김도균 교수 참여 한미 공동연구팀, 기능성 소재 성능 향상 기술 확보

한양대 김도균 생명나노공학과 교수가 참여한 공동연구팀이 결정이 규칙적으로 배열하여 성능이 대폭 향상된 나노 다결정 소재 합성에 성공했다.

공동연구팀은 다결정 소재의 결정 알갱이를 규칙적으로 배열해 균일한 패턴의 경계결함을 갖는 나노입자를 합성했다. 이 합성법으로 결정 알갱이의 개수를 조절하면 원하는 대로 경계결함의 밀도와 구조를 제어해할 수 있어 소재의 성능을 조절할 수 있다. 제작한 나노 다결정을 수소연료전지의 촉매로 사용해본 결과, 촉매활성이 증가하며 전지의 성능이 향상됐다. 또한 이 합성법을 금속과 세라믹을 포함한 다양한 결정재료에도 적용 가능함을 증명해, 반도체와 배터리 등 첨단 기능성 소재의 성능 향상에 폭넓게 활용될 것으로 기대된다. 

이번 성과는 오 연구원 부부가 UC버클리에서 합성법을 완성하고 현지의 최첨단 이미징 기법으로 합성된 소재를 정밀하게 분석하며 많이 기여했고, IBS 나노입자 연구단 (단장 현택환 서울대 석좌교수)과 폴 알리비사토스 UC버클리 부총장 연구팀이 합심해 결실을 맺었다.

연구진은 이번에 개발된 합성기술이 나노입자 디자인을 통해 소재의 성능을 개선할 수 있는 묘수로 사용될 것으로 기대하고 있다. 즉, 이번 기술을 활용한다면 특징적인 물성을 갖는 결정재료가 발견될 때마다 산업이 한 단계 도약해 온 것처럼 첨단 기능소재를 필요로 하는 여러 산업에 큰 파급력을 보일 것으로 예상된다.

학계와 산업계에 새로운 패러다임을 제시한 이번 연구는 지난 16일 네이처 표지논문 'Design and synthesis of multigrain nanocrystals via geometric misfit strain'으로 실렸다.

◇공동 연구진 : 오명환(공동 제1저자, IBS/서울대/UC Berkeley/LBNL/Kavli ENSI), 조민지(공동 제1저자, IBS/서울대/Kavli ENSI), 김도균(IBS/서울대/한양대), 정동영(IBS/서울대), 박인철(IBS/서울대), 권영욱(UC Berkeley), Colin Ophus(LBNL), 김민규(포항가속기연구소), 정범균(한국기초과학지원연구원), X. Wendy Gu(Stanford Univ.), 조진웅(IBS/서울대), 유지문(IBS/서울대), 홍재영(IBS/서울대), Sara McMains(UC Berkeley), 강기석(IBS/서울대), 성영은(IBS/서울대), A. Paul Alivisatos(공동교신저자, UC Berkeley/LBNL/Kavli ENSI), 현택환(공동교신저자, IBS/서울대)