고려대학교 공과대학 기계공학부 최원준 교수(32)가 미국 MIT 연구진들(교신저자 마이클 스트라노 교수)과 함께 나노 사이즈 채널 내부의 이온 전송 특성을 실험적으로 규명했다.
최원준 교수의 논문은 네이처 자매지인 `네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)` 온라인 판에 최근(9월 12일) 게재됐다. 유체가 흐르는 일반적인 채널은 연속체의 형태로 물리적인 현상이 이뤄지지만 채널의 크기를 개별적인 이온의 크기와 유사한 나노스케일로 축소할 경우 기존 환경에서 발생하지 않는 새로운 형태의 물리적 현상들을 관찰할 수 있다.
이번 연구에서는 단일벽 탄소 나노튜브(직경 0.9~2.0㎚)를 나노채널로 응용하여 채널 자체의 직경 변화 및 온도 변화에 따른 이온 전송의 변화를 최초로 규명했다. Sub nm 스케일 채널 내부의 이온 전송을 규명하기 위해 채널 양단에 전압을 가해 내부로 이온 흐름을 형성하고 이와 동시에 유도되는 미세한 전류의 변화를 감지해 이온 전송 특성을 연구했다. 또한 채널 내부를 통과하는 이온의 종류, 외부 전기장의 변화 등에 따른 나노채널 내부 이온 전송 특성이 어떻게 달라질 수 있는지를 구체적으로 규명했다.
대부분의 Sub nm 스케일 나노채널 관련 연구는 극미세 환경에서 실험을 진행하기에 많은 제약이 있으므로 이론적 연구를 위주로 진행되어 왔다.
최원준 교수는 “이번 연구는 현재까지 이론적으로 진행되어 온 연구에서만 보고돼 왔던 나노채널의 다양한 물리적 현상이 실제 존재할 수 있음을 실험적으로 확인했다. 이러한 결과들은 Sub nm 스케일의 나노채널 연구에 새로운 계기를 마련할 것”이라고 기대했다.
또한 이번 연구 성과는 나노채널을 선별적인 이온·분자들의 감지·전송, 해수의 담수화, 유체 내 유독 물질의 감지 및 정화, 연료전지 전해질 막 등의 다양한 응용 분야에 활용될 수 있는 가능성을 제시하고 있다.
허정윤기자 jyhur@etnews.com
