정부출연연구소의 국제협력 프로그램을 활용한 한미 양국 연구팀간의 공동연구의 결과물이 쏟아져 최근 국제 저명 학술지 등을 통해 활발히 소개되고 있어 눈길을 끈다.

미래창조과학부 산하 전기전문연구기관 한국전기연구원(원장 김호용) 하윤철 박사(사진)는 지난 2012년 2월 당시 지식경제부 산하 출연연을 관할하던 산업기술연구회(현 국가과학기술연구회)의 첨단기술정보 해외협력사업이라는 국제협력 프로그램의 일환으로 2년간의 미국 파견길에 올랐다. 미국 듀크대학교(2014년 미국내 대학순위 7위 선정)에서 ‘금속나노선 투명전극 기술’과 ‘전기폭발 나노분말 제조기술’을 공동연구하기 위해서였다.

금속나노선 투명전극 기술은 머리카락을 2천분의 1로 줄인 50나노미터(nm) 굵기의 금속나노선을 투명한 필름 위에 얇게 입혀 전기가 흐르는 투명한 필름을 만드는 기술이다. 또 전기폭발 나노분말 제조기술은 휴대폰 충전전류의 1만 배가 넘는 수십 킬로암페어(kA)의 전류를 눈 깜짝하는 시간보다 짧은 1천분의 1초 이내에 샤프심처럼 생긴 금속와이어에 흘려 100나노미터(nm) 이하의 나노입자로 대량 생산하는 기술이다.

재료전기화학을 전공한 하윤철 박사는 당시 KERI의 강점분야인 고전압·대전류·펄스전원 등과 융합할 수 있는 재료기술에 큰 관심을 갖고 있었다. 이러한 관심으로 하 박사는 지난 2011년 전기폭발 기술을 다년간 연구해 온 KERI 조주현 박사팀과 리튬이차전지용 나노실리콘을 대량생산하는 원천기술인 ‘실리콘 액중전기폭발 기술’을 개발하여 한국과 미국, 일본, 중국에 특허를 출원한 바 있다.

하 박사는 또한 탄소나노튜브와 그래핀을 이용하는 투명전극 기술 분야에서 국내 최고의 상업적 성과를 일궈낸 KERI 나노카본 투명전극 연구팀의 휘어지는 투명전극 기술에도 깊은 관심을 가지고 있었다.

이러한 연구들은 세계적인 수준임을 인정받았다. 우선 지난 3월 나노선의 굵기(수십 나노미터) 대비 최대 5,700배의 길이를 갖는 구리 나노선 합성기술을 통해 구리 나노선 투명전극 기술을 진일보시킨 연구성과가 영국 왕립화학회(Royal Society of Chemistry)에서 발간하는 세계적인 저널 케미컬 커뮤니케이션즈(Chemical Communications)의 표지논문으로 출판됐다.

이어 지난 4월에는 구리나노선에 백금을 코팅시킨 코어-쉘 나노선(core-shell nanowire)으로 만든 투명전극으로 물분해 수소발생 기술을 획기적으로 개선시킨 연구성과가 에너지 환경분야의 최고 권위지인 에너지와 환경 과학(Energy & Environmental Science)에 게재(DOI: 10.1039/c4ee00211c) 됐다.

5월에는 구리나노선의 길이를 자유자재로 제어할 수 있는 기술이 나노기술분야의 국제학술지 스몰(Small)의 권두 삽화 논문(frontispiece)으로 게재됐다.

7월에는 구리 나노선의 성장 메커니즘을 규명한 연구결과가 미국화학회의 나노분야 세계적인 저널인 나노 레터스(Nano Letters)의 온라인판으로 출판됐으며, 액중전기폭발 나노입자 제조기술을 이용한 전극용 구리합금 나노페이스트 관련 연구결과도 논문초고 작성을 마치고 보완 실험이 진행 중에 있다.

하윤철 박사는 “이러한 연구결과들은 결코 한 분야의 연구팀만으로는 달성하기 어렵고 단순 협동연구 수준이 아닌 학제 간 또는 기술분야 간 융합연구를 통해서만 가능하다는 측면에서, 최근 미래창조과학부의 출연연간 융합연구 강화 정책은 매우 긍정적”이라고 밝혔다.

한편 하 박사는 융합의 범위를 보다 확장해 나갈 계획이다. 양자계산 분야 국내 전문가와의 공동연구를 통해 나노선 성장의 비밀을 한층 깊이 파헤친다는 계획이다. 아울러 값비싼 나노선을 저가의 구리 나노선으로 대체하는 차세대 투명전극 기술과 상용 리튬이온전지를 대체할 수 있는 차세대 이차전지용 코어-쉘 나노선 소재 기술 개발을 추진하고 있다. 이를 위해 하 박사는 KERI와 듀크대학교, 국내 대학 및 관련분야 산업체를 아우르는 글로벌 융합연구를 기획 중이다.