맥신(MXene) 정의, 꿈의 신소재 맥신 특징 및 문제점_상용화 가능한가?

안녕하십니까, 

부매경입니다. 

 

오늘은 꿈의 신소재라는 불리는 맥신(MXene)에 대해서 알아보도록 하겠습니다. 

 

맥신(MXene), KAIST 홈페이지 캡쳐

 

1. 맥신(MXene) 이란?

• 2차원 소재로 금속(전이금속)과 탄소(C), 질소(N)로 구성
• 금속층과 탄소층이 교대로 쌓인 2차원 나노물질
• 다층 구조로 표면처리 등을 통해 다양한 종류의 소재 개발 가능 

 

MXene의 M은 전이 금속(Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr 등)을 의미하며, X는 탄소(C) 또는 질소(N)를 나타냅니다. 2011년에 발견된 2차원 금속 카바이드, 질화물 또는 탄질화물로 새로운 2차원 구조의 재료입니다. 

 

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2. 맥신(MXene) 특징

1. 전도성 : 높은 비 표면적과 높은 전도성이 가지는 것이 가장 큰 특징임 
2. 열적 특성 : 상온 및 대기 중에 안정적이며, 열전도성도 우수함 
3. 화학적 특성 : 다양한 화학 환경에서도 안정성을 유지 
4. 자성 : 일부 MXene은 우수한 자기 특성을 가짐 
5. 탄성 : 그래핀보다 탄성이 우수함
6. 전자파 차단 우수

 

맥신(MXene) 결합은 구조적으로 매우 강한 금속 및 이온 결합 특성을 가지고 있습니다.  여러 금속화합물과 조합하여 높은 은 전기전도성을 가져 반도체나 전자기기 등에 활용될 것으로 기대하고 있습니다. 

 

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3. 맥신(MXene) 문제점

1. 제조 및 가공의 어려움 : 강한 화학처리와 높은 온도의 염기 용액이 필요한 공정으로 고비용이며 대량생산이 어려움
2. 금속원소 선택의 한정성 : 다양한 전이 금속 소재와 결합할 수 있으나, 현재 티타늄 기반의 맥신 연구에 집중
3. 화학적 안정성 문제 : 고온에서 물과 반영하거나, 일부 소재에서는 공기와 반영하여 산화발생 
4. 전자의 이해력 부족 : 소재의 특성과 미세 조절을 위해서는 소재의 전자 및 광학적인 특성의 이해가 필요함

 

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4. 맥신(MXene) 상용화?

맥신(MXene)은 상용화하기 위해서는 합성 비용의 절감 방안, 합성 공정에 미치는 영향 등을 파악하고 합성 공정에서 발생하는 비용을 최소화하며, 산화가 발생하지 않도록 해야 합니다. 그리고 이 얇은 판에 발생한 산화물을 검사할 수 있는 방법 등 다양한 연구가 필요합니다. 현재 매년 꾸준하게 관련된 연구와 특허가 증가하고 있으나, 의미 있게 사용하기 위해서는  5~10년은 있어야 한다고 합니다. 

 

 

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5. 맥신(MXene) 적용분야

5.1 배터리 기술 

• 기존 전극 소재인 그래핀보다 10배 전도도가 높아 이차전지 활용
• 배터리 수명 연장 및 충전 시간 단축

 

5.2 부식 방지 및 코딩

• 표면에 초음파 처리를 통해 빛과 박테리아에 대한 내구도 강화
• 석유기반의 화학제품의 대안으로 가죽, 종이, 건축 등에 활용

 

5.3 전자 소자 

• 전자기 보호분야, 웨어러블 전자 분야 활용

 

맥신 활용 분야, KAIST 홈페이지 캡쳐

 

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6. 맥신(MXene) 관련회사

• 휴비스 : 맥신 고분자 나노복합체 및 제조방법 특허 출원
• 태경산업 : 맥신 소재인 금속 카바이드 사업
• 센코 : 한국화학연구원과 맥신 관련 특허 수행 이력

 

맥신(MXene)은 현대 재료과학 분야에서 혁신적인 소재로 부각되고 있습니다. 다양한 응용분야에서 혁신을 이끌어낼 가능성이 높은 미래 신소재이나, 여전히 많은 숙제가 있는 것은 사실입니다. 앞으로 관심 있게 지켜보는 것이 좋을 것 같습니다. 

 

감사합니다. 

 

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