'맥신(MXene)'은 전자파 차폐 소재로 사용될 수 있는 전기전도성이 우수한 2차원 나노 신물질인데요. 한국과학기술연구원(KIST) 물질구조제어연구센터 구종민 센터장 연구팀은 '맥신'의 상용화를 앞당길 유기 잉크 제조기술을 개발했다고 밝혔습니다. 해당 연구 논문은 <ACS Nano>에 게재됐습니다.

맥신(MXene)이란

드론, 자율주행차, 스마트폰 등 최신 IT 기기들에 점점 더 많은 반도체 칩과 전자 부품들이 사용되고 있습니다. 그만큼 전자파가 서로 뒤엉켜 생길 수 있는 기기 오작동의 우려도 커지고 있죠. 그동안은 전자파 간섭을 막기 위해 금속필름으로 기판을 덮었는데요. 하지만 이는 비싸고 무거우며 가공하기 어렵다는 단점이 있었습니다.

전자파 차폐 효율은 전기전도성이 높을수록 좋아집니다. KIST 구종민 센터장 연구팀은 2016년 금속 소재에 대한 대안으로 금속과 같은 수준의 높은 전기전도도(106S/m)를 갖는 2차원 나노 재료인 맥신(MXene)을 개발한 바 있었죠.

KIST 연구진이 개발한 맥신 소재는 우수한 전자파 차폐성능을 보였습니다. 덕분에 차세대 전자파 차폐 소재 후보로서 두각을 나타냈죠. 또한 연구팀의 전기전도성이 우수하면서 가볍고, 수용액을 이용한 가공성이 우수합니다. 때문에 전기전도성이 요구되는 전자파 차폐 및 전극 패턴 소재로의 응용뿐만 아니라 이차전지나 축전지, 가스센서, 바이오센서 등 매우 다양한 응용이 가능합니다.

하지만 이러한 장점에도 불구하고 맥신은 수용액 속에서 물 분자 및 산소에 의해 쉽게 산화됩니다. 때문에 그 본래의 전기전도도를 잃어버리게 돼 안정성이 좋지 않았죠. 또한, 친수성 표면을 가지는 맥신은 그 반대의 성질, 즉 물과 화합되지 않는 성질인 '소수성'을 갖는 고분자 재료 및 특성 재료들과의 친화도가 좋지 않아 다양한 소재와의 응용이 어려웠습니다.

'맥신 유기 잉크'의 탄생 

KIST 연구진은 이러한 문제점을 개선하기 위해 화학적 표면처리를 통해 2차원 맥신 입자가 소수성을 갖도록 해 유기용매에 분산된 맥신 유기 잉크를 개발했습니다. 또한, 이렇게 제조된 맥신 유기 잉크는 내부에 물 분자 및 산소가 적어 맥신이 쉽게 산화되지 않을 수 있었다고 합니다.

개발된 맥신 유기 잉크를 활용하면 산화 불안전성을 극복할 수 있습니다. 덕분에 기존 스프레이 코팅, 스핀 코팅, 잉크젯 프린트 등의 액상 공정에 대한 신뢰성을 확보할 수 있죠. 또한, 장기간 보관할 수 있도록 안정성이 보장된 맥신은 전자파 차폐, 전극 소재 등 다양한 분야에 적용할 수 있습니다.

KIST 구종민 센터장은 "세계 최초로 맥신(Ti₃C₂) 유기 잉크를 제시하고, 산화 안정성을 확보함으로써 맥신의 상용화 가능성을 높였다"며 "향후 맥신 잉크를 기반으로 물을 사용하지 않는 용액공정 및 양산화 공정을 구현할 수 있을 것으로 기대되며, 장기적으로는 차세대 전자파 차폐 및 전자소자 응용 연구를 촉진하는 계기를 마련하게 될 것으로 기대된다"고 밝혔습니다.

##참고자료##
 

• Kim, Daesin, et al. "Non-Polar Organic Dispersion of 2D Ti3C2Tx MXene Flakes via Simultaneous Interfacial Chemical Grafting and Phase Transfer Method." ACS nano (2019).

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