포스텍, 수소 이동 ‘고속도로’ 기술 개발
포스텍, 수소 이동 ‘고속도로’ 기술 개발
  • 홍수인 기자
  • 승인 2020.03.09
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빠르게 전달하는 신소재 원천기술 개발 성공
손준우 포항공과대학교 신소재공학과 교수(좌)와 박재성 포항공과대학교 신소재공학과 박사.
손준우 포항공과대학교 신소재공학과 교수(좌)와 박재성 포항공과대학교 신소재공학과 박사.

[투데이에너지 홍수인 기자]수소의 이온 이동 속도를 빠르게 개선한 ‘고속도로’ 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

POSTECH(포항공과대학교)은 9일 신소재공학과의 손준우 교수, 박재성 박사는 최시영 교수와의 공동연구를 통해 고체기반 전기화학 스위칭 소자의 동작 속도를 조절하는 신소재 원천기술을 개발했다고 밝혔다.

전기화학 스위칭 소자는 전해질과 함께 도입된 이온의 산화환원 상태를 조절했을 때 전기, 광학, 기계적 특성의 변화를 일으키는 소자로 전압에 따라 투과도 및 변형률 조절이 가능해 다양한 응용이 가능하다. 하지만 문제는 ‘얼마나 빨리’ 이온이 이동하느냐인데 POSTECH 연구팀이 이온 ‘고속도로’를 발견해 수소를 빠르게 전달하는 방안을 제시했다.

연구팀은 기판과 스위칭 소재의 격자 대칭성을 조절해 수직으로 배열된 면결함(도메인 경계)을 인위적으로 형성했다. 면결함은 결정 구조 대칭성이 깨진 재료의 두 영역을 분리하는 경계면이다. 육각 대칭 산화알루미늄기판 위에 단사정계 스위칭소재 박막을 성장시키면 도메인 경계가 자발적으로 나노미터(nm)의 일정한 간격을 가지고 정렬하게 된다.

실험을 통해서 수소 이온이 격자를 통해서 확산·반응하는 것보다 매우 국소적인 도메인 경계를 통하면 더 효율적인 것으로 관찰됐다. 또한 도메인 경계를 통한 확산계수와 계면 교환 계수가 약 수십만배 증가하는 것을 분석해 면결함이 수소 이동을 위한 ‘고속도로’의 역할을 하는 것을 처음으로 입증했다.

이와 같은 기본 원리를 바탕으로 도메인 경계가 포함된 소자의 경우 전압에 의해서 스위칭 소재 기반 전기화학 트랜지스터가 빨리 동작함을 검증했으며 기존 이온 이동을 바탕으로 하는 전기화학 스위칭 소자의 동작 속도에 관한 단점을 획기적으로 개선할 수 있을 것으로 기대된다.

손준우 교수는 “이번 연구를 통해 얻어진 소재 원천기술을 이용할 경우 이온 이동을 바탕으로 하는 센서, 엑추에이터, 전기변색 스마트 윈도우, 뉴로모픽 소자와 같은 응용 기술의 동작 속도를 높일 수 있다”고 설명했다.

한편 이 연구는 삼성전자미래기술육성센터, 미래창조과학부 기초연구사업, 글로벌프론티어사업, 산업통상자원부 산업기술혁신사업의 지원으로 수행됐으며 연구성과는 재료과학분야의 저명 학술지 ACS Nano에 게재됐다.


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