는 김주영 신소재공학부 교수 연구팀이 부러진 뒤 ‘자가 치유 능력’을 갖춘 3차원 나노 다공성 금 소재를 개발했다고 24일 발표했다.

나노 다공성 금 소재란 물질 내부에 수십㎚(나노미터, 1㎚=1억분의 1m) 크기의 작은 구멍이 촘촘히 있는 구조를 말한다. 넓은 표면적 때문에 반응성이 좋아 센서, 전극재료, 촉매 등으로 활용된다. 인체에 무해해 생체 소재로도 사용된다.

하지만 나노 다공성 금 소재는 기공 구조 때문에 변형이 가해지면 쉽게 균열이 생기고 급속히 전파돼 실제 활용에는 여러 제약이 있었다. 연구팀은 이런 문제를 다공성 금 소재 내부의 기공을 작게 하는 방법으로 해결했다. 김 교수 연구팀은 기공을 25㎚ 크기로 줄여 오히려 더 튼튼하고 잘 부서지지 않는 다공성 금 소재로 만들었다.

개발된 소재는 기공이 전체 부피의 70%를 차지해 가볍다. 또 일반 금에 비해 표면적은 10만 배 이상 넓어 전기 전도도가 높고 화학적으로 안정된 특성을 보였다. 부러진 이후 스스로 달라붙는 능력이 생겨 파손 이후 강도가 처음의 약 50% 수준까지 회복됐다.

제1저자로 참여한 곽은지 신소재공학부 박사는 “기공이 작을수록 표면에 노출되는 원자가 많아 상온에서 원자 확산이 잘 일어난다”며 “금 뼈대가 엿가락처럼 끊어질 때 그 단면이 기공 크기보다 더 작다는 점 때문에 자가치유 현상이 잘 일어난다”고 설명했다.

김주영 교수는 “이번 연구로 파손된 금 소재를 재활용해 고강도·고내구성·고기능성을 갖춘 나노 다공성 금속기반 신소재를 제조할 발판을 마련했다”고 말했다.

울산=하인식 기자 hais@hankyung.com