임근배 교수 연구팀, 다공성 음이온 교환막 개발
임근배 교수 (사진=포스텍 제공)
포스텍(총장 김무환) 연구팀이 양전하 입자를 콕 집어 농축할 수 있는 방법을 찾아냈다.
15일 포스텍에 따르면 이 대학 기계공학과 임근배 교수, 박사과정 이민수씨, 권혁진 박사 연구팀이 새로운 형태의 음이온 교환 물질인 ‘다공성 음이온 교환막’을 개발, 양전하 입자를 위한 전기수력학 기반 시료 농축 장치를 구현하는 데 성공했다.
이 연구성과는 재료과학 분야의 권위지인 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials)’에 표지 논문으로 게재됐다.
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 극성이 다른데, 음전하 입자의 경우 양이온 교환 물질이, 양전하 입자의 경우 음이온 교환 물질이 필요하다는 것이 연구팀의 설명이다.
그런데 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.
연구팀은 기존 음이온 교환 재료를 이용해 간단한 주조 및 염침출(특정 물질을 주조하는 과정에서 미세한 크기의 염입자를 첨가한 뒤, 주조 과정 이후에 염입자를 침출시켜 구조물에 미세 기공을 형성하는 방법) 과정에서 우수한 기계적 강도와 이온 교환 능력, 유체 수송 능력을 지니는 다공성 막 구조의 음이온 교환 물질을 제조했다.
다공성 음이온 교환막은 유체 수송과 이온 교환을 동시에 수행할 수 있는 특성 덕분에 장치에 간편하게 삽입돼 음이온 교환 물질 역할을 수행하는 것이 가능하다. 이에 연구팀은 양전하 입자 농축 장치를 간단한 삽입 및 조립 기반의 방법으로 구현할 수 있었으며, 이로써 기존 방법 대비 장치의 제작 과정이 크게 간소화됐다.
임근배 교수는 “개발한 교환막의 높은 확장성을 고려했을 때 진단 및 검출 분야와 함께 오염 제어, 자원 회수 분야, 그리고 반도체 세정 분야에서도 성공적으로 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.
한편 이 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단 중견연구자지원사업의 지원을 받아 수행됐다.
최창현 대구/경북 기자 ilyo07@ilyo.co.kr