30종에 이르는 금속 원소를 탄산수에 섞어 1분 만에 복합 나노 입자를 합성하는 현대판 연금술이 현실이 됐다.

UNIST는 신소재공학과 조승호·이석빈 교수와 반도체소재·부품대학원 김정환 교수팀이 독일 쾰른대학교, 미국 퍼듀대학교 연구진과 함께 이산화탄소를 이용해 30종에 달하는 금속 원소가 혼합된 ‘초고엔트로피 나노 소재’를 1분 만에 합성하는 기술을 개발했다고 4일 밝혔다.

고엔트로피 소재는 5가지 이상의 금속이 섞인 소재로 단일 금속보다 내구성과 촉매 활성 등이 뛰어나 배터리, 반도체 등 첨단 산업 분야에서 주목받고 있는 소재다.

하지만 금속 원자들이 저마다 크기가 다른 탓에 여러 종류를 한 번에 섞으려면 수천℃의 고온과 고압이 필요했다.

연구팀은 이산화탄소를 이용해 상온·상압에서 이를 손쉽게 합성할 수 있는 기술을 개발했다. 이산화탄소가 물에 녹으면 탄산 이온 상태로 바뀌는데, 이 탄산 이온이 서로 다른 금속을 이어주는 연결고리 역할을 하는 원리다.

제조 과정은 간단하다. 물에 이산화탄소 가스를 주입해 탄산수를 만든 뒤 수산화물을 첨가하면 물속에 녹아있던 이산화탄소가 금속과 결합하기 쉬운 탄산 이온으로 변한다. 이 상태에서 30종의 이온 상태 금속 원료가 담긴 용액을 붓고 1분간 저어주면, 탄산 이온이 다양한 금속 이온들을 순식간에 하나로 연결해 가루 형태의 나노 소재가 합성된다.

연구팀은 이 방식으로 영구자석용 희토류 금속인 네오디움과 전이 금속인 구리, 철 등 최대 30종의 금속이 섞인 ‘금속 탄산염 나노 입자’를 합성했다. 이다예기자 ties@ksilbo.co.kr