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공기 닿으면 색깔 변하는 구리, 단원자층 박막으로 산화 막는다

송고시간2022-03-17 02:00

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국내 연구진이 공기 중에 오래 노출되면 산화해 색깔이 변하는 구리를 단원자층 높이의 박막으로 만들면 산화하지 않는다는 이론을 증명했다.

과학기술정보통신부(과기정통부)는 정세영 부산대 교수·김영민 성균관대 교수·김성곤 미국 미시시피주립대 교수 연구팀이 자체 개발한 초평탄 구리박막을 이용해 세계 최초로 구리의 산화 원리를 밝혀냈다고 17일 밝혔다.

연구진은 자체 개발한 단원자층 수준의 거칠기를 가진 초평탄 구리박막을 1년간 공기 중에 노출하는 실험을 했다.

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정세영 부산대 교수 연구팀 "세계 최초 구리 산화 원인 규명"

구리 산화 도식 모델
구리 산화 도식 모델

[과기정통부 제공. 재판매 및 DB 금지]

(서울=연합뉴스) 정윤주 기자 = 국내 연구진이 공기 중에 오래 노출되면 산화해 색깔이 변하는 구리를 단원자층 높이의 박막으로 만들면 산화하지 않는다는 이론을 증명했다.

과학기술정보통신부(과기정통부)는 정세영 부산대 교수·김영민 성균관대 교수·김성곤 미국 미시시피주립대 교수 연구팀이 자체 개발한 초평탄 구리박막을 이용해 세계 최초로 구리의 산화 원리를 밝혀냈다고 17일 밝혔다.

붉은 갈색을 띠는 구리는 산화하면 청록색으로 변한다. 미국에 있는 자유의 여신상도 설립 당시에는 붉은 갈색이었지만, 구리 합금 동상의 특성상 오랜 시간이 지난 현재 청록색을 띠고 있다.

연구진은 자체 개발한 단원자층 수준의 거칠기를 가진 초평탄 구리박막을 1년간 공기 중에 노출하는 실험을 했다.

고분해능 투과전자현미경을 활용해 이 박막을 관측한 결과 구리는 산화되지 않았다.

이는 연구진이 사용한 박막이 개발 시 한 층 수준의 원자층으로 무척 얇기 때문이다.

박막 표면 거칠기가 원자층 두 개 이상일 경우 산소는 구리 내부로 쉽게 침투한다. 그러나 박막이 완벽하게 평평하거나 단원자층일 경우에는 산소 침투에 매우 큰 에너지가 필요하기 때문에 상온에서 산화가 일어나지 않는 것이다.

연구진은 초평탄 박막 표면에 존재하는 산소는 산소가 존재할 수 있는 공간 50%가 차면 다른 산소가 접근하지 못하도록 밀어내 산화를 억제하는 자기조절 기능을 갖췄음도 발견했다.

연구진은 구리의 산화 원인을 밝혀 나노회로 등에 사용되는 금을 구리박막으로 교체할 수 있는 계기를 마련했다고 자평했다.

정 교수는 "이번 연구성과는 구리 산화의 기원을 원자수준에서 규명한 세계 최초 사례"라며 "변하지 않는 구리의 제조 가능성을 열었다"라고 말했다.

이번 연구 결과는 국제학술지 '네이처'(Nature)에 실렸다.

jungle@yna.co.kr

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