공기 중 노출된 구리 나노입자 표면의 투과전자현미경 이미지.[IBS 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 금속은 공기 중에서 반드시 산화된다는 기존 상식을 깨트리는 금속 산화 방지기술을 최초로 개발했다.

기초과학연구원(IBS) 나노구조물리 연구단 김성웅 연구위원(성균관대 에너지과학과 교수)은 공기 중에서 산화되지 않는 구리 나노입자를 개발했다고 11일 밝혔다.

대부분의 금속은 공기 중에 노출되면 산화되면서 녹이 생긴다. 이는 금속 표면에서 금속 원자와 공기 중의 산소 원자가 결합하면서 발생하는 자연적인 현상이다. 금속이 산화되면 금속의 성질을 잃게 되고 심할 경우 사용할 수 없게 되므로 금속 표면 도금법 및 음극방식법을 이용해서 금속 산화 방지에 큰 노력을 기울여왔다. 최근 소재, 촉매, 센싱 등 다양한 분야에서 금속 나노입자가 폭넓게 활용되고 있으나 산화 현상을 완벽하게 막는 기술은 아직까지 없었다. 연구진은 구리 나노입자를 어떠한 표면처리 없이 공기 중에서 전혀 산화되지 않는 상태로 합성하는 데 성공했다.

연구진은 수년간 연구해온 신소재 전자화물에 주목했다. 고농도의 전자를 포함하고 있는 전자화물 위에 구리 나노입자를 형성시키면, 다량의 전자가 전자화물에서 구리 나노입자로 전달되어 구리 나노입자의 표면에 과잉의 전자가 축적된다. 나노입자의 표면에 축적된 과잉의 전자만 공기 중의 산소와 반응하여 구리 나노입자는 산화가 일어나지 않는다는 것을 관찰했다. 무엇보다도 구리 나노입자를 수개월 이상 공기 중에 노출시켜도 전혀 산화되지 않고 구리의 금속성을 지속적으로 유지하는 것을 확인했다.

공기 중에서 산화되지 않는 구리 나노입자를 대량생산 할 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 가능하며, 표면 개질이 필요 없는 금속 나노입자 생산과 기술 응용에 용이할 것으로 기대된다.

특히 구리는 항균·항바이러스 기능이 있어 항균필름, 마스크 등에 활용되지만 장시간 노출되면 기능이 저하되는 문제가 있다. 이번에 개발한 구리 나노입자는 기존의 우수한 살균능력을 지속할 수 있어 K-방역에 크게 기여할 것으로 기대된다.

김성웅 IBS 나노구조물리 연구단 연구위원.[IBS 제공]

김성웅 연구위원은 “구리 나노입자를 이종물질 코팅과 같은 표면처리도 없이 공기 중에 장시간 노출시켜도 산화되지 않는다는 것은 기존 상식을 깨는 현상”이라며 “이번 연구 결과를 통해 구리 나노입자를 포함 금속 나노소재 합성 및 응용연구에 새로운 장이 열릴 것”이라고 말했다.

이번 연구결과는 나노 분야 국제학술지 ‘네이처 나노테크놀로지’ 2월 11일(현지시간) 게재됐다.