차세대 신소재 [맥신] 이란 무엇인가
맥신(MXene)
맥신은 2011년에 처음 발견되었습니다. 2차원의 평면구조를 지닌 세라믹 물질로써, 전이금속 내부에 질소 또는 탄소가 결합이 되어 있는 형태로 원자두께의 아주 미세하게 작은 층으로 구성된 신소재(나노물질)입니다
전이금속으로 인해 전기의 전도도가 매우 높으면서도 원자의 말단에 존재하는 수산화기나 산소로 인해서 친수성을 가지고 있어서
용액공정이 가능합니다
맥신은 MAX라고 알려진 결정 물질로 만들어집니다.
MAX = Mn+1 AXn의 실험식을 가지는 탄화물 또는 질화물을 뜻합니다
M = 전이금속, A = 13족 or 14족 원소, X = 탄소 or 질소, n = 1~4 사이의 정수
맥신의 특성 및 응용
맥신은 발견된 이후로 관련 연구진의 집요한 연구를 통해 밝혀진 사실은 맥신이 전자파를 차단하고 오염된 물을 정화하는 특성이 있으며 또한 박테리아의 통과를 막을 수 있다는 그런 능력이 있음이 밝혀졌습니다. 또한 이런 특성을 가짐과 동시에 맥심은 내구성이 튼튼하다는 특성도 밝혀졌다고 합니다
여러 가지 응용분야에서 활용될 가능성이 있지만 대표적으로 몇 가지 분야에 대해 살펴보겠습니다
- 배터리 및 에너지 저장분야
- 수처리 분야(담수화 및 폐수 처리)
- 전도성 코팅
- 마찰전기 발전기
1. 배터리 및 에너지 저장분야
특정 맥신 층을 완전히 분리시킬 수 있다면 차세대 배터리의 양극소재로 사용될 수 있기에 성능이 매우 뛰어난 배터리 충전용량을 가질 수 있다고 합니다
최근에 한 연구팀이 각 층을 완전히 분리시켜 맥신을 필터에 여과시켜 맥신을 종이와 같은 얇은 필름을 만들었습니다
이 필름을 배터리의 전극으로 사용하여 보니 기존에 배터리 리튬 이온 용량 대비 약 4배가량 뛰어난 용량과 충전 방전속도를 나타내었습니다
2. 수처리 분야
맥신은 폐수처리, 바닷물의 담수화 등과 같은 수처리 분야에서 적용된다면 가장 효율적인 물질이 될 수 있습니다
맥신의 성분 중 하나인 Ti3C2는 매우 높은 효율로 태양광에 있는 물을 증발시킬 수 있습니다. 이렇게 된다면 태양광 발전의 효율이 더욱더 높아질 수 있죠
3. 전도성 코팅
맥신은 심하게 변형되거나 굽혀지거나 하는 상황에서 전기전도성을 유지할 수 있기 때문에 차세대 소재로 더욱 각광받고 있습니다
이렇게 된다면 종이 같은 디스플레이와 같은 것들이 개발될 수도 있습니다.
또한 발전된다면 유연성이 있는 폴리머를 비롯하여 실리콘 엘라스토머, 나일론 섬유와 같은 고분자 재료는 물론이고 유리나 실리콘 같은
세라믹 재료에 대해 전기 전도성을 가지는 코팅이 가능했다고 합니다
4. 마찰전기 발전기
연구진들은 맥신이 기계적 에너지에서 마찰로 낭비되는 에너지를 회생할 수 있는 마찰전기 발전기용 소재로 활용될 수도 있다는 것을
발견하였습니다. 맥신은 전도성이 우수하고 다른 소재와 접촉했을 때 전자를 흡수할 수 있는 능력을 가졌습니다
이를 발전시킨다면 우리가 걸음을 걸을 때나 컴퓨터 타자를 칠 때와 같은 일상생활을 하면서 근육의 운동을 전기에너지로 바꾸는
마찰전기 발전기로 활용할 수 있으며 저전력 휴대장치와 웨어러블장치 등의 전원 공급용 발전기로 사용될 수도 있습니다
오늘은 신소재 맥신에 대해서 알아보았는데요
맥신은 센서, 전극재료 등 여러 가지 방면에서 다양하게 활용할 수 있는 전천후 특수부대 같은 그런 물질입니다
2차원 구조에 금속 특성을 가지고 있어서 전기전도도가 우수한 것이 특징이죠
또한 친수성도 높아서 센서, 전극재료, 의약품 방면에 같이 활용되어 더욱 기술적인 발전을 기대할 것으로 예상됩니다