정택동 서울대 교수팀, 전류 흐르는 절연막 개발

국내 연구진이 모래와 유리의 성분이자 절연체인 산화실리콘(SiO2) 박막에도 전류를 흐르게 하고 제어할 수 있다는 사실을 규명했다. 절연막을 전기분해, 전기도금과 같은 전기화학 기반 요소 기술로 활용할 수 있는 가능성을 제시했다.

미래창조과학부는 정택동 서울대 화학부 교수(사진) 연구팀이 이 같은 내용의 새로운 전기화학 반응을 입증했다고 1일 발표했다.

연구팀은 절연체인 산화실리콘 박막을 통해서도 특정 조건에서는 충분히 전류가 흐르고, 그것을 제어하면 절연체 박막 상의 다양한 전기화학적 반응을 유도할 수 있다는 것을 확인했다.

산화실리콘과 같은 산화물은 절연체이기 때문에 그동안 전극으로는 사용되지 않았다. 그러나 연구팀은 산화막 안에서 전자 대신 양성자가 투과할 수 있다는 것에 착안해 산화막으로 덮인 전극을 산성 수용액 전해질에 담근 후 전압을 가했다. 용액에서 산화막 안으로 이동해 들어간 수소 이온의 환원을 통해 전류가 흐르는 것을 발견한 것. 절연막인 산화막을 사이에 두고 수소를 매개체로 전기화학 반응이 일어났다는 게 연구팀의 설명이다. 이는 물리적 현상을 화학적으로 이해하고 응용했다는 측면에서 반도체 물리와 전기화학의 융합 연구 성과라는 평가를 받고 있다.

이 연구를 이용하면 지구상에 흔히 존재하는 산화실리콘 표면에서 이산화탄소와 산소를 환원시킬 수 있고, 절연체 위에 촉매 물질을 자유롭게 전기도금할 수 있게 된다. 플라즈마 디스플레이 패널과 같이 산화물을 전자 소재의 전극으로 사용하거나 산화물 촉매를 이용해야 하는 환경·에너지 산업에도 응용할 수 있을 것으로 기대된다.

정 교수는 “2차전지나 태양전지, 연료전지 등 각종 에너지 변환 장치와 전자 회로, 바이오센서 등 폭넓은 분야에 적용되는 것이 전기분해, 전기도금과 같은 전기화학 기반 요소 기술”이라며 “생활 속에 다양하게 존재하는 절연체인 산화막을 전자소재 및 촉매 등에 값싸게 응용해 적용할 수 있는 가능성을 확인한 게 이번 연구의 의미”라고 평가했다.

이번 연구 성과는 네이처 커뮤니케이션스 11월호에 실렸다.

김태훈 기자 taehun@hankyung.com