"상대이온 특성 따라 이온전도 나노구조 달라진다"…전북대, 자기조립 기반 소재 설계 새 틀 제시

[글로벌대학팀 김선영 기자] 전북대학교 정광운 교수 연구팀(공과대학 고분자나노공학과, 대학원 나노융합공학과)이 이온전도 메조젠(ICM)의 자기조립 구조에 미치는 상대이온의 영향을 체계적으로 분석하고, 이를 기반으로 이온전도 나노구조의 정밀 제어 기술을 개발했다. 해당 연구는 국제 재료과학 저널 ‘스몰(Small)’ 2025년 5월호에 표지논문(Front Cover)으로 선정됐다.

연구팀은 열적 거동과 위상 전이 특성이 서로 다른 세 가지 상대이온(Br, BF₄, TFSI)을 전략적으로 설계된 메조겐에 각각 도입해 세 종류의 이온성 액정 분자를 합성하고, 이들이 형성하는 자기조립 구조와 이온전도 특성의 상관관계를 다각도로 분석했다.

분석 결과, 상대이온의 크기 및 친수성 또는 소수성 특성 차이가 액정 분자의 배열 방식과 나노구조 형성에 결정적인 영향을 미치며, 이러한 구조적 변화가 이온이 통과하는 경로의 형성과 전도 특성에 직결되는 것으로 확인됐다. 고유의 나노구조는 소각각선 산란(SAXS), 광각 X선 회절(WAXD), 고해상도 전자현미경(HRTEM)을 통해 시각적으로 규명됐고, 전기화학 임피던스 분광법(EIS)을 통해 각 구조의 이온전도도와 활성화 에너지가 정량적으로 측정됐다.
이번 연구는 상대이온이 메조겐 분자의 자기조립 구조에 미치는 영향을 실험적으로 정량화하고, 전기적 특성과의 관계를 구조적으로 입증한 사례로 평가된다. 단순한 이온 치환이 아닌 분자 구조 설계와 이온전달 특성 간의 복합적 연계를 제시함으로써, 고효율 이온전도성 소재 설계를 위한 이론적 기반을 마련했다는 데 의미가 있다.

연구를 주도한 임민우 박사과정 학생은 현재까지 제1저자로 총 8편의 논문을 발표했으며, 전체 25건의 SCI 논문에 참여했다. 그간 교육부장관 우수연구자 표창을 수상했으며, 국내외 학회에서 3건의 우수논문 발표상을 받는 등 활발한 연구 활동을 이어가고 있다. 임민우 학생은 “상대이온의 미세한 화학적 차이가 자기조립 구조와 이온전도 특성에 어떤 영향을 미치는지를 수치와 구조로 증명할 수 있었던 점이 가장 의미 있었다”며 “향후 보다 정밀한 기능 제어가 가능한 이온전도성 소재 설계로 연구가 확장되길 기대한다”고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단의 기초연구실지원사업, 중견연구자지원사업, 미래소재디스커버리사업, 학술연구지원사업과 NATO Science for Peace and Security의 지원을 받아 수행됐다.

김선영 기자 글로벌대학팀 globalu@beyondpost.co.kr