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국내연구팀, 귀한 희토류 대체할 차세대 '전자화물' 성능 새롭게 규명

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2018년 01월 09일 15:30 프린트하기

박종호 성균관대 에너지과학과 연구원팀이 연구한 '전자화물'은 미국화학회지의 표지 논문으로 선정됐다. - JACS 제공
박종호 성균관대 에너지과학과 연구원팀이 연구한 '전자화물'은 미국화학회지의 표지 논문으로 선정됐다. - JACS 제공

국내 연구팀이 차세대 재료로 주목받고 있는 ‘전자화물’의 특성을 밝히고, 그 성능을 높이는 데 성공했다. 스마트폰, 배터리, 디스플레이 등에 쓰이는 값비싼 희귀 자원인 희토류를 대체할 새로운 자성 소재 개발에 활용될 전망이다.


전자화물(electride)은 다른 물질처럼 전자가 원소의 최외각궤도에 있지 않고, 규칙적으로 배열된 원소들 사이의 공간에 음이온 형태로 존재하는 새로운 물질이다. 물리적 특성이 독특해 기존 물질로는 구현이 어렵던 새로운 용도에 활용할 수 있을 것으로 주목 받고 있다. 하지만 아직 합성까지 성공한 경우가 세계적으로도 10여 종에 불과할 정도로 연구가 부족하다.


박종호 성균관대 에너지과학과 연구원과 김성웅 교수팀은 전자화물 내부의 구조를 연구해 전자화물이 지니고 있는 특유의 전자 구조, 즉 원자 궤도가 아니라 음이온으로 따로 독립적으로 존재하는 ‘격자간전자’가 원자 구조 안에서 차지하는 공간의 크기에 따라 자성이 변한다는 사실을 새롭게 밝혔다. 또 매우 높은 압력을 가한 금속에서만 볼 수 있던 자성을 새로운 소재를 통해 인공적으로 만들어낼 수 있음도 알아냈다.


연구팀은 전자화물을 만들 때 불순물을 주입하는 간단한 방법으로 자성을 크게 증가시키는 데에도 성공했다. 연구 책임자인 김성웅 교수는 “고가의 희토류를 사용하지 않고도 자성을 낼 수 있는 새로운 소재를 개발할 가능성이 열렸다”고 말했다.


이 연구는 미국화학회지(JACS) 12월 6일자 표지논문으로 발표됐다.

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