고려대는 최원준 기계공학부 교수(32·사진)와 미국 매사추세츠공대(MIT)마이클 스트라노 교수 연구팀이 실험을 통해 나노사이즈 채널(통로) 내부의 이온 전송 특성을 규명했다고 16일 밝혔다.최 교수가 제1저자, 스트라노 교수가 교신저자로 참여한 이 논문은 해외 저명 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈' 온라인판에 12일 게재됐다.
일반적으로 유체가 흐르는 채널은 연속체의 형태로 물리적 현상이 이뤄진다. 하지만 연구팀의 실험 결과 채널의 크기를 개별 이온의 크기와 유사한 나노 규모로 축소하면 기존 환경에서 발생하지 않는 새로운 형태의 물리적 현상을 관찰할 수 있었다.
특히 이번 연구는 단일벽 탄소 나노 튜브(직경 0.9~2.0nm)를 나노채널로 응용해 채널 자체의 직경과 온도 변화에 따른 이온 전송 변화를 최초로 밝혀냈다.
연구팀은 서브 나노(Sub nm) 단위 채널 내부 이온 전송을 규명하기 위해 채널 양단에 전압을 가해 내부로의 이온 흐름을 형성하고, 이와 동시에 유도되는 미세 전류 변화를 감지해 이온 전송의 특성을 연구했다. 또한 채널 내부를 통과하는 이온의 종류와 외부 전기장 변화 등에 따른 나노채널 내부의 이온 전송 특성이 구체적으로 어떻게 달라지는지 관찰했다.
대부분 Sub nm 스케일 나노채널 연구는 극미세 환경에서 실험을 진행해 제약이 많다. 때문에 이론적 연구 위주로 진행돼 왔지만 연구팀은 실험적으로 확인한 성과를 거뒀다. 최 교수는 "이론적 연구에서만 보고된 나노 채널에서의 다양한 물리적 현상이 실제 존재할 수 있음을 확인했다"며 "Sub nm 스케일의 나노 채널 연구에 새로운 계기를 마련할 것"이라고 설명했다.
이번 연구 성과는 나노 채널을 선별적 이온·분자들의 감지·전송, 해수의 담수화, 유체 내 유독 물질 감지·정화, 연료전지 전해질막 등 다양한 응용 분야에 활용될 것으로 기대된다.
한경닷컴 김봉구 기자 kbk9@hankyung.com
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