[뉴스워커_산업기획] 나노소재 연구로 패러다임을 바꾸다
[뉴스워커_산업기획] 나노소재 연구로 패러다임을 바꾸다
  • 염정민 기자
  • 승인 2020.07.27 12:09
  • 댓글 0
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- 나노 연구에 대한 정부차원의 지속적 지원 필요
그래픽_황성환 그래픽1팀 기자
그래픽_황성환 그래픽1팀 기자

전자파 차폐와 흡수를 극대화할 수 있는 나노소재 개발


지난 7월 22일 ‘과학기술정보통신부(이하 과기부)’는 ‘KIST(한국과학기술연구원)’의 ‘구종민’ 센터장과 ‘고려대학교’ KU-KIST 융합대학원 ‘김명기’ 교수, 미국 ‘Drexel University’의 유리 고고치 교수 등으로 구성된 공동연구팀이 기존 전자기파 간섭문제를 획기적으로 개선할 수 있는 ‘Ti3CN 맥신(MXene)’ 전자파 흡수 소재를 개발하는데 성공했다고 발표했다.

전자파 차폐란 전자기기 내부에서 발생하는 전자기파를 외부로 방출하지 않는 동시에 외부의 전자기파를 기기 내부로 유입시키지 않게 하여, 기기 외부에서 생활하는 인간을 전자파로부터 보호하거나 기기에 영향을 줄 수 있는 전자파 간섭을 최소화하는 것이다.

기존에는 전자파 차폐를 위해 주재료를 금속으로 하는 외부 케이스를 사용하는 것이 일반적이었다.

번개나 벼락이 치는 날씨일 때 밖에 있기보다는 자동차 안에 들어가는 것이 안전하다는 설명을 들어본 적이 있다면 금속 케이스를 이용한 전자파 차폐를 이해하기 쉬울 것이다.

자동차는 외부 프레임이 주로 금속으로 제작되는 등 전자파가 차폐될 수 있도록 설계되어 있어 외부의 전자파인 번개나 벼락으로부터 자동차 내부의 승객을 보호할 수 있다.

그러나 금속 소재는 무겁고 유연인쇄공정 적용이 어려운 단점이 있기 때문에 최근 고도로 집적화되고 있으며 경량화가 요구되는 전자기기와 모바일 통신기기에 그대로 적용하기에는 한계가 있었다.

게다가 금속의 경우 전자파 차폐 효과는 뛰어났지만 소재 특성상 전자파를 반사하는 경우도 많아 유해한 전자파의 반사로 인한 2차 피해까지 발생하기도 했다.

과기부에 따르면 이번에 개발된 Ti3CN 맥신 소재는 2D 나노 소재로 기존 금속 소재보다 전자파 차폐 성능이 우수한 것으로 알려졌다.

특히 Ti3CN 맥신 소재는 2016년에 개발되었던 Ti3C2 맥신 소재보다 전자파 흡수 성능을 대폭 향상하여 유해한 전자파 반사 효과를 최소화시킴으로써 전자파 차폐 성능을 극대화하였다.

구체적으로는 머리카락 두께와 비슷한 약 40㎛수준의 두께에서 116dB 이상의 높은 전자파 차폐 성능을 보유한 것으로 나타났다.

이와 같은 성능을 바탕으로 Ti3CN 맥신 소재는 전자, 통신 기기 뿐만 아니라 스텔스 전투기 같은 국방 분야에서도 적용 가능성을 주목받고 있다.

스텔스 전투기는 레이더에 탐지되지 않기 위해 전자기파의 일종인 레이더 파를 거의 반사시키지 않아야 하는데, 이번에 개발된 Ti3CN 맥신 소재는 높은 수준의 전자파 흡수 성능을 가지고 있어 레이더 파의 반사를 최소화할 것으로 기대되기 때문이다.

게다가 연구팀에 따르면 Ti3CN 맥신 소재는 고정형 전자파 방호구조물에 대한 적용 가능성을 타진 중에 있으며, 이를 통해 전자파 차폐 콘크리트의 전자파 방호 성능을 증강시킬 수 있는 고성능 박막 차폐 도장재 응용기술 개발이 진행 중일 정도로 활용도가 광범위할 것으로 전망된다.

관련 연구는 한국 시각으로 7월 24일 국제 학술지인 ‘Science(사이언스)’에 게재됐다.


방사선 피폭으로부터 인체 보호하는 나노입자 개발


지난 7월 6일 ‘IBS(기초과학연구원)’은 ‘현택환’ 나노입자 연구단장과 박경표 서울대 치의학대학원 교수 연구팀이 방사선 노출로 인체 내에서 발생하는 ‘활성산소’를 제거하는 나노입자를 개발했다고 밝혔다.

IBS에 따르면 강력한 에너지를 가진 방사선에 인체가 노출되었을 때 세포가 파괴되거나 인체 내의 물 분자가 분해되어 다량의 활성산소가 발생하여 인체 조직에 심각한 피해를 줄 수 있다.

활성산소란 화학적으로 반응성이 뛰어난 산소 원자를 포함하는 분자를 의미하는데 반응성이 크기 때문에 세포 내 활성산소가 증가하면 DNA나 지질과 반응하여 신체에 손상을 입힐 가능성이 높아진다.

IBS는 방사선이 인체에 방사되었을 때 입을 수 있는 피해를 100이라고 한다면 70정도의 피해가 활성산소에 의해 발생하므로, 신체 내에서 발생한 다량의 활성산소를 제거하는 것이 방사선에 노출된 환자를 보호하는 근본적인 해결책이라고 설명했다.

현재 ‘FDA(미국식품의약국)’의 사용 승인을 받은 방사선 보호제는 ‘아미포스틴(Amifostine)’이 유일한데, 전신이 아닌 타액선 손상에만 제한적으로 사용이 가능하며 고농도로 투여해야 하므로 독성에 의한 부작용 우려가 있고 30분 이내에 분해되어 효과 자체도 한계가 있다는 단점이 있다.

반면 이번에 개발된 나노입자는 동물실험에서 아미포스틴보다 훨씬 적은 양을 투여했음에도 불구하고 효능이 뛰어난 결과를 얻을 수 있었다.

연구팀은 실험쥐에게 13Gy의 방사선에 노출시켰는데 100% 사망한 대조군과 달리 아미포스틴 권장 투약량의 ‘1/360(360분의 1)’에 불과한 나노입자를 투여했음에도 불구하고 실험군의 66%가 30일 이상 생존했다.

게다가 아미포스틴을 투여한 집단보다도 약 3.3배 높은 생존율을 보였고 실험쥐의 장기 손상은 축소되었으며 장기 재생 또한 활발히 진행되고 있음을 확인할 수 있었다.

이번 나노입자의 개발로 의료용 방사선에 노출되었거나 원자력 발전소 등과 같은 곳에서 피폭되었을 때 환자의 생존율을 높일 수 있을 것으로 전망된다.

관련 연구결과는 재료분야 국제 학술지인 ‘Advanced Materials(어드밴스드 머티리얼즈)’ 8월호의 표지논문으로 선정됐다.

나노연구가 기초과학분야이므로 상용화까지는 추가적으로 연구가 필요하고 해결해야할 문제도 적지 않지만, 상용화에 성공할 경우 기존의 패러다임 자체를 변경할 정도로 그 파급효과가 크므로 이에 대한 지원을 지속적으로 할 필요성이 있다.


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