KAIST(총장 서남표)는 화학과 졸업생(지도교수: 김상율)으로 미국 미네소타 주립대에서 박사 후 연구원으로 재직 중인 서명은 박사가 작은 세공이 그물처럼 연결돼 있는 다공성 고분자 물질을 손쉽게 만드는 방법을 개발해 세계적 학술지 ‘사이언스(Science)’ 6월 15일자 온라인판에 실렸다고 26일 밝혔다.

이 연구결과는 물속의 미세한 불순물을 선택적으로 제거하는 나노 여과막에 적용하면 정수처리, 하수처리, 해수 담수화 등에 폭넓게 활용될 것으로 전망된다.

서 박사 연구팀은 서로 섞이지 않는 두 고분자로 구성된 블록 공중합체가 미세 상분리를 통해 나노 구조를 형성하는 현상을 이용했다.

그러나 기존 연구와는 달리 블록 공중합체가 합성되는 중에 미세 상분리를 유도해 나노 구조를 형성하는 동시에, 가교 반응을 통해 구조를 굳혀 두 고분자가 서로 섞이지 않으면서도 각각의 고분자는 연속상을 이루는 매우 안정한 나노 구조체를 제조했다.

이렇게 얻어진 나노 구조체 중 한 종류의 고분자를 선택적으로 제거해 열적・기계적으로 높은 안정성을 갖는 다공성 고분자 물질을 얻는 데 성공했다.

서명은 박사는 “이번 연구결과는 블록 공중합체를 구성하는 고분자의 길이를 조절함으로써 세공의 크기를 쉽게 조절할 수 있고, 세공의 크기 분포가 균일하며, 세공의 구조가 물질 전달에 매우 효과적인 그물상 구조인 것이 큰 특징”이라고 말했다.

서 박사는 또 “나노 구조체를 형성하는 과정에서 용매를 사용하지 않고 사용하는 단량체를 거의 전량 소모하기 때문에 별도의 후처리가 필요 없고, 가교 반응이 구조 형성 과정에서 동시에 진행되므로 별도로 가교 반응을 수행할 필요가 없다”고 강조했다.

특히, 이번에 개발한 세공은 3차원적 그물상 구조를 갖고 있다.

따라서 세공의 방향에 따라 물질이동이 어려운 1차원적 원통형 세공에 비해 세공의 방향에 상관없이 물질이 이동할 수 있고, 일부가 막히더라도 돌아서 이동할 수 있는 특성상 물질 전달에 더욱 효과적이다.

다공성 고분자 물질은 기존에 잘 알려진 제올라이트나 메조포러스 실리카 등의 다공성 무기 물질과 같이 표면적이 넓고 일정한 크기의 세공을 지녀 물질의 정제 및 분리 또는 반응에 사용될 수 있는 장점을 갖고 있다.

아울러 비약적으로 발달한 고분자 합성 및 공정 기술을 바탕으로 응용 분야에 알맞은 화학적 구조와 물성을 갖는 고분자 골격 및 표면을 구현할 수 있고 나아가 원하는 형태로 물질을 가공할 수 있을 것으로 기대돼 학술적∙산업적으로 매우 높은 가치가 있는 것으로 평가받고 있다.

한편, 서 박사는 98년 KAIST 화학과에 입학해 석사, 박사학위를 모두 KAIST에서 받은 토종 국내파 박사로, 2008년에 졸업해 미네소타 주립대 화학과 마크 힐미어(Marc A. Hillmyer) 교수 연구팀에서 박사 후 연구원으로 일해 왔다