- DNA와 탄소나노튜브를 활용한 ‘리튬 과잉 양극소재’ 표면 안정화 - 통합고도분석법을 통한 성능 및 수명 향상 인자 규명 최근 국내 연구진이 차세대 고용량 양극 소재를 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진)은 에너지저장연구단 정경윤 단장, 장원영 박사 연구팀이 울산과학기술원(UNIST, 총장 이용훈) 이상영 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해, 연어의 DNA를 활용, 리튬 과잉 양극 소재(Over-Lithiated Oxide, OLO) : 리튬이온전지에 적용된 양극 소재가 지닌 층상 구조에서 전이금속 층의 전이금속을 리튬으로 대체함으로써, 다량의 리튬을 함유한 소재 리튬 과잉 양극 소재(Over-Lithiated Oxide, OLO)의 표면을 안정화시켜 고성능 양극 소재를 개발했다고 밝혔다. 리튬이온전지는 이차전지의 일종으로서, 충전 과정에서 리튬 이온이 음극에서 양극으로 이동하여 저장된다. 이 양극에 저장할 수 있는 리튬이온이 많을수록 전지의 용량은 향상된다. 즉, 고용량의 양극 소재 개발은 리튬이온전지 용량증대의 핵심이다. 리튬 과잉 양극 소재(OLO)는 이론용량이 250mAh/g(기존 상용화 소재 160mAh/g)으로 에너지 저장용량을 50% 이상 상승시킬 수 있는 차세대 양극 소재로서 오랫동안 주목받아왔다. 하지만 충·방전 과정에서 리튬이 위치한 금속층이 붕괴되고 부풀어 올라 더 이상 사용할 수 없게 되는 문제가 있었다. KIST 연구진은 투과전자현미경을 이용하여 기존 OLO 소재의 표면과 내부의 결정구조 변화를 각각 위치별로 분석하였다. 그 결과 전지 구동 후 전극의 표면에서부터 금속층 붕괴가 진행된다는 사실을 확인했다. 이에 공동 연구진은 리튬이온과 친화력이 우수한 연어의 DNA를 활용하여 소재 붕괴의 원인인 표면 구조를 제어하였다. 하지만 DNA는 수용액 내에서 거대하게 뭉쳐지는 문제가 있는데 탄소나노튜브(CNT)와 합성하여 이를 극복하고 균일하게 배열, OLO 표면에 부착하여 새로운 양극 소재를 개발했다. KIST 연구진은 통합 고도분석법(개별 입자에서부터 전극 범위까지 분석)으로 분석하여 OLO 소재의 전기화학적 특성 및 구조 안정성 향상의 메커니즘을 규명했다. 실시간 X-선 분석기법으로 충·방전이 진행되는 과정에서 전극 소재의 구조 붕괴가 억제됨을 확인하였고, 구조 변화 분석을 통해 배터리가 과열되더라도 안정적임을 확인하였다. UNIST 이상영 교수는 “합성 소재에 기반한 기존 시도들과는 다른 개념인 생명체의 기본 물질인 DNA를 이용한 연구 결과로서, 고성능 전지 소재 개발의 새로운 방향을 소개하였다.”라고 그 개발 의미를 밝혔다. KIST 정경윤 단장은 “통합 고도분석법을 통하여 고에너지·안전성 양극 소재의 설계 인자를 제시했다는 것에 큰 의미가 있다”라며 “본 연구 결과를 토대로 기존 상용화 양극 소재를 대체할 신규 소재 개발 연구에 더욱 박차를 가할 것”이라고 포부를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 기후변화대응기술개발사업, 기초연구사업 및 웨어러블플랫폼소자기술센터사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 에너지 분야의 세계적 권위지인 ‘Advanced Energy Materials’ (IF:24.884, JCR 분야 상위 1.69%) 최신 호에 표지 논문(Front cover)으로 출판 게재(3월 3일, Volume 10. Issue 9)되었다. * (논문명) Ecofriendly Chemical Activation of Overlithiated Layered Oxides by DNA-Wrapped Carbon Nanotubes - (제 1저자) UNIST 김주명 박사(現 Pacific Northwest National Laboratory 박사후연구원) - (제 1저자) KIST 박재호 석박사통합과정 - (제 1저자) KIST 조은미 박사과정 - (교신저자) UNIST 이상영 교수 - (교신저자) KIST 에너지저장연구단 정경윤 책임연구원 - (교신저자) KIST 에너지저장연구단 장원영 책임연구원 <그림설명> [그림 1] 표지 논문 선정 이미지(Front cover) [그림 2] 단계별 화학적 활성화 절차의 모식도 리튬이온과 친화력이 우수한 연어의 DNA를 탄소나노튜브와 합성하여, OLO 표면에 부착하여 표면 구조를 제어한 양극 소재를 합성하는 절차의 모식도

- DNA와 탄소나노튜브를 활용한 ‘리튬 과잉 양극소재’ 표면 안정화 - 통합고도분석법을 통한 성능 및 수명 향상 인자 규명 최근 국내 연구진이 차세대 고용량 양극 소재를 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진)은 에너지저장연구단 정경윤 단장, 장원영 박사 연구팀이 울산과학기술원(UNIST, 총장 이용훈) 이상영 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해, 연어의 DNA를 활용, 리튬 과잉 양극 소재(Over-Lithiated Oxide, OLO) : 리튬이온전지에 적용된 양극 소재가 지닌 층상 구조에서 전이금속 층의 전이금속을 리튬으로 대체함으로써, 다량의 리튬을 함유한 소재 리튬 과잉 양극 소재(Over-Lithiated Oxide, OLO)의 표면을 안정화시켜 고성능 양극 소재를 개발했다고 밝혔다. 리튬이온전지는 이차전지의 일종으로서, 충전 과정에서 리튬 이온이 음극에서 양극으로 이동하여 저장된다. 이 양극에 저장할 수 있는 리튬이온이 많을수록 전지의 용량은 향상된다. 즉, 고용량의 양극 소재 개발은 리튬이온전지 용량증대의 핵심이다. 리튬 과잉 양극 소재(OLO)는 이론용량이 250mAh/g(기존 상용화 소재 160mAh/g)으로 에너지 저장용량을 50% 이상 상승시킬 수 있는 차세대 양극 소재로서 오랫동안 주목받아왔다. 하지만 충·방전 과정에서 리튬이 위치한 금속층이 붕괴되고 부풀어 올라 더 이상 사용할 수 없게 되는 문제가 있었다. KIST 연구진은 투과전자현미경을 이용하여 기존 OLO 소재의 표면과 내부의 결정구조 변화를 각각 위치별로 분석하였다. 그 결과 전지 구동 후 전극의 표면에서부터 금속층 붕괴가 진행된다는 사실을 확인했다. 이에 공동 연구진은 리튬이온과 친화력이 우수한 연어의 DNA를 활용하여 소재 붕괴의 원인인 표면 구조를 제어하였다. 하지만 DNA는 수용액 내에서 거대하게 뭉쳐지는 문제가 있는데 탄소나노튜브(CNT)와 합성하여 이를 극복하고 균일하게 배열, OLO 표면에 부착하여 새로운 양극 소재를 개발했다. KIST 연구진은 통합 고도분석법(개별 입자에서부터 전극 범위까지 분석)으로 분석하여 OLO 소재의 전기화학적 특성 및 구조 안정성 향상의 메커니즘을 규명했다. 실시간 X-선 분석기법으로 충·방전이 진행되는 과정에서 전극 소재의 구조 붕괴가 억제됨을 확인하였고, 구조 변화 분석을 통해 배터리가 과열되더라도 안정적임을 확인하였다. UNIST 이상영 교수는 “합성 소재에 기반한 기존 시도들과는 다른 개념인 생명체의 기본 물질인 DNA를 이용한 연구 결과로서, 고성능 전지 소재 개발의 새로운 방향을 소개하였다.”라고 그 개발 의미를 밝혔다. KIST 정경윤 단장은 “통합 고도분석법을 통하여 고에너지·안전성 양극 소재의 설계 인자를 제시했다는 것에 큰 의미가 있다”라며 “본 연구 결과를 토대로 기존 상용화 양극 소재를 대체할 신규 소재 개발 연구에 더욱 박차를 가할 것”이라고 포부를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 기후변화대응기술개발사업, 기초연구사업 및 웨어러블플랫폼소자기술센터사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 에너지 분야의 세계적 권위지인 ‘Advanced Energy Materials’ (IF:24.884, JCR 분야 상위 1.69%) 최신 호에 표지 논문(Front cover)으로 출판 게재(3월 3일, Volume 10. Issue 9)되었다. * (논문명) Ecofriendly Chemical Activation of Overlithiated Layered Oxides by DNA-Wrapped Carbon Nanotubes - (제 1저자) UNIST 김주명 박사(現 Pacific Northwest National Laboratory 박사후연구원) - (제 1저자) KIST 박재호 석박사통합과정 - (제 1저자) KIST 조은미 박사과정 - (교신저자) UNIST 이상영 교수 - (교신저자) KIST 에너지저장연구단 정경윤 책임연구원 - (교신저자) KIST 에너지저장연구단 장원영 책임연구원 <그림설명> [그림 1] 표지 논문 선정 이미지(Front cover) [그림 2] 단계별 화학적 활성화 절차의 모식도 리튬이온과 친화력이 우수한 연어의 DNA를 탄소나노튜브와 합성하여, OLO 표면에 부착하여 표면 구조를 제어한 양극 소재를 합성하는 절차의 모식도

- DNA와 탄소나노튜브를 활용한 ‘리튬 과잉 양극소재’ 표면 안정화 - 통합고도분석법을 통한 성능 및 수명 향상 인자 규명 최근 국내 연구진이 차세대 고용량 양극 소재를 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진)은 에너지저장연구단 정경윤 단장, 장원영 박사 연구팀이 울산과학기술원(UNIST, 총장 이용훈) 이상영 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해, 연어의 DNA를 활용, 리튬 과잉 양극 소재(Over-Lithiated Oxide, OLO) : 리튬이온전지에 적용된 양극 소재가 지닌 층상 구조에서 전이금속 층의 전이금속을 리튬으로 대체함으로써, 다량의 리튬을 함유한 소재 리튬 과잉 양극 소재(Over-Lithiated Oxide, OLO)의 표면을 안정화시켜 고성능 양극 소재를 개발했다고 밝혔다. 리튬이온전지는 이차전지의 일종으로서, 충전 과정에서 리튬 이온이 음극에서 양극으로 이동하여 저장된다. 이 양극에 저장할 수 있는 리튬이온이 많을수록 전지의 용량은 향상된다. 즉, 고용량의 양극 소재 개발은 리튬이온전지 용량증대의 핵심이다. 리튬 과잉 양극 소재(OLO)는 이론용량이 250mAh/g(기존 상용화 소재 160mAh/g)으로 에너지 저장용량을 50% 이상 상승시킬 수 있는 차세대 양극 소재로서 오랫동안 주목받아왔다. 하지만 충·방전 과정에서 리튬이 위치한 금속층이 붕괴되고 부풀어 올라 더 이상 사용할 수 없게 되는 문제가 있었다. KIST 연구진은 투과전자현미경을 이용하여 기존 OLO 소재의 표면과 내부의 결정구조 변화를 각각 위치별로 분석하였다. 그 결과 전지 구동 후 전극의 표면에서부터 금속층 붕괴가 진행된다는 사실을 확인했다. 이에 공동 연구진은 리튬이온과 친화력이 우수한 연어의 DNA를 활용하여 소재 붕괴의 원인인 표면 구조를 제어하였다. 하지만 DNA는 수용액 내에서 거대하게 뭉쳐지는 문제가 있는데 탄소나노튜브(CNT)와 합성하여 이를 극복하고 균일하게 배열, OLO 표면에 부착하여 새로운 양극 소재를 개발했다. KIST 연구진은 통합 고도분석법(개별 입자에서부터 전극 범위까지 분석)으로 분석하여 OLO 소재의 전기화학적 특성 및 구조 안정성 향상의 메커니즘을 규명했다. 실시간 X-선 분석기법으로 충·방전이 진행되는 과정에서 전극 소재의 구조 붕괴가 억제됨을 확인하였고, 구조 변화 분석을 통해 배터리가 과열되더라도 안정적임을 확인하였다. UNIST 이상영 교수는 “합성 소재에 기반한 기존 시도들과는 다른 개념인 생명체의 기본 물질인 DNA를 이용한 연구 결과로서, 고성능 전지 소재 개발의 새로운 방향을 소개하였다.”라고 그 개발 의미를 밝혔다. KIST 정경윤 단장은 “통합 고도분석법을 통하여 고에너지·안전성 양극 소재의 설계 인자를 제시했다는 것에 큰 의미가 있다”라며 “본 연구 결과를 토대로 기존 상용화 양극 소재를 대체할 신규 소재 개발 연구에 더욱 박차를 가할 것”이라고 포부를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 기후변화대응기술개발사업, 기초연구사업 및 웨어러블플랫폼소자기술센터사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 에너지 분야의 세계적 권위지인 ‘Advanced Energy Materials’ (IF:24.884, JCR 분야 상위 1.69%) 최신 호에 표지 논문(Front cover)으로 출판 게재(3월 3일, Volume 10. Issue 9)되었다. * (논문명) Ecofriendly Chemical Activation of Overlithiated Layered Oxides by DNA-Wrapped Carbon Nanotubes - (제 1저자) UNIST 김주명 박사(現 Pacific Northwest National Laboratory 박사후연구원) - (제 1저자) KIST 박재호 석박사통합과정 - (제 1저자) KIST 조은미 박사과정 - (교신저자) UNIST 이상영 교수 - (교신저자) KIST 에너지저장연구단 정경윤 책임연구원 - (교신저자) KIST 에너지저장연구단 장원영 책임연구원 <그림설명> [그림 1] 표지 논문 선정 이미지(Front cover) [그림 2] 단계별 화학적 활성화 절차의 모식도 리튬이온과 친화력이 우수한 연어의 DNA를 탄소나노튜브와 합성하여, OLO 표면에 부착하여 표면 구조를 제어한 양극 소재를 합성하는 절차의 모식도

- DNA와 탄소나노튜브를 활용한 ‘리튬 과잉 양극소재’ 표면 안정화 - 통합고도분석법을 통한 성능 및 수명 향상 인자 규명 최근 국내 연구진이 차세대 고용량 양극 소재를 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진)은 에너지저장연구단 정경윤 단장, 장원영 박사 연구팀이 울산과학기술원(UNIST, 총장 이용훈) 이상영 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해, 연어의 DNA를 활용, 리튬 과잉 양극 소재(Over-Lithiated Oxide, OLO) : 리튬이온전지에 적용된 양극 소재가 지닌 층상 구조에서 전이금속 층의 전이금속을 리튬으로 대체함으로써, 다량의 리튬을 함유한 소재 리튬 과잉 양극 소재(Over-Lithiated Oxide, OLO)의 표면을 안정화시켜 고성능 양극 소재를 개발했다고 밝혔다. 리튬이온전지는 이차전지의 일종으로서, 충전 과정에서 리튬 이온이 음극에서 양극으로 이동하여 저장된다. 이 양극에 저장할 수 있는 리튬이온이 많을수록 전지의 용량은 향상된다. 즉, 고용량의 양극 소재 개발은 리튬이온전지 용량증대의 핵심이다. 리튬 과잉 양극 소재(OLO)는 이론용량이 250mAh/g(기존 상용화 소재 160mAh/g)으로 에너지 저장용량을 50% 이상 상승시킬 수 있는 차세대 양극 소재로서 오랫동안 주목받아왔다. 하지만 충·방전 과정에서 리튬이 위치한 금속층이 붕괴되고 부풀어 올라 더 이상 사용할 수 없게 되는 문제가 있었다. KIST 연구진은 투과전자현미경을 이용하여 기존 OLO 소재의 표면과 내부의 결정구조 변화를 각각 위치별로 분석하였다. 그 결과 전지 구동 후 전극의 표면에서부터 금속층 붕괴가 진행된다는 사실을 확인했다. 이에 공동 연구진은 리튬이온과 친화력이 우수한 연어의 DNA를 활용하여 소재 붕괴의 원인인 표면 구조를 제어하였다. 하지만 DNA는 수용액 내에서 거대하게 뭉쳐지는 문제가 있는데 탄소나노튜브(CNT)와 합성하여 이를 극복하고 균일하게 배열, OLO 표면에 부착하여 새로운 양극 소재를 개발했다. KIST 연구진은 통합 고도분석법(개별 입자에서부터 전극 범위까지 분석)으로 분석하여 OLO 소재의 전기화학적 특성 및 구조 안정성 향상의 메커니즘을 규명했다. 실시간 X-선 분석기법으로 충·방전이 진행되는 과정에서 전극 소재의 구조 붕괴가 억제됨을 확인하였고, 구조 변화 분석을 통해 배터리가 과열되더라도 안정적임을 확인하였다. UNIST 이상영 교수는 “합성 소재에 기반한 기존 시도들과는 다른 개념인 생명체의 기본 물질인 DNA를 이용한 연구 결과로서, 고성능 전지 소재 개발의 새로운 방향을 소개하였다.”라고 그 개발 의미를 밝혔다. KIST 정경윤 단장은 “통합 고도분석법을 통하여 고에너지·안전성 양극 소재의 설계 인자를 제시했다는 것에 큰 의미가 있다”라며 “본 연구 결과를 토대로 기존 상용화 양극 소재를 대체할 신규 소재 개발 연구에 더욱 박차를 가할 것”이라고 포부를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 기후변화대응기술개발사업, 기초연구사업 및 웨어러블플랫폼소자기술센터사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 에너지 분야의 세계적 권위지인 ‘Advanced Energy Materials’ (IF:24.884, JCR 분야 상위 1.69%) 최신 호에 표지 논문(Front cover)으로 출판 게재(3월 3일, Volume 10. Issue 9)되었다. * (논문명) Ecofriendly Chemical Activation of Overlithiated Layered Oxides by DNA-Wrapped Carbon Nanotubes - (제 1저자) UNIST 김주명 박사(現 Pacific Northwest National Laboratory 박사후연구원) - (제 1저자) KIST 박재호 석박사통합과정 - (제 1저자) KIST 조은미 박사과정 - (교신저자) UNIST 이상영 교수 - (교신저자) KIST 에너지저장연구단 정경윤 책임연구원 - (교신저자) KIST 에너지저장연구단 장원영 책임연구원 <그림설명> [그림 1] 표지 논문 선정 이미지(Front cover) [그림 2] 단계별 화학적 활성화 절차의 모식도 리튬이온과 친화력이 우수한 연어의 DNA를 탄소나노튜브와 합성하여, OLO 표면에 부착하여 표면 구조를 제어한 양극 소재를 합성하는 절차의 모식도

- DNA와 탄소나노튜브를 활용한 ‘리튬 과잉 양극소재’ 표면 안정화 - 통합고도분석법을 통한 성능 및 수명 향상 인자 규명 최근 국내 연구진이 차세대 고용량 양극 소재를 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진)은 에너지저장연구단 정경윤 단장, 장원영 박사 연구팀이 울산과학기술원(UNIST, 총장 이용훈) 이상영 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해, 연어의 DNA를 활용, 리튬 과잉 양극 소재(Over-Lithiated Oxide, OLO) : 리튬이온전지에 적용된 양극 소재가 지닌 층상 구조에서 전이금속 층의 전이금속을 리튬으로 대체함으로써, 다량의 리튬을 함유한 소재 리튬 과잉 양극 소재(Over-Lithiated Oxide, OLO)의 표면을 안정화시켜 고성능 양극 소재를 개발했다고 밝혔다. 리튬이온전지는 이차전지의 일종으로서, 충전 과정에서 리튬 이온이 음극에서 양극으로 이동하여 저장된다. 이 양극에 저장할 수 있는 리튬이온이 많을수록 전지의 용량은 향상된다. 즉, 고용량의 양극 소재 개발은 리튬이온전지 용량증대의 핵심이다. 리튬 과잉 양극 소재(OLO)는 이론용량이 250mAh/g(기존 상용화 소재 160mAh/g)으로 에너지 저장용량을 50% 이상 상승시킬 수 있는 차세대 양극 소재로서 오랫동안 주목받아왔다. 하지만 충·방전 과정에서 리튬이 위치한 금속층이 붕괴되고 부풀어 올라 더 이상 사용할 수 없게 되는 문제가 있었다. KIST 연구진은 투과전자현미경을 이용하여 기존 OLO 소재의 표면과 내부의 결정구조 변화를 각각 위치별로 분석하였다. 그 결과 전지 구동 후 전극의 표면에서부터 금속층 붕괴가 진행된다는 사실을 확인했다. 이에 공동 연구진은 리튬이온과 친화력이 우수한 연어의 DNA를 활용하여 소재 붕괴의 원인인 표면 구조를 제어하였다. 하지만 DNA는 수용액 내에서 거대하게 뭉쳐지는 문제가 있는데 탄소나노튜브(CNT)와 합성하여 이를 극복하고 균일하게 배열, OLO 표면에 부착하여 새로운 양극 소재를 개발했다. KIST 연구진은 통합 고도분석법(개별 입자에서부터 전극 범위까지 분석)으로 분석하여 OLO 소재의 전기화학적 특성 및 구조 안정성 향상의 메커니즘을 규명했다. 실시간 X-선 분석기법으로 충·방전이 진행되는 과정에서 전극 소재의 구조 붕괴가 억제됨을 확인하였고, 구조 변화 분석을 통해 배터리가 과열되더라도 안정적임을 확인하였다. UNIST 이상영 교수는 “합성 소재에 기반한 기존 시도들과는 다른 개념인 생명체의 기본 물질인 DNA를 이용한 연구 결과로서, 고성능 전지 소재 개발의 새로운 방향을 소개하였다.”라고 그 개발 의미를 밝혔다. KIST 정경윤 단장은 “통합 고도분석법을 통하여 고에너지·안전성 양극 소재의 설계 인자를 제시했다는 것에 큰 의미가 있다”라며 “본 연구 결과를 토대로 기존 상용화 양극 소재를 대체할 신규 소재 개발 연구에 더욱 박차를 가할 것”이라고 포부를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 기후변화대응기술개발사업, 기초연구사업 및 웨어러블플랫폼소자기술센터사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 에너지 분야의 세계적 권위지인 ‘Advanced Energy Materials’ (IF:24.884, JCR 분야 상위 1.69%) 최신 호에 표지 논문(Front cover)으로 출판 게재(3월 3일, Volume 10. Issue 9)되었다. * (논문명) Ecofriendly Chemical Activation of Overlithiated Layered Oxides by DNA-Wrapped Carbon Nanotubes - (제 1저자) UNIST 김주명 박사(現 Pacific Northwest National Laboratory 박사후연구원) - (제 1저자) KIST 박재호 석박사통합과정 - (제 1저자) KIST 조은미 박사과정 - (교신저자) UNIST 이상영 교수 - (교신저자) KIST 에너지저장연구단 정경윤 책임연구원 - (교신저자) KIST 에너지저장연구단 장원영 책임연구원 <그림설명> [그림 1] 표지 논문 선정 이미지(Front cover) [그림 2] 단계별 화학적 활성화 절차의 모식도 리튬이온과 친화력이 우수한 연어의 DNA를 탄소나노튜브와 합성하여, OLO 표면에 부착하여 표면 구조를 제어한 양극 소재를 합성하는 절차의 모식도

- DNA와 탄소나노튜브를 활용한 ‘리튬 과잉 양극소재’ 표면 안정화 - 통합고도분석법을 통한 성능 및 수명 향상 인자 규명 최근 국내 연구진이 차세대 고용량 양극 소재를 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진)은 에너지저장연구단 정경윤 단장, 장원영 박사 연구팀이 울산과학기술원(UNIST, 총장 이용훈) 이상영 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해, 연어의 DNA를 활용, 리튬 과잉 양극 소재(Over-Lithiated Oxide, OLO) : 리튬이온전지에 적용된 양극 소재가 지닌 층상 구조에서 전이금속 층의 전이금속을 리튬으로 대체함으로써, 다량의 리튬을 함유한 소재 리튬 과잉 양극 소재(Over-Lithiated Oxide, OLO)의 표면을 안정화시켜 고성능 양극 소재를 개발했다고 밝혔다. 리튬이온전지는 이차전지의 일종으로서, 충전 과정에서 리튬 이온이 음극에서 양극으로 이동하여 저장된다. 이 양극에 저장할 수 있는 리튬이온이 많을수록 전지의 용량은 향상된다. 즉, 고용량의 양극 소재 개발은 리튬이온전지 용량증대의 핵심이다. 리튬 과잉 양극 소재(OLO)는 이론용량이 250mAh/g(기존 상용화 소재 160mAh/g)으로 에너지 저장용량을 50% 이상 상승시킬 수 있는 차세대 양극 소재로서 오랫동안 주목받아왔다. 하지만 충·방전 과정에서 리튬이 위치한 금속층이 붕괴되고 부풀어 올라 더 이상 사용할 수 없게 되는 문제가 있었다. KIST 연구진은 투과전자현미경을 이용하여 기존 OLO 소재의 표면과 내부의 결정구조 변화를 각각 위치별로 분석하였다. 그 결과 전지 구동 후 전극의 표면에서부터 금속층 붕괴가 진행된다는 사실을 확인했다. 이에 공동 연구진은 리튬이온과 친화력이 우수한 연어의 DNA를 활용하여 소재 붕괴의 원인인 표면 구조를 제어하였다. 하지만 DNA는 수용액 내에서 거대하게 뭉쳐지는 문제가 있는데 탄소나노튜브(CNT)와 합성하여 이를 극복하고 균일하게 배열, OLO 표면에 부착하여 새로운 양극 소재를 개발했다. KIST 연구진은 통합 고도분석법(개별 입자에서부터 전극 범위까지 분석)으로 분석하여 OLO 소재의 전기화학적 특성 및 구조 안정성 향상의 메커니즘을 규명했다. 실시간 X-선 분석기법으로 충·방전이 진행되는 과정에서 전극 소재의 구조 붕괴가 억제됨을 확인하였고, 구조 변화 분석을 통해 배터리가 과열되더라도 안정적임을 확인하였다. UNIST 이상영 교수는 “합성 소재에 기반한 기존 시도들과는 다른 개념인 생명체의 기본 물질인 DNA를 이용한 연구 결과로서, 고성능 전지 소재 개발의 새로운 방향을 소개하였다.”라고 그 개발 의미를 밝혔다. KIST 정경윤 단장은 “통합 고도분석법을 통하여 고에너지·안전성 양극 소재의 설계 인자를 제시했다는 것에 큰 의미가 있다”라며 “본 연구 결과를 토대로 기존 상용화 양극 소재를 대체할 신규 소재 개발 연구에 더욱 박차를 가할 것”이라고 포부를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 기후변화대응기술개발사업, 기초연구사업 및 웨어러블플랫폼소자기술센터사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 에너지 분야의 세계적 권위지인 ‘Advanced Energy Materials’ (IF:24.884, JCR 분야 상위 1.69%) 최신 호에 표지 논문(Front cover)으로 출판 게재(3월 3일, Volume 10. Issue 9)되었다. * (논문명) Ecofriendly Chemical Activation of Overlithiated Layered Oxides by DNA-Wrapped Carbon Nanotubes - (제 1저자) UNIST 김주명 박사(現 Pacific Northwest National Laboratory 박사후연구원) - (제 1저자) KIST 박재호 석박사통합과정 - (제 1저자) KIST 조은미 박사과정 - (교신저자) UNIST 이상영 교수 - (교신저자) KIST 에너지저장연구단 정경윤 책임연구원 - (교신저자) KIST 에너지저장연구단 장원영 책임연구원 <그림설명> [그림 1] 표지 논문 선정 이미지(Front cover) [그림 2] 단계별 화학적 활성화 절차의 모식도 리튬이온과 친화력이 우수한 연어의 DNA를 탄소나노튜브와 합성하여, OLO 표면에 부착하여 표면 구조를 제어한 양극 소재를 합성하는 절차의 모식도

- 자가조립을 통한 나노미터 두께의 균일한 맥신 필름 제조 - 유연 전자소자 및 5G 통신 기기에 적용 가능 국내 연구진이 전자파 차단 신소재의 실질적 적용 기술을 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진) 물질구조제어연구센터 구종민 센터장 연구팀이 한국과학기술원(KAIST, 총장 신성철) 신소재공학과 김상욱 교수, 미국 Drexel 대학교 Yury Gogotsi 교수팀과의 공동연구를 통해 전자파 차단 신소재 ‘맥신(MXene)’을 나노미터 두께의 초박막 필름으로 제작하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 구종민 센터장이 2016년 개발한 맥신(MXene) : KIST 구종민 센터장 연구팀이 개발한 금속과 같은 수준의 높은 전기전도도(106 S/m)를 가지며, 기존 금속 전자파 차폐 소재보다 가벼우면서도 가공이 쉬운 2차원 나노 재료. 전자파 차폐 효율은 전기전도성이 높을수록 좋아진다. (※Science 353, Issue 6304, pp. 1137-1140) ‘맥신(MXene)‘은 전자파 차폐 소재로 사용될 수 있는 전기전도성이 우수한 2차원 나노 신물질이다. 그동안 맥신 소재 자체의 우수한 전자파 차단 성능은 보고되었지만, 고집적 5G 통신 및 모바일 전자기기에 직접 응용 가능한 기술은 개발되지 않은 상태였다. KIST-KAIST-Drexel 대학교 공동연구진은 유연 전자소자 및 5G 통신 모바일 기기에 적용할 수 있는 전자파 차폐 소재 기술로써 자가조립(Self-assembly)기술을 활용하여 원자 수준의 두께 균일도를 가지는 초박막 맥신 필름을 제작했다. 맥신 수분산액 표면에 휘발성이 있는 용액을 공급하여 맥신을 표면에 표류시키고, 표면장력 차이에 의한 대류 현상에 의해 맥신 나노입자들이 스스로 배열하여 원자수준의 두께 균일도를 가지는 초박막 맥신 필름을 형성한다. 공동연구진이 개발한 자가조립 기술은 기존 용액공정으로 구현할 수 없는, 원자단위의 두께 균일도를 가지는 대면적 필름을 제조할 수 있는 기술이다. 이를 통해 제작한 초박막 맥신 필름은 원하는 기판에 쉽게 전사(tranfer)할 수 있으며 여러 번 적층하여 두께 및 투과도, 표면저항을 자유롭게 제어할 수 있다. 이 필름을 55nm 두께로 적층하면 99% 이상 전자파 차단이 가능했다. 이는 현재까지 보고된 어떤 전자파 차단 소재보다 우수한 성능(두께 대비 차단 효과)이다. KIST 구종민 센터장은 “자가조립 기술을 이용하여 원자 수준의 두께 균일도를 갖는 맥신(Ti3C2Tx) 박막 필름 제조 기술을 개발하였고, 이를 통해, 나노미터 두께에서의 2D 나노 재료의 전자파 차폐 메커니즘을 규명하여 유연 전자소자용 초박막 전자파 차폐 응용 기술을 개발하였다.”라며 “향후 개발된 맥신 박막 코팅 기술이 다양한 전자기기에 적용되고 양산화 공정을 구현할 수 있을 것으로 기대되며, 장기적으로는 차세대 전자파 차폐 및 유연인쇄 전자소자 응용 연구를 촉진하는 계기를 마련하게 될 것으로 기대된다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 KIST Research Laboratory사업, 리더연구자지원사업(다차원 나노조립제어 창의연구단), NNFC-Drexel-SMU 국제 공동연구사업으로 수행되었다. 본 연구 결과는 과학전문지인 ‘Advanced Materials’ (IF:25.809, JCR 분야 상위 1.042%) 최신 호에 표지 논문(Inside cover)으로 게재되었다. * (논문명) Electromagnetic Shielding of Monolayer MXene Assemblies - (제 1저자) 한국과학기술원 신소재공학과 윤태영 박사후연구원 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 물질구조제어연구센터 김혜림 박사과정 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 물질구조제어연구센터 Aamir Iqbal 박사과정 - (교신저자) 한국과학기술원 신소재공학과 김상욱 교수 - (교신저자) Drexel 대학교 Yury Gogotsi 교수 - (교신저자) 한국과학기술연구원 물질구조제어연구센터 구종민 책임연구원(센터장) <그림설명> [그림 1] 표지논문 이미지(Inside cover) [그림 2] 자가조립 방법에 의한 단일 층 맥신 필름 제조 모식도 맥신 나노입자 수분용액에 에틸아세테이트(ethyl acetate)를 첨가하면 증발속도 차이에 의하여 레일리-베나르 대류가 발생하게 되고 대류에 의해 떠오른 맥신 시트들은 동시에 발생하는 마란고니효과에 의해서 모여 자발적으로 단일 층 맥신 필름을 형성하게 된다. 이렇게 형성된 단일 층 맥신 필름을 원하는 기판에 전사 후 건조한다. [그림 3] 자가조립 필름의 적층 수에 따른 맥신 필름 이미지(위) 및 흡광도 측정 그래프(아래) 자가조립에 의해 제조된 단일 층 맥신 자기조립 필름을 여러 층 적층하여 원하는 두께의 필름을 제조할 수 있다. 적층 수가 증가함에 따라 흡광도가 균일하게 증가하는 것으로 보아 필름의 두께가 균일하게 증가하는 것을 알 수 있다. [그림 4] 맥신 필름의 전자파 차폐성능 및 비교 필름 두께가 증가함에 따라 전자파 차폐성능이 향상하는 것을 보여주며 (A), 맥신 필름의 두께에 따른 전자파 차폐 성능 실험 결과는 반사, 흡수, 다중반사를 고려한 이론적 계산과학 결과와 매우 일치한다 (B). 맥신 필름은 55nm 두께에서 99% 이상의 차폐 효율을 가지며 (C), 현재까지 보고된 어떤한 재료보다 우수한 절대 차폐 효과 (absolute shielding effectiveness)를 보이며, 이는 맥신 박막 필름이 단위 두께 및 중량에서 현재까지 보고된 어떠한 전자파 소재 보다 우수한 전자파 차폐 성능을 보여준다 (D).

- 자가조립을 통한 나노미터 두께의 균일한 맥신 필름 제조 - 유연 전자소자 및 5G 통신 기기에 적용 가능 국내 연구진이 전자파 차단 신소재의 실질적 적용 기술을 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진) 물질구조제어연구센터 구종민 센터장 연구팀이 한국과학기술원(KAIST, 총장 신성철) 신소재공학과 김상욱 교수, 미국 Drexel 대학교 Yury Gogotsi 교수팀과의 공동연구를 통해 전자파 차단 신소재 ‘맥신(MXene)’을 나노미터 두께의 초박막 필름으로 제작하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 구종민 센터장이 2016년 개발한 맥신(MXene) : KIST 구종민 센터장 연구팀이 개발한 금속과 같은 수준의 높은 전기전도도(106 S/m)를 가지며, 기존 금속 전자파 차폐 소재보다 가벼우면서도 가공이 쉬운 2차원 나노 재료. 전자파 차폐 효율은 전기전도성이 높을수록 좋아진다. (※Science 353, Issue 6304, pp. 1137-1140) ‘맥신(MXene)‘은 전자파 차폐 소재로 사용될 수 있는 전기전도성이 우수한 2차원 나노 신물질이다. 그동안 맥신 소재 자체의 우수한 전자파 차단 성능은 보고되었지만, 고집적 5G 통신 및 모바일 전자기기에 직접 응용 가능한 기술은 개발되지 않은 상태였다. KIST-KAIST-Drexel 대학교 공동연구진은 유연 전자소자 및 5G 통신 모바일 기기에 적용할 수 있는 전자파 차폐 소재 기술로써 자가조립(Self-assembly)기술을 활용하여 원자 수준의 두께 균일도를 가지는 초박막 맥신 필름을 제작했다. 맥신 수분산액 표면에 휘발성이 있는 용액을 공급하여 맥신을 표면에 표류시키고, 표면장력 차이에 의한 대류 현상에 의해 맥신 나노입자들이 스스로 배열하여 원자수준의 두께 균일도를 가지는 초박막 맥신 필름을 형성한다. 공동연구진이 개발한 자가조립 기술은 기존 용액공정으로 구현할 수 없는, 원자단위의 두께 균일도를 가지는 대면적 필름을 제조할 수 있는 기술이다. 이를 통해 제작한 초박막 맥신 필름은 원하는 기판에 쉽게 전사(tranfer)할 수 있으며 여러 번 적층하여 두께 및 투과도, 표면저항을 자유롭게 제어할 수 있다. 이 필름을 55nm 두께로 적층하면 99% 이상 전자파 차단이 가능했다. 이는 현재까지 보고된 어떤 전자파 차단 소재보다 우수한 성능(두께 대비 차단 효과)이다. KIST 구종민 센터장은 “자가조립 기술을 이용하여 원자 수준의 두께 균일도를 갖는 맥신(Ti3C2Tx) 박막 필름 제조 기술을 개발하였고, 이를 통해, 나노미터 두께에서의 2D 나노 재료의 전자파 차폐 메커니즘을 규명하여 유연 전자소자용 초박막 전자파 차폐 응용 기술을 개발하였다.”라며 “향후 개발된 맥신 박막 코팅 기술이 다양한 전자기기에 적용되고 양산화 공정을 구현할 수 있을 것으로 기대되며, 장기적으로는 차세대 전자파 차폐 및 유연인쇄 전자소자 응용 연구를 촉진하는 계기를 마련하게 될 것으로 기대된다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 KIST Research Laboratory사업, 리더연구자지원사업(다차원 나노조립제어 창의연구단), NNFC-Drexel-SMU 국제 공동연구사업으로 수행되었다. 본 연구 결과는 과학전문지인 ‘Advanced Materials’ (IF:25.809, JCR 분야 상위 1.042%) 최신 호에 표지 논문(Inside cover)으로 게재되었다. * (논문명) Electromagnetic Shielding of Monolayer MXene Assemblies - (제 1저자) 한국과학기술원 신소재공학과 윤태영 박사후연구원 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 물질구조제어연구센터 김혜림 박사과정 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 물질구조제어연구센터 Aamir Iqbal 박사과정 - (교신저자) 한국과학기술원 신소재공학과 김상욱 교수 - (교신저자) Drexel 대학교 Yury Gogotsi 교수 - (교신저자) 한국과학기술연구원 물질구조제어연구센터 구종민 책임연구원(센터장) <그림설명> [그림 1] 표지논문 이미지(Inside cover) [그림 2] 자가조립 방법에 의한 단일 층 맥신 필름 제조 모식도 맥신 나노입자 수분용액에 에틸아세테이트(ethyl acetate)를 첨가하면 증발속도 차이에 의하여 레일리-베나르 대류가 발생하게 되고 대류에 의해 떠오른 맥신 시트들은 동시에 발생하는 마란고니효과에 의해서 모여 자발적으로 단일 층 맥신 필름을 형성하게 된다. 이렇게 형성된 단일 층 맥신 필름을 원하는 기판에 전사 후 건조한다. [그림 3] 자가조립 필름의 적층 수에 따른 맥신 필름 이미지(위) 및 흡광도 측정 그래프(아래) 자가조립에 의해 제조된 단일 층 맥신 자기조립 필름을 여러 층 적층하여 원하는 두께의 필름을 제조할 수 있다. 적층 수가 증가함에 따라 흡광도가 균일하게 증가하는 것으로 보아 필름의 두께가 균일하게 증가하는 것을 알 수 있다. [그림 4] 맥신 필름의 전자파 차폐성능 및 비교 필름 두께가 증가함에 따라 전자파 차폐성능이 향상하는 것을 보여주며 (A), 맥신 필름의 두께에 따른 전자파 차폐 성능 실험 결과는 반사, 흡수, 다중반사를 고려한 이론적 계산과학 결과와 매우 일치한다 (B). 맥신 필름은 55nm 두께에서 99% 이상의 차폐 효율을 가지며 (C), 현재까지 보고된 어떤한 재료보다 우수한 절대 차폐 효과 (absolute shielding effectiveness)를 보이며, 이는 맥신 박막 필름이 단위 두께 및 중량에서 현재까지 보고된 어떠한 전자파 소재 보다 우수한 전자파 차폐 성능을 보여준다 (D).

- 자가조립을 통한 나노미터 두께의 균일한 맥신 필름 제조 - 유연 전자소자 및 5G 통신 기기에 적용 가능 국내 연구진이 전자파 차단 신소재의 실질적 적용 기술을 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진) 물질구조제어연구센터 구종민 센터장 연구팀이 한국과학기술원(KAIST, 총장 신성철) 신소재공학과 김상욱 교수, 미국 Drexel 대학교 Yury Gogotsi 교수팀과의 공동연구를 통해 전자파 차단 신소재 ‘맥신(MXene)’을 나노미터 두께의 초박막 필름으로 제작하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 구종민 센터장이 2016년 개발한 맥신(MXene) : KIST 구종민 센터장 연구팀이 개발한 금속과 같은 수준의 높은 전기전도도(106 S/m)를 가지며, 기존 금속 전자파 차폐 소재보다 가벼우면서도 가공이 쉬운 2차원 나노 재료. 전자파 차폐 효율은 전기전도성이 높을수록 좋아진다. (※Science 353, Issue 6304, pp. 1137-1140) ‘맥신(MXene)‘은 전자파 차폐 소재로 사용될 수 있는 전기전도성이 우수한 2차원 나노 신물질이다. 그동안 맥신 소재 자체의 우수한 전자파 차단 성능은 보고되었지만, 고집적 5G 통신 및 모바일 전자기기에 직접 응용 가능한 기술은 개발되지 않은 상태였다. KIST-KAIST-Drexel 대학교 공동연구진은 유연 전자소자 및 5G 통신 모바일 기기에 적용할 수 있는 전자파 차폐 소재 기술로써 자가조립(Self-assembly)기술을 활용하여 원자 수준의 두께 균일도를 가지는 초박막 맥신 필름을 제작했다. 맥신 수분산액 표면에 휘발성이 있는 용액을 공급하여 맥신을 표면에 표류시키고, 표면장력 차이에 의한 대류 현상에 의해 맥신 나노입자들이 스스로 배열하여 원자수준의 두께 균일도를 가지는 초박막 맥신 필름을 형성한다. 공동연구진이 개발한 자가조립 기술은 기존 용액공정으로 구현할 수 없는, 원자단위의 두께 균일도를 가지는 대면적 필름을 제조할 수 있는 기술이다. 이를 통해 제작한 초박막 맥신 필름은 원하는 기판에 쉽게 전사(tranfer)할 수 있으며 여러 번 적층하여 두께 및 투과도, 표면저항을 자유롭게 제어할 수 있다. 이 필름을 55nm 두께로 적층하면 99% 이상 전자파 차단이 가능했다. 이는 현재까지 보고된 어떤 전자파 차단 소재보다 우수한 성능(두께 대비 차단 효과)이다. KIST 구종민 센터장은 “자가조립 기술을 이용하여 원자 수준의 두께 균일도를 갖는 맥신(Ti3C2Tx) 박막 필름 제조 기술을 개발하였고, 이를 통해, 나노미터 두께에서의 2D 나노 재료의 전자파 차폐 메커니즘을 규명하여 유연 전자소자용 초박막 전자파 차폐 응용 기술을 개발하였다.”라며 “향후 개발된 맥신 박막 코팅 기술이 다양한 전자기기에 적용되고 양산화 공정을 구현할 수 있을 것으로 기대되며, 장기적으로는 차세대 전자파 차폐 및 유연인쇄 전자소자 응용 연구를 촉진하는 계기를 마련하게 될 것으로 기대된다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 KIST Research Laboratory사업, 리더연구자지원사업(다차원 나노조립제어 창의연구단), NNFC-Drexel-SMU 국제 공동연구사업으로 수행되었다. 본 연구 결과는 과학전문지인 ‘Advanced Materials’ (IF:25.809, JCR 분야 상위 1.042%) 최신 호에 표지 논문(Inside cover)으로 게재되었다. * (논문명) Electromagnetic Shielding of Monolayer MXene Assemblies - (제 1저자) 한국과학기술원 신소재공학과 윤태영 박사후연구원 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 물질구조제어연구센터 김혜림 박사과정 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 물질구조제어연구센터 Aamir Iqbal 박사과정 - (교신저자) 한국과학기술원 신소재공학과 김상욱 교수 - (교신저자) Drexel 대학교 Yury Gogotsi 교수 - (교신저자) 한국과학기술연구원 물질구조제어연구센터 구종민 책임연구원(센터장) <그림설명> [그림 1] 표지논문 이미지(Inside cover) [그림 2] 자가조립 방법에 의한 단일 층 맥신 필름 제조 모식도 맥신 나노입자 수분용액에 에틸아세테이트(ethyl acetate)를 첨가하면 증발속도 차이에 의하여 레일리-베나르 대류가 발생하게 되고 대류에 의해 떠오른 맥신 시트들은 동시에 발생하는 마란고니효과에 의해서 모여 자발적으로 단일 층 맥신 필름을 형성하게 된다. 이렇게 형성된 단일 층 맥신 필름을 원하는 기판에 전사 후 건조한다. [그림 3] 자가조립 필름의 적층 수에 따른 맥신 필름 이미지(위) 및 흡광도 측정 그래프(아래) 자가조립에 의해 제조된 단일 층 맥신 자기조립 필름을 여러 층 적층하여 원하는 두께의 필름을 제조할 수 있다. 적층 수가 증가함에 따라 흡광도가 균일하게 증가하는 것으로 보아 필름의 두께가 균일하게 증가하는 것을 알 수 있다. [그림 4] 맥신 필름의 전자파 차폐성능 및 비교 필름 두께가 증가함에 따라 전자파 차폐성능이 향상하는 것을 보여주며 (A), 맥신 필름의 두께에 따른 전자파 차폐 성능 실험 결과는 반사, 흡수, 다중반사를 고려한 이론적 계산과학 결과와 매우 일치한다 (B). 맥신 필름은 55nm 두께에서 99% 이상의 차폐 효율을 가지며 (C), 현재까지 보고된 어떤한 재료보다 우수한 절대 차폐 효과 (absolute shielding effectiveness)를 보이며, 이는 맥신 박막 필름이 단위 두께 및 중량에서 현재까지 보고된 어떠한 전자파 소재 보다 우수한 전자파 차폐 성능을 보여준다 (D).

- 자가조립을 통한 나노미터 두께의 균일한 맥신 필름 제조 - 유연 전자소자 및 5G 통신 기기에 적용 가능 국내 연구진이 전자파 차단 신소재의 실질적 적용 기술을 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진) 물질구조제어연구센터 구종민 센터장 연구팀이 한국과학기술원(KAIST, 총장 신성철) 신소재공학과 김상욱 교수, 미국 Drexel 대학교 Yury Gogotsi 교수팀과의 공동연구를 통해 전자파 차단 신소재 ‘맥신(MXene)’을 나노미터 두께의 초박막 필름으로 제작하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 구종민 센터장이 2016년 개발한 맥신(MXene) : KIST 구종민 센터장 연구팀이 개발한 금속과 같은 수준의 높은 전기전도도(106 S/m)를 가지며, 기존 금속 전자파 차폐 소재보다 가벼우면서도 가공이 쉬운 2차원 나노 재료. 전자파 차폐 효율은 전기전도성이 높을수록 좋아진다. (※Science 353, Issue 6304, pp. 1137-1140) ‘맥신(MXene)‘은 전자파 차폐 소재로 사용될 수 있는 전기전도성이 우수한 2차원 나노 신물질이다. 그동안 맥신 소재 자체의 우수한 전자파 차단 성능은 보고되었지만, 고집적 5G 통신 및 모바일 전자기기에 직접 응용 가능한 기술은 개발되지 않은 상태였다. KIST-KAIST-Drexel 대학교 공동연구진은 유연 전자소자 및 5G 통신 모바일 기기에 적용할 수 있는 전자파 차폐 소재 기술로써 자가조립(Self-assembly)기술을 활용하여 원자 수준의 두께 균일도를 가지는 초박막 맥신 필름을 제작했다. 맥신 수분산액 표면에 휘발성이 있는 용액을 공급하여 맥신을 표면에 표류시키고, 표면장력 차이에 의한 대류 현상에 의해 맥신 나노입자들이 스스로 배열하여 원자수준의 두께 균일도를 가지는 초박막 맥신 필름을 형성한다. 공동연구진이 개발한 자가조립 기술은 기존 용액공정으로 구현할 수 없는, 원자단위의 두께 균일도를 가지는 대면적 필름을 제조할 수 있는 기술이다. 이를 통해 제작한 초박막 맥신 필름은 원하는 기판에 쉽게 전사(tranfer)할 수 있으며 여러 번 적층하여 두께 및 투과도, 표면저항을 자유롭게 제어할 수 있다. 이 필름을 55nm 두께로 적층하면 99% 이상 전자파 차단이 가능했다. 이는 현재까지 보고된 어떤 전자파 차단 소재보다 우수한 성능(두께 대비 차단 효과)이다. KIST 구종민 센터장은 “자가조립 기술을 이용하여 원자 수준의 두께 균일도를 갖는 맥신(Ti3C2Tx) 박막 필름 제조 기술을 개발하였고, 이를 통해, 나노미터 두께에서의 2D 나노 재료의 전자파 차폐 메커니즘을 규명하여 유연 전자소자용 초박막 전자파 차폐 응용 기술을 개발하였다.”라며 “향후 개발된 맥신 박막 코팅 기술이 다양한 전자기기에 적용되고 양산화 공정을 구현할 수 있을 것으로 기대되며, 장기적으로는 차세대 전자파 차폐 및 유연인쇄 전자소자 응용 연구를 촉진하는 계기를 마련하게 될 것으로 기대된다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 KIST Research Laboratory사업, 리더연구자지원사업(다차원 나노조립제어 창의연구단), NNFC-Drexel-SMU 국제 공동연구사업으로 수행되었다. 본 연구 결과는 과학전문지인 ‘Advanced Materials’ (IF:25.809, JCR 분야 상위 1.042%) 최신 호에 표지 논문(Inside cover)으로 게재되었다. * (논문명) Electromagnetic Shielding of Monolayer MXene Assemblies - (제 1저자) 한국과학기술원 신소재공학과 윤태영 박사후연구원 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 물질구조제어연구센터 김혜림 박사과정 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 물질구조제어연구센터 Aamir Iqbal 박사과정 - (교신저자) 한국과학기술원 신소재공학과 김상욱 교수 - (교신저자) Drexel 대학교 Yury Gogotsi 교수 - (교신저자) 한국과학기술연구원 물질구조제어연구센터 구종민 책임연구원(센터장) <그림설명> [그림 1] 표지논문 이미지(Inside cover) [그림 2] 자가조립 방법에 의한 단일 층 맥신 필름 제조 모식도 맥신 나노입자 수분용액에 에틸아세테이트(ethyl acetate)를 첨가하면 증발속도 차이에 의하여 레일리-베나르 대류가 발생하게 되고 대류에 의해 떠오른 맥신 시트들은 동시에 발생하는 마란고니효과에 의해서 모여 자발적으로 단일 층 맥신 필름을 형성하게 된다. 이렇게 형성된 단일 층 맥신 필름을 원하는 기판에 전사 후 건조한다. [그림 3] 자가조립 필름의 적층 수에 따른 맥신 필름 이미지(위) 및 흡광도 측정 그래프(아래) 자가조립에 의해 제조된 단일 층 맥신 자기조립 필름을 여러 층 적층하여 원하는 두께의 필름을 제조할 수 있다. 적층 수가 증가함에 따라 흡광도가 균일하게 증가하는 것으로 보아 필름의 두께가 균일하게 증가하는 것을 알 수 있다. [그림 4] 맥신 필름의 전자파 차폐성능 및 비교 필름 두께가 증가함에 따라 전자파 차폐성능이 향상하는 것을 보여주며 (A), 맥신 필름의 두께에 따른 전자파 차폐 성능 실험 결과는 반사, 흡수, 다중반사를 고려한 이론적 계산과학 결과와 매우 일치한다 (B). 맥신 필름은 55nm 두께에서 99% 이상의 차폐 효율을 가지며 (C), 현재까지 보고된 어떤한 재료보다 우수한 절대 차폐 효과 (absolute shielding effectiveness)를 보이며, 이는 맥신 박막 필름이 단위 두께 및 중량에서 현재까지 보고된 어떠한 전자파 소재 보다 우수한 전자파 차폐 성능을 보여준다 (D).