기체·액체 속 양전하만 농축해낸다

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 기체나 액체속에 존재하는 미량의 물질을 농축해 낼 수 있는 기술을 개발했다. 이 기술을 이용해 진단이나 검출 분야 뿐만아니라 오염 제어, 자원 회수 분야 그리고 반도체 세정 분야에서도 활용될 수 있다고 연구진은 설명했다.

포항공과대학교(POSTECH)는 기계공학과 임근배 교수, 박사과정 이민수 씨, 권혁진 박사 연구팀은 새로운 형태의 음이온 교환 물질인 '다공성 음이온 교환막'을 개발했다고 15일 밝혔다.

연구진은 이 교환막을 이용해 양전하 입자를 위한 전기수력학 기반 시료 농축 장치를 만드는데 성공했다.

임근배 교수는 "개발한 교환막의 높은 확장성을 고려했을 때, 진단 및 검출 분야와 더불어 오염 제어, 자원 회수 분야, 그리고 반도체 세정 분야에서도 성공적으로 활용될 수 있을 것"이라고 말했다.

이온 교환 물질은 특정한 극성의 이온을 선택적으로 통과시켜 유체가 흐르는 채널 내에 강한 전기장 영역을 유도해주는 역할을 한다. 이를 통해, 유체 내 존재하는 대전 입자는 전기적 반발력을 받아 연속적으로 농축된다. 일반적으로 농축하고자 하는 대전 입자의 극성에 따라 요구되는 이온 교환 물질의 극성도 다르다. 음전하 입자의 경우 양이온 교환 물질이, 양전하 입자의 경우 음이온 교환 물질이 필요하다. 하지만 현재 상용 물질이 존재하는 양이온 교환 물질과 달리 음이온 교환 물질의 경우 쉽게 적용할 수 있는 물질이 존재하지 않아, 양전하 입자 농축 장치의 제작 과정이 매우 복잡해지는 문제가 발생하고 있다.

연구진은 기존 음이온 교환 재료를 이용하여 간단한 주조 및 염침출 과정을 통해 우수한 기계적 강도와 이온 교환 능력, 유체 수송 능력을 지니는 다공성 막 구조의 음이온 교환 물질을 만들었다.

다공성 음이온 교환막은 유체 수송과 이온 교환을 동시에 수행할 수 있는 특성 덕분에 장치에 간편하게 삽입돼 음이온 교환 물질 역할을 수행하는 것이 가능하다.

이에 따라, 연구팀은 양전하 입자 농축 장치를 간단한 삽입 및 조립 기반의 방법을 통해 구현할 수 있었으며, 이로써 기존 방법 대비 장치의 제작 과정이 크게 간소화됐다.

임 교수는 "다공성 음이온 교환막은 양전하 입자 관련 연구 분야의 활성화, 진보에 있어 주요한 역할을 할 것"이라고 설명했다.

이번 연구결과는 우수성을 인정받아 재료과학 분야의 권위지인 '어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials)' 표지 논문으로 게재됐다.

[e-mail] 김만기 기자