UNIST(울산과학기술원)가 에너지 및 화학공학부의 김소연 교수팀이 고분자와 나노입자를 혼합하는 ‘용액 혼합 방식’에서 ‘용매’가 재료의 최종 구조와 물성에 중요하게 작용한다고 발표했다고 30일 밝혔다.

용액 혼합 방식은 고분자와 나노입자를 용매에 녹여 혼합한 뒤 용매를 증발시켜 복합재료를 얻는 기법이다. 어떤 용매를 사용하는지에 따라 최종 물질의 특성이 달라진다는 이야기다.

고분자 나노복합체는 두 물질이 서로 맞댄 면에 따라 원하는 성질을 구현할 수 있어 최근 신소재로 주목받고 있다.

연구진은 계면에 영향을 주는 요소로 ‘용매’에 주목했다. 용매는 반응 후 제거되므로, 물질계가 반응 전후에 평형을 이루면 어떤 용매를 쓰든 같은 성질의 복합체가 만들어져야 한다. 그런데 실제로는 복합체를 만드는 복잡한 과정으로 인해 반응 전후에 평형을 이루지 못한다. 용매에 의한 ‘비평형 효과’가 나타나는 것이다.

연구팀은 ‘똑같은 고분자와 나노입자’로 복합체를 만들면서 ‘서로 다른 용매’인 물과 에탄올을 이용해, 각 용매가 계면 두께에 미치는 효과를 규명했다.

1㎚(나노미터·10억분의 1m)에 불과한 계면의 두께 차이는 전체 복합체의 물성에 영향을 주기에 충분했다. 충분한 양의 나노입자와 짧은 사슬 길이를 갖는 고분자를 이용해 에탄올 용매에서 복합체를 만든 경우, 물에서 만든 나노복합체보다 액체에 가까운 성질을 보였다. 계면층에 두텁게 붙은 고분자들의 서로간 반발력(입체반발력)에 의해서 전체 입자들이 골고루 퍼지는 현상이 생기기 때문이다.

김소연 교수는 “똑같은 양의 동일 재료를 이용하더라도 초기 용매에 따라 판이한 상태의 고분자 나노복합체가 제작될 수 있다”고 설명했다. 김봉출기자 kbc78@ksilbo.co.kr