식물·환경신소재공학과 이정태 교수 연구팀이 초전도 복합체의 신규 메커니즘인 ‘단계적 여과 이론(Stepwise Percolation)’을 규명했다. 사진은 관련 연구 모식도

식물·환경신소재공학과 이정태 교수 연구팀, ‘단계적 여과 이론’ 규명
에어프라이어 기반 고함량 필러 혼입 반응 중합법 개발
기존 연구성과 대비 전기전도도, 전자파 차폐 및 습도 감지 특성 대폭 향상

식물·환경신소재공학과 이정태 교수 연구팀이 전북대 유기소재섬유공학과 김성륜 교수와 공동연구팀을 이뤄 초전도 복합체의 신규 메커니즘인 ‘단계적 여과 이론(Stepwise Percolation)’을 규명했다. 관련 연구성과는 국제저널 <Materials Today Physics>(IF: 11.5)에 게재했다.

탄소나노튜브와 그래핀 등의 나노탄소는 차세대 전도성 복합체의 충진재로 주목받고 있다. 전도성 복합체의 거동은 주로 ‘퍼콜레이션 이론(Percolation Theory)’으로 설명된다. 하지만 최근 학계에 보고되고 있는 ‘연속화된 충진재(Filer Network)’를 적용한 전도성 복합체의 전기전도도가 퍼콜레이션 이론의 예측치를 뛰어넘고 있음에도 불구하고 이에 대한 메커니즘이 명확히 규명되지 않았다.

단계적 여과 이론 실험적 증명
연구팀은 에어프라이어를 이용한 반응 중합법을 개발해 고함량 필러가 혼입된 복합체를 제조했다. 이를 통해 연속화된 충진재가 혼입된 초전도 복합체의 전도 특성이 발현되는 메커니즘을 규명했다. 이 이론에는 ‘단계적 여과 이론’이라는 이름을 붙였다.

전도성 복합체에서 발생하는 전자의 터널링 저항 효과가 필러의 직접적인 물리적 접촉으로 감소하면, 전자의 이동속도가 향상돼 연속화된 충진재가 혼입된 복합체가 더 우수한 전도 특성이 나타났다. 연구팀은 이를 실험적으로 확인했고, 제안한 단계적 여과 이론에 기초해 이런 특성을 예측할 수 있음도 규명했다.

연구팀이 제조한 초전도 복합체는 기존 퍼콜레이션 이론의 예측치와 비교해 각각 3,828%, 236%, 55% 향상된 최대 4,086S/m, 50dB 및 82%의 전기전도도, 전자파 차폐 성능 및 습도 감지 특성을 나타냈다.

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글 정민재 ddubi17@khu.ac.kr

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