[월간수소경제 편집부] 수소저장소재 공학기술에 적용할 수 있는 1나노미터 두께의 이차원 소재가 개발됐다. 이 소재는 종이 한 장 두께보다 10만배 더 얇다. 세계에서 가장 얇은 소재인 셈이다.

지난 5일 BusinessLine에 따르면 인도 간디나가르(Gandhinagar)에 있는 인도기술협회(Indian Institute of Technology: IIT) 연구진은 이붕소화마그네슘(Magnesium diboride)을 이용해 이차원 소재인 나노시트를 개발했다. 이 소재는 차세대 배터리부터 자외선 흡수 필름에 이르기까지 다양하게 응용될 수 있다.

사람의 머리카락의 두께는 약 8만 나노미터이다. 사람의 DNA는 지름이 약 2.5나노미터이다. 연구진이 개발한 2D 평면형 소재는 길이와 너비가 수 미크론(100만분의 1미터)에 불과하고 두께는 1나노미터이다.

이 소재는 흑연에서 분리한 벌집구조로 이뤄진 단층의 탄소인 그래핀 발견 이래 주목 받는 연구주제이다. 그래핀의 발견은 2010년에 노벨 물리학상을 수상했다.

과학자들은 이러한 독특한 성질을 지니는 나노소재를 개발하기 위해 노력하고 있다. 예를 들어 그래핀은 원자 하나의 두께지만 강철보다 100배 더 강하다. 연구목표는 그래핀과 유사하지만 다른 성분으로 이뤄진 새로운 2D 소재를 합성하는 것이다.

인도 연구진에 의해 합성된 나노시트는 간단한 방법을 사용해 벌집구조 형상으로 배열된 붕소원자로 이뤄져 있다.

인도기술협회 화학공학부서의 카비어 자수자 박사(Dr. Kabeer Jasuja)는 “우리는 그저 물에 붕소화 화합물을 용해해 적절한 시간 동안 재결정화 과정이 일어나도록 하는 굉장히 간단한 방식으로 붕소가 풍부한 나노시트를 만들었다”라며 “비슷한 나노소재를 만들기 위한 다른 방식들은 매우 비싸고 적용에 한계가 있는 표면 기상 증착이 필요하다”고 밝혔다.
연구진은 많은 부분의 이붕소화마그네슘 결정이 광범위한 조건에서 물에 용해돼 시간이 지난 후 2D 형상으로 재결정화하는 나노결정 전구체가 된다는 것을 보여줬다. 이러한 전형적이지 않은 재결정화는 나노점(nanodots), 나노알갱이(nanogains), 나노조각(nanoflakes)과 같은 붕소-기반 나노구조의 높은 산출량을 얻기 위해 이용할 수 있다.

연구진에 따르면 이러한 발견은 초전도 특성으로 가장 잘 알려진 소재인 이붕소화마그네슘의 기초적인 과학적 연구결과들의 산물이다.

자수자 박사는 “이 방식은 나노시트의 수성 콜로이드를 만들어 내는데 이는 콜로이드 한 방울이 마이크로-카펫과 같은 수천의 초박형 나노시트를 담아낸다는 것을 의미한다”고 말했다.

붕소는 낮은 밀도, 높은 기계적 강도, 가벼운 무게, 높은 내열성, 상온에서의 높은 저항력, 높은 용융점, 중성자 흡수능력, 화학적 공격에 대한 높은 저항력 등의 다양한 특성이 있다.

붕소-기반 나노구조의 자외선 복사를 선택적으로 흡수하는 능력은 투명한 자외선 흡수필름 개발을 위한 소재가 될 가능성이 높다. 수산화물, 산화물, 수산화나트륨 작용기를 포함하는 이러한 기능성 붕소화마그네슘 나노구조는 수소저장소재 공학기술에도 적용할 수 있다.

자수자 박사는 “붕소의 풍부함은 나노시트를 에너지 저장뿐만 아니라 청정한 방식으로 에너지를 생산하는데 유용하도록 만들어 줄 것으로 기대한다”며 “우리는 현재 이러한 나노시트를 차세대 배터리 및 나노촉매로 개발하기 위해 연구하고 있다”고 덧붙였다.