세라믹스｜R&D

원자력연구원·한남대·LG생활건강 산학연 공동연구팀

새로운 형태 나노실리카 합성법 개발 ‘성공’

생명공학·전자재료·촉매화학·원자력 산업 등에서 첨단소재로 활용 ‘기대’
최신 나노기법 ‘주형합성법’ 적용, 대량 생산 유리하게 복잡한 합성공정도 개선

한국원자력연구원 원자력화학연구센터 김종윤 박사와 한남대 유종성 교수·윤석본 박사, LG생활건강 박승규 박사 등 산·학·연 공동연구팀이 표면에서 중심 쪽으로 수직 방향의 구멍이 규칙적으로 배열되어 있는 새로운 형태의 나노실리카를 합성하는 데 성공했다.
이번 연구는 과학기술부 원자력연구개발사업, 신화학공정기술사업, BK21사업과 산업자원부 산업기술개발사업 등의 지원을 받아 수행한 산·학·연 공동연구로 5년 여 동안의 노력 끝에 결실을 맺은 것이다. 생명공학, 전자재료, 촉매화학, 원자력 산업 등 다양한 분야에서 첨단 소재로 활용될 수 있는 나노실리카의 새로운 합성법을 개발하는 데 성공함으로써 산업용 및 의료용 소재로 활용 폭이 넓어질 것으로 기대된다.
나노실리카는 나노미터 크기의 입자와 구조를 가지도록 합성된 이산화규소(SiO2) 입자로, 기존의 구형 나노실리카는 미세한 기공이 입자 표면과 평행하게 나있거나 기공의 방향이 불규칙해 외부 물질이 내부로 쉽게 접근하기 힘든 단점이 있었다. 이에 공동연구팀은 주형합성법이라는 최신 나노기법을 적용, 실리카 입자가 균일한 크기의 구형 형태를 유지하면서도 표면에 2~50 나노미터(nm) 크기의 기공이 실리카 표면에서 중심으로 수직으로 위치하도록 함으로써 이 같은 단점을 극복해냈다고 밝혔다.
공동연구팀은 구형 실리카 입자의 표면에 계면활성제와 실리카로 이루어진 껍질(셸)을 형성시킨 뒤, 섭씨 500℃의 고온에서 태워 계면활성제가 위치하고 있던 부분에 규칙적인 기공이 생성되도록 했다. 또한 대량생산에 유리하도록 고가의 특수물질을 흔히 사용되는 양이온계 계면활성제로 대체하고 13단계에 달하는 복잡한 합성공정도 대폭 개선했다.
이번에 공동연구팀이 개발한 규칙적 수직기공 구조의 나노실리카는 고품위 타이어와 종이 충진제, 약물 저장 및 전달체 등 의료용 재료와 연마제, 센서 등 전자재료, 유해물질 제거 및 에너지 변환 촉매담체 등 환경소재로 활용할 수 있고 다양한 재질의 나노구조체 합성을 위한 모체로도 이용이 가능한 매력적인 첨단소재이다.

영국왕립학회 ‘Journal of Material Chemistry’
표지논문 선정
원자력연구원은 이 기술을 핵사찰 분석용 표준입자 제조, 방사선 기술 융합형 공정 기술에 필요한 표준입자 제조, 방사성 폐기물 제거용 담체 제조 등 원자력 분야에 다양하게 활용하기 위한 연구를 수행하고 있다. 현재 나노실리카의 시장규모는 산업용 소재의 경우, 2005년 세계시장 규모 약 6천억 원, 국내시장 규모 약 600억 원에 이른다. 의약품 소재의 경우 2005년 세계시장 규모가 54조원에 달했고, 국내시장도 2001년 2천억원에서 2005년 1조원으로 가파르게 증가하고 있다.
한편 이번 연구 성과는 이 분야 권위지인 영국왕립학회 발간 ‘Journal of Material Chemistry’ 최근호의 표지 논문에 선정되었다.
박미선 기자