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전북대학교 정광운 교수 연구팀(공대 고분자나노공학과, 대학원 나노융합공학과)이 고분자 복합소재의 열전도 특성 향상을 위한 분자 수준의 계면설계 기술을 개발하고, 이를 통해 열전도성을 획기적으로 개선한 연구를 발표했다.
이번 연구 성과는 재료화학 분야 세계적 권위지 『Angewandte Chemie International Edition』(IF=16.9, 상위 6.1%) 2025년 7월호 표지논문으로 선정되며 학문적 우수성을 다시 한 번 입증했다.
이번 연구에서는 전자가 풍부한 테트라티아풀발렌 기반 반응성 메조겐(TRM)을 전략적으로 설계하고 합성해 열전도성 고분자 복합소재에서 중요한 역할을 하는 계면 상호작용을 분자 수준에서 강화하는 데 성공했다.
일반적으로 고분자와 열전도성 필러(육방정 질화붕소: BN, 팽창 흑연: EG) 간 계면 결합력은 약하여 열전달이 효율적으로 이루어지기 어렵지만, TRM은 고유의 전자구조와 π-π 상호작용을 바탕으로 우수한 계면 친화력을 실현하여 이 문제를 극복했다.
연구팀은 다양한 실험적 분석(광물리, 열역학, 구조분석 등)을 통해 TRM과 필러의 계면상호작용을 정량적으로 입증했으며, 실험적으로 얻어진 TRM 복합체의 열전도도는 이론값에 근접한 것을 확인했다.
이번 연구는 고분자와 무기 필러 간 계면에서 일어나는 분자 수준의 상호작용을 정량적·이론적으로 규명한 사례로, 고기능성 복합소재의 설계 및 응용에 새로운 방향성을 제시한 점에서 큰 의미를 가진다.
한편, 이번 연구를 주도적으로 수행한 임민우 박사과정 학생은 이번 표지논문을 포함해 총 9편의 제1저자 논문을 발표하고 있으며(총 24건의 SCI 논문 참여), 활발한 연구 성과로 교육부장관 우수연구자 표창 및 국내외 학회에서 다수의 수상 경력을 보유하고 있다.
임민우 박사과정생은 “전자풍부 메조겐이 필러와의 계면에서 효과적인 포논 전달을 유도해 열전도 특성을 극대화할 수 있었던 점이 특히 인상 깊었다”며, “이번 연구를 바탕으로 향후 다양한 기능성 필러와의 계면 설계를 정밀하게 조절할 수 있는 고성능 열전도성 복합소재 개발로 이어지길 기대한다”고 밝혔다
한편, 이 연구는 한국연구재단의 기초연구실지원사업, 중견연구자지원사업, 미래소재디스커버리사업, 그리고 학술연구지원사업의 지원을 받아 수행되었다.
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