가정용 전자레인지에 적용하는 마이크로파를 이용해 컵라면을 요리하듯 ‘3분’ 만에 나노입자를 벽돌처럼 차곡차곡 쌓는 ‘다공성 나노촉매(제올라이트) 조립 및 응용기술’이 국내 기술진에 의해 개발됐다.
이번 성과로 그동안 1일 이상 소요되던 제올라이트 제조공정을 3∼5분으로 줄일 수 있게 될 전망이다. 판매가 기준으로 톤당 5만달러(기존 공정)를 2만5000달러로 50% 가량 줄이고, 연간 100억원대의 제조공정상 에너지소비를 절감하는 효과로 연결될 것으로 분석된다.
한국화학연구원 장종산·황영규 박사팀은 지난 6년여간 국가 나노핵심기반기술사업의 일환으로 인하대 박상언 교수팀과 공동으로 ‘마이크로파에 의한 다공성 나노소재의 자기조립 및 응용’ 연구를 진행, 이같은 성과를 올렸다고 11일 밝혔다.
이번에 확립한 조립 및 응용기술로 생산한 제올라이트는 전극 활물질, 나노센서, 컴퓨터 중앙연산장치(CPU) 냉각제, 탈취 및 공기정화용 나노광촉매, 자동차 배기가스 정화용 흡착제, 석유화학제품, 태양전지용 지지체 등에 적용할 수 있다. 또 나노 결정모양 및 기능성 조절, 필름 코팅 및 표면처리 등 첨단소재영역에도 응용할 수 있을 것으로 기대된다.
연구팀은 1그램에 운동장만한 표면적(400∼800㎡)과 분자크기의 균일한 구멍을 가진 제올라이트 나노세공체 구조물에 마이크로파를 쪼이면 벽돌처럼 쌓이면서 나노촉매·나노섬유·나노멤브레인 등을 만든다는 것을 밝혀냈다. 구체적으로 마이크로파를 쪼이면 분자나 이온들이 회전운동을 하며 친화력을 갖는 물·금속이온·유기이온 등을 선택적으로 가열하는 현상을 이용했다.
장종산 박사는 “국제적으로 마이크로파를 이용한 나노소재 합성(제조)공정이 존재하지 않는 데다 기존 제조설비 가격을 10분의 1 수준으로 줄일 수 있는 등 시장가치가 높을 것으로 예상된다”고 말했다.
이번 성과는 독일의 유명 화학저널인 앙게반테 케미(Angewante Chemie) 1월호 국제판에 의해 VIP 논문으로 선정됐다.
이은용기자@전자신문, eylee@
◇용어=제올라이트(Zeolite)는 라틴어로 ‘끓는 돌’이다. 실리콘과 알루미늄이 산소원자와 3차원적으로 연결되어 있으며 1㎚(나노미터=10억분의 1m) 이하 크기의 구멍을 가졌는데, 이온반응시에 구멍으로부터 기포가 끓어오르는 것처럼 보인다고 해서 이름이 지어졌다. 가스 및 유기화합물 흡착제, 가솔린 정제, 광학용 디바이스, 담배필터, 친환경 세제 등에 응용된다.