국립공주대학교(총장 임경호)신소재공학과 송성호 교수 연구팀과 충북대학교 이동주 교수 연구팀의 Ti3C2Tx Mxene 기반 LC (liquid crystal) 대한 특성 규명과 LC 기반 자가 조립과 norepinephrin의 동시 중합을 통해 높은 정렬도의 하이브리드 필름 제조하고 이를 비대칭형 커패시터 적용 특성에 대한 연구 결과를 발표했다.

2차원 (2D) 나노 재료의 분산액의 Liquid crystal (LC) 상이 발견됨에 따라 이를 이용한 새로운 높은 정렬도의 3차원 (3D) 확대형 거시구조로 제조가 가능케 되었다. 또한 최근 높은 전기전도도 (~10,000 S/cm), 뛰어난 volumetric capacitance (~1,500 F/cm3) 및 친수성으로 인한 우수한 수분산 특성을 지닌 Mxene (Mn+1XnTx; Tx: surface functional groups)은 대량 생산 뿐만 아니라 광전자, 에너지 저장 및 전자파 차폐 분야 적용을 위해 연구적 관심이 증가하고 있다. 그러나 이러한 Mxene은 자가 재적층으로 인해 높은 배향성을 지닌 거시구조의 구현은 큰 난제가 되고 있다. 이와 관련하여 본 연구팀은 풍부한 기능기를 지닌 Ti3C2Tx Mxene의 LC (liquid crystal)의 특성을 규명하고, LC의 self-assembly 기반 높은 정렬도를 지닌 구조를 제조하고, Mxene interlayer 사이에 norepinephrin을 동시 중합을 통한 높은 기계적 및 전기화학적 특성을 향상시키기 유연 필름을 제조하였다. 더 나아가 LC Mxene/poly(norepinephrine) 하이브리드 필름의 성능 입증을 위해 대칭형 커패시터가 아닌 Zn-ion hybrid 비대칭형 커패시터 (Specific capacity: 92.9 mAh/g (0.2 A/g), energy density: 55.6 Wh/kg, power density: 83.6 W/kg)를 제조하는 데 성공하였다.

논문의 교신저자인 송성호 교수는“생물학적으로 영감을 받은 유기 폴리머를 이용한 MXene의 혁신적인 LC 기반 자가 조립은 자가 재적층 문제를 해결할 뿐만 아니라 거시구조 기반 고성능 MXene 기반 하이브리드 필름 제조를 통해 차세대 에너지 저장 분야 및 전자파 차폐 등 다양한 분야에 큰 응용 가능성을 가지고 있습니다.”라고 밝혔습니다.

이 연구성과는 Springer가 발행하는 MATERIALS SCIENCE, COMPOSITES 분야 JCI 상위 1.4 % 최상위 국제 학술지 Advanced Composites and Hybrid Materials (Impact factor: 23.2)에 게재됐다. (논문명: Scalable liquid？crystalline MXene flms via bio？inspired surface bridging strategy for enhancing electrochemical performance)

원문출처: https://doi.org/10.1007/s42114-025-01312-2