계명대는 화학공학전공과 기계공학과 융합연구로 광학 나노 소재의 견고성을 입증해 냈다고 20일 밝혔다.

조신흠 화학공학전공 교수와 김익현 기계공학전공 교수는 공동연구로 음속 6.2배에 해당하는 극초음속 충격파로의 노출에도 견고한 적외선 흡광 반도체형 나노입자 소재를 구현했다.

이와 같은 연구성과는 ACS Applied Nano Materials 논문지에 Hypersonic Shockwave Robustness in Infrared Plasmonic Doped Metal Oxide Nanocrystal Cubes”제목으로 게재 (DOI:10.1021/acsanm.2c04198) 됐으며 표지논문으로도 선정됐다.

조신흠 교수는“SpaceX 등 민간 항공우주 기업이 국제적으로 활성화되고 있고 최근 2022 우크라이나 전쟁으로 초음속 미사일 대응 방어체계에 대한 중요성이 대두되고 있다”며“극초음속 충격파 노출에도 견고한 적외선 센서와 광학필터 나노소재로 활용의 길을 열 수 있다”고 연구 취지를 설명했다.

김익현 교수는 “이번 연구는 충격파와 나노 소재 표면 간의 상호작용 연구의 일환으로 극한 유동 환경의 열유체현상에 대한 이해와 함께 소재의 물리적/화학적 성질을 통합적으로 분석한 연구사례이며 해당 연구성과는 항공우주 관련 기술 개발 뿐만 아니라 미래 첨단소재 개발 및 의료공학 등과 같이 다양한 공학 분야에서도 활용할 수 있을 것으로 기대하고 있다”고 덧붙였다.

이번 연구에 활용된 광학 소재는 반도체형 재료 기반으로 나노 물리화학 특성을 활용하여 강력한 적외선 흡광 광학 특성을 구현했다.

14 nm 크기의 큐브인 주석과 불소로 도핑된 산화인듐이다. 나노 결정체 내부에는 반도체형 도핑으로 형성된 자유전자가 공진해 플라즈몬 효과로 적외선 빛을 강력하게 흡수한다.

실험에서 구현된 극초음속 유동 환경은 초속 2 km로 부산과 서울 거리를 약 3분 안에 도달할 수 있는 속도이며 산소분자가 원자 형태로 해리되는 약 3,700 ℃에 해당하는 온도이다.

극초음속 유동 환경에서 해당 광학 소재가 금속산화물 나노 결정체의 내부 자유전자를 견고성 있게 보존하는 것을 입증해 궁극적으로 극한 유동 환경에서 요구되는 내구성 구현에 필요한 근본 원리를 제시했다.

[전국매일신문] 대구/신용대기자 
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