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레이저 쪼였더니 녹슨 금속이 원래대로 말짱 목록

조회 : 1836 | 2015-11-12

레이저

고승환 서울대 교수 - 서울대 기계항공공학부 제공

 

국내 연구진이 녹슨 금속을 재활용해 전극으로 사용할 수 있는 공정 기술을 개발했다.

 

고승환 서울대 기계항공공학부 교수와 한승용 미국 일리노이대 박사, 양민양 KAIST 기계공학과 교수, 강봉철 금오공대 기계시스템공학과 교수 등이 참여한 공동연구팀은 산화된 금속 나노와이어를 상온에서 원래 모습으로 되돌리는 나노 재활용 공정을 개발했다고 12일 밝혔다.

 

금속은 습기가 많은 환경에 오래 노출되면 공기 중의 산소와 결합해 산화되면서 원래 성질을 잃는다. 산화된 금속은 전기 전도성을 잃어버리기 때문에 한번 산화된 녹슨 금속은 상온에서 전극으로 사용할 수 없었다.

 

연구팀은 상온에서 매우 안정된 상태를 유지하는 산화구리 나노와이어를 그물망 형태의 박막으로 만들었다. 나노와이어란 지름이 100nm(나노미터·1nm는 10억분의 1m) 수준으로 얇은 단면에 비해 상대적으로 길이가 긴 극미세선을 말한다.

 

연구팀은 산화구리 나노와이어 박막에 환원제를 묻힌 뒤 레이저빔을 집중적으로 쪼였다. 그 결과 레이저의 빛에너지가 열에너지로 변환되면서 산화 금속의 전자가 갖는 에너지가 증가했다. 전자의 에너지가 계속 증가하다 일정 수준을 넘게 되자 환원반응이 일어났다. 산화구리의 산소가 환원제의 수산화이온(-OH)과 결합해 물을 생성하면서 구리 이온이 전자를 받아 구리로 환원된 것이다.

 

레이저

나노 재활용 공정 개략도(a)와 각 공정 단계의 실제 사진(b). 순수한 구리 나노와이어 필름(①). 공기 중 산소에 의해 산화된 산화구리 나노와이어 필름(②). 환원제에 적신 산화구리 나노와이어 필름에 집광된 레이저 빔의 모습(③). 광열화학반응에 의해 다시 구리 나노와이어로 환원된 모습(오른쪽 반원). - 고승환 교수 제공

 

개발된 공정을 활용하면 녹이 슨 구리라도 다시 환원시켜 몇 번이든 재활용할 수 있다. 또 환원반응 후 생기는 부산물이 물이기 때문에 친환경적이다. 산화구리는 매장량이 풍부하고 소자 재료로 많이 사용되는 금, 은 보다 100배 가까이 저렴하기 때문에 경제적이다. 연구팀의 공정은 산화구리 외에 다른 금속 산화물에도 적용할 수 있다.

 

고 교수는 “상온에서 전극과 활성화 물질을 동시에 쉽고 빠르게 원하는 모양으로 구현할 수 있는 공정을 개발했다는 데 큰 의미가 있다”며, “금속 산화물을 전자 소자 제작에 바로 적용할 수 있도록 연구 범위를 확대해나갈 것”이라고 말했다.

 

연구 결과는 나노 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈’ 온라인판 9월 15일 자에 실렸다.

송경은 기자 kyungeun@donga.com

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