유니스트 반도체 소재·부품대학원 및 신소재공학과 권순용(왼쪽부터) 교수, 제 1저자 한주형 연구원, 제 1저자 석시현 연구원.(유니스트 제공) |
방사선에 포함된 위험한 빛줄기인 중성자를 더 효율적으로 막을 수 있는 방법이 개발됐다. 다양한 물질의 표면에 저렴하게 적용할 수 있어 중성자 차폐 산업의 발전에 기여할 것으로 기대된다.
유니스트(UNIST)는 반도체 소재·부품대학원 및 신소재공학과 권순용 교수팀이 방사선에 포함된 중성자를 막을 수 있는 차폐막을 개발했다고 9일 밝혔다. 개발된 차폐막은 큰 면적에 사용할 수 있으며 가볍고 유연하다.
방사선에 포함된 중성자는 원자력 발전, 의료기기, 항공·우주산업 등 필수적으로 사용된다. 하지만 유출되면 다른 원자들과의 상호 작용으로 전자기기 혹은 생명체에 예측하지 못한 현상을 유발하는 매우 위험한 입자다.연구팀은 2차원 나노물질인 맥신(MXene)의 모체인 맥스(MAX phase)와 맥신을 직접 합성했다. 여기에 중성자를 흡수할 수 있는 탄화 붕소를 잘게 쪼개 맥신층 사이에 삽입하는 기술을 고안했다. 이를 바탕으로 큰 면적의 유연하고 가벼운 필름을 개발했다. 개발된 혼합물을 마치 페인트를 칠하듯 다양한 표면에 적용할 수 있는 기술 또한 개발했다.
공동 제 1저자인 한주형 신소재공학과 연구원은 “맥신과 탄화 붕소의 특성을 조절해 두 물질의 혼합용액 안정성을 높였다”며 “안정화된 맥신-탄화 붕소 혼합용액으로 큰 면적의 가볍고 유연한 차폐막을 만들었고 실험을 통해 다양한 물체의 표면에 페인트처럼 적용할 수 있음을 입증했다”고 설명했다.
개발된 중성자 차폐막은 내부에 기포 구멍이 수십 나노미터에 불과할 정도로 치밀한 구조를 가진다. 즉, 기존에 사용됐던 고분자 기반의 복합체와 비교해 우수한 기계적 성질을 나타낼 수 있다. 열처리 등 추가적인 과정이 필요하지 않아 불순물이 들어가지 않은 순수한 혼합 구조체 제조가 가능하다.공동 제 1저자 석시현 신소재공학과 연구원은 “코팅막을 입힌 나일론 복합체는 2만 번 이상의 굽힘 테스트에서도 최대 98%까지 원형을 유지하며 그 안정성을 보였다”며 “밀리그램 단위의 탄화 붕소 사용에도 높은 중성자 차폐율을 보여 그 우수성을 입증했다”고 말했다.
권순용 교수는 “새로 개발한 복합체 제작 기술은 실용적이고 복합한 장비나 공정이 필요하지 않지만 원하는 두께와 면적을 가지는 중성자 차폐 코팅막을 쉽게 구현할 수 있다”며 “이번 연구는 맥신 소재 코팅 기술의 가능성을 확장해 다양한 분야에서의 응용을 입증하는 데 도움이 될 것”이라고 말했다.
이번 연구성과는 저명한 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)’에 10월 31일 자로 온라인 출판됐다. 연구수행은 과학기술정보통신부‧한국연구재단 원자력기초연구지원사업 등의 지원으로 이뤄졌다.
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