전북대학교(총장 양오봉)와 성균관대학교 공동연구팀이 차세대 신소재인 맥신(MXene)의 성능을 세계 최고 수준으로 끌어올린 연구 성과를 발표했다.

전북대 신소재공학부 권한중 교수팀과 성균관대 신소재공학부 구종민 교수팀은 원자 배열 과정에서 발생하는 결함을 ‘전구체 제어’ 방식으로 극복해 전기적·열적 성능과 안정성을 동시에 향상시켰다고 20일 밝혔다.

맥신은 금속층과 탄소층이 교대로 쌓인 2차원 나노 물질로 전기 전도성이 뛰어나 ‘꿈의 신소재’로 불린다. 다만 기존에는 제조 과정에서 미세한 공공(구멍)이나 산소 결합 등 결함이 발생해 성능 저하와 낮은 안정성이 한계로 지적돼 왔다.

연구팀은 맥신 합성 전 단계인 전구체 물질을 정밀 제어하는 ‘전구체 기반 결함 공학’을 적용해 이러한 문제를 해결했다. 이를 통해 전자파 차폐, 줄열 발생, 적외선 감지 회피 성능을 동시에 구현했다.

개발된 맥신은 전기전도도 2만6000 S/cm, 열전도도 57 W/m·K 수준을 기록했다. 두께 10마이크로미터에서도 전자파 차폐 성능이 90.5dB에 달하는 것으로 나타났다. 또 1.5V의 낮은 전압에서도 263도까지 빠르게 발열하는 특성을 보였으며, 적외선 감지 회피 기능도 구현했다.

안정성도 개선됐다. 기존 맥신은 수용액에서 산화로 성능이 빠르게 저하됐지만, 이번 소재는 12개월 이후에도 95% 이상의 성능을 유지하는 것으로 확인됐다.

이번 연구는 성균관대 투파일 하산 박사와 전북대 이도연 연구원이 공동 제1저자로 참여했으며, 나노 분야 국제학술지 ‘나노-마이크로 레터스(Nano-Micro Letters)’에 게재됐다.

구종민 교수는 “원자 수준 결함 제어가 소재 성능과 수명을 좌우한다는 점을 확인했다”며 “전자기기와 에너지 소자, 국방 분야 등에서 활용 가능성이 크다”고 밝혔다.

한편 이번 연구는 한국연구재단 나노 및 소재사업, 기초연구실사업, 중견연구자지원사업의 지원을 받아 수행됐다.