기계공학과/나노과학기술학과/반도체융합공학과 김태성 교수 연구팀과 포항공대 김진곤교수 연구팀, 서울시립대학교 문홍철교수 연구팀은 저온 플라즈마와 열공정의 시너지 효과를 활용하여 유연성 기판에 메조다공성 전이금속 산화물 제작에 새로운 개념의 합성공정 기술을 개발했다고 밝혔다.

메조다공성 금속 산화물 (MMO: Mesoporous metal oxide)는 매우 높은 표면적 및 공극률의 장점을 갖고 있어, 고성능의 에너지 저장/전환, 센서, 촉매 등에 널리 사용되는 물질이다. 하지만, 이것을 합성하기 위해서는 매우 높은 고온의 소결 과정이 필요로 하기 때문에 유연성 기판 위에 직접 합성이 불가능하다. MMO 제조시, 널리 사용되는 소프트 템플레이트 방법은 메조 다공성을 부여하는 유기물 지지체와 무기물 전구체를 자기 조립을 통한 유-무기 복합체를 형성하고, 유기물 지지체 제거와 무기물 전구체의 반응이 필요하게 된다. 지금까지의 이것을 위해서 고온 소결이 불가피했다. 본 연구에서는 저온 플라즈마를 이용하여 합성 온도를 낮추어 이러한 문제점을 해결하였다. 열과 플라즈마의 시너지효과는 다양한 종류의 MMO를 150~200도 정도의 온도에서 빠른 합성이 가능하게 하였다. 아울러, 메조다공성 Vanadium Pentoxide (V2O5)을 폴리이미드 기판에 합성하여, 유연한 에너지 저장 소자를 구현하였다.

저온 플라즈마 기반의 합성기술을 개발한 성균관대 김태성교수는 “플렉서블 기반에 직접 합성하는 방식을 발견한 이번 연구는 스마트 에너지 저장/변환 소자 분야에 새로운 패러다임을 제시할 것”이라고 전했다.

연구결과는 과학기술정보통신부 창의후속연구사업, 과학기술분야 기초연구사업, 그리고 나노 및 소재기술개발사업 (나노커넥트)의 지원으로 수행되었으며 소재과학분야 국제학술지 Advanced Materials에 1월 19일에 게재되었다.

※논문명 : Low-Temperature, Universal Synthetic Route for Mesoporous Metal Oxides by Exploiting Synergistic Effect of Thermal Activation and Plasma

※저자명: 김태성 김진곤 문홍철(교신저자), 김건우 석현호(공동제1저자)

※DOI: 10.1002/adma.202311809

■ 저온 플라즈마를 활용한 메조다공성 박막 합성

■ 연구책임을 맡은 기계공학부 김태성 교수(교신저자)와 석현호 박사과정(제1저자)