일반 구리 나노입자의 산화(위)와 표면에 축적된 전자를 가진 구리 나노입자의 비산화(아래) 비교 모식도. (IBS 제공) ©뉴스1

기초과학연구원(IBS) 나노구조물리 연구단 김성웅 연구위원이 공기 중에서 산화되지 않는 구리 나노입자를 개발했다. 11일 IBS에 따르면 대부분의 금속은 공기 중에 노출되면 산화되면서 녹이 생긴다.

최근 소재, 촉매, 센싱 등 다양한 분야에서 금속 나노입자가 폭넓게 활용되고 있으나 산화 현상을 완벽하게 막는 기술은 아직까지 없었다.    

이에 연구진은 구리 나노입자를 어떠한 표면처리 없이 공기 중에서 전혀 산화되지 않는 상태로 합성하는 데 성공했다.

연구진은 수년간 연구해 온 신소재 전자화물에 주목했다.

고농도의 전자를 포함하고 있는 전자화물 위에 구리 나노입자를 형성시키면, 다량의 전자가 전자화물에서 구리 나노입자로 전달돼 구리 나노입자의 표면에 과잉의 전자가 축적된다. 나노입자의 표면에 축적된 과잉의 전자만 공기 중의 산소와 반응해 구리 나노입자는 산화가 일어나지 않는다는 것을 관찰했다.

또, 구리 나노입자를 수개월 이상 공기 중에 노출시켜도 전혀 산화되지 않고 구리의 금속성을 지속적으로 유지하는 것을 확인했다.

용액공정을 통해 합성한 구리 나노입자 사진(IBS 제공)© 뉴스1

연구팀은 이러한 현상을 응용해 산화되지 않는 은 나노입자 합성에 성공했다.

나아가 공기 중에서 산화되지 않는 구리 나노입자를 대량생산할 수 있는 용액공정도 개발했다.

구리 금속 이온이 녹아있는 액체에 전자화물을 넣고 반응시키면 공기 중에서 산화되지 않는 다량의 구리 나노입자를 손쉽게 생산할 수 있다.

이러한 전자화물을 활용한 용액공정은 다른 금속 나노입자 합성에도 적용 가능하다.

특히, 표면 개질이 필요 없는 금속 나노입자 생산과 기술 응용에 용이할 것으로 기대된다.

김성웅 연구위원은 “이번 연구 결과를 통해 구리 나노입자를 포함 금속 나노소재 합성 및 응용연구에 새로운 장이 열릴 것”이라며 “특히 항균필름, 마스크 등의 살균능력 유지 기간을 늘리는 데 중요한 역할을 할 것”이라고 설명했다.

한편, 이번 연구성과는 나노 분야 권위지인 ‘네이처 나노테크놀로지’에 이날 게재됐다.


km5030@news1.kr