전북대 김태환·김성곤 교수팀, 중성자 차폐 '형상제어 복합체' 개발

(전북=뉴스1) 임충식 기자 = 전북대학교 김태환 교수(양자시스템공학과)와 김성곤 교수(화학공학부) 연구팀이 방사선 보호를 위한 중성자 차폐체를 다양한 형태와 모양으로 구현할 수 있는 복합체 제조 기술 개발에 성공했다.

20일 전북대에 따르면 연구팀은 섭씨 100도 정도의 고온에서 상온으로 냉각될 때 ‘졸-겔 상전이’를 보이는 친수성 아가로즈 고분자와 질화붕소나노튜브를 활용, 성형이 자유롭고 유연하며 중성자 차폐체로도 활용이 가능한 ‘질화붕소나노튜브-고분자 복합체’를 제조하는 방법을 고안했다. 또 이를 활용해 다양한 형태와 모양을 갖는 중성자 차폐체를 구현하는데 성공했다.

졸-겔 상전이는 액체에서 점탄성을 가지는 고체 형태로 변형되는 반응을 말한다.

질화붕소나노튜브는 우수한 기계적, 열적, 전기적 특성과 열중성자 차폐 특성을 보유하고 있어 우주환경이나 원자로와 같은 혹독한 환경에서 사용 가능한 차세대 나노 소재다. 그러나 물 분자와 쉽게 결합하지 않는 성질을 띠는 ‘소수성 표면’ 및 중성인 두 개의 분자 사이에 작용하는 힘인 ‘반데르발스 상호작용’에 의해 번들(다발)로 응집돼 있어 응용에 어려움이 있어 왔다.

이에 연구팀은 비공유 기능화를 통해 질화붕소나노튜브의 표면을 친수성으로 구조를 변화시켰고, 이후 친수성 고분자인 아가로즈 고분자와의 복합체를 졸-겔 상전이를 이용해 중성자 차폐재로의 실제적인 응용성을 대폭 확대했다.

또 대전 한국원자력연구원에 위치한 HANARO(하나로) 연구용 원자로에서 중성자 투과 실험을 통해 복합체의 중성자 차폐 특성도 확인했다.

이번 연구는 전상우 연구원(박사과정, 공대 플라즈마 및 양자빔 응용공학과)과 김지원 연구원 (석사, 공대 화학공학부)의 주도로 진행됐다.

연구팀은 “연구를 통해 성형 및 가공이 편리하고 기계적인 특성이 우수한 중성자 차폐체를 제조하는 간편한 방법 개발에 성공했다”며 “이번 연구가 앞으로 기계적, 전기적, 열적 특성을 갖춘 복합물질의 추가적인 개발에 도움이 될 수 있기를 기대한다”고 밝혔다.

이번 연구 성과는 나노기술분야 세계 최고 수준의 국제학술지인 미국화학회의 ‘나노레터스’ 최신호에 게재됐다. 또한 질화붕소나노튜브의 실제적인 첫 활용 사례인 점을 인정받아 부표지논문으로도 선정됐다.

94chung@news1.kr