[이슈메이커=임성희 기자]
수소취성 극복한 금속신소재 개발 기대
나노역학시험법으로 소재의 물성 정확히 파악, 평가
“수소산업 활성화에 이바지할 것”
수소가 미래에너지로 주목받고 있지만, 여러 가지 기술적 한계가 발목을 잡고 있다. 구슬이 서말이어도 꿰어야 보배이듯, 아무리 좋은 재료가 있어도 사용하지 못하면 아무 소용이 없다. 수소를 에너지화하기 위해선 친환경 수소를 얻고, 저장하고 운반하고 사용하는 모든 과정에 최첨단 기술이 필요하다. 특히 수소를 저장하고 운반시 사용되는 금속소재는 오랫동안 수소취성(Hydrogen embrittlement, 水素脆性) 이라는 난제에 봉착해 있는데, 수소취성은 쉽게 말해 철강의 암이라고 표현할 정도로 고치기가 힘들고, 종국에는 금속소재를 파괴시키기도 해 안전성의 문제가 크다. 금속소재 연구를 나노역학시험법으로 접근하는 이동현 교수는 수소취성을 극복한 금속신소재를 개발하겠다는 포부를 밝혔다.
나노역학시험법으로 첨단구조재료 바라보고, 차별화된 연구성과 도출
‘금속’은 다른 재료들과 달리 눈에 쉽게 보이고 만지기도 쉽다는 생각이 든다. 하지만 이런 생각을 깨고 나노단위로 금속을 바라보고 분석하고 평가하는 방법론으로 차별화된 연구성과를 내는 신진연구자가 있다. 충남대 이동현 교수는 석박사 기간동안 주로 고엔트로피합금의 기계적 특성과 미세조직 간의 상관관계를 나노역학 관점에서 평가/분석하는 연구를 수행하였고, 금속분야의 최상위 저널이라고 평가되는 Acta Materialia지에 2편, Scripta Materilia지(Acta Materialia의 자매지)에도 2편을 게재하며 연구자로서 좋은 성과를 얻었다. 독일 막스플랑크 철강연구소의 금속 3D 프린팅 연구그룹에서 박사후연구원으로 근무하며 3D 프린팅으로 제작된 철강재료 및 니켈계 초합금에서 발생되는 수소취성에 대한 연구를 수행하였고, 관련된 주제로 독일의 Alexander von Humboldt 재단에서 수여하는 Humboldt Research Fellowship에 선정되는 영예를 안기도 했다. 이런 성과로 그는 2020년 3월 충남대 금속전공 분야 교수로 부임해 현재 활발히 연구하고 있고, 2024년 4월에는 나노역학시험법을 활용해 구조재료의 미세조직·역학특성·환경 간의 상관관계를 규명하는 연구로 대한금속·재료학회 ‘신진 학술상’을 수상하기도 했다. “기계적 성능이 우수하고 다양한 기능성을 갖는 금속소재를 첨단구조재료라고 칭하는데요, 금속재료 미세조직을 불균일하게 만들면 기계적 성능을 향상시킬 수 있다는 것이 저희 학계 이슈이고, 우리 연구실도 불균일한 미세조직을 만들기 위해서 가공기법을 다양하게 접근하고 있으며 수소, 극저온, 중성자 등 극한환경에서 잘 버티는지를 분석하고 평가해서 실제 다양한 현장에서 활용될 수 있는지까지 연구하고 있습니다” 덧붙여 그는 연구그룹의 차별화로 나노역학시험법을 들었다. “금속의 미세조직과 특성간의 상관관계를 나노스케일에서 진행해 그 관계성을 구축한 노하우를 보유하고 있으며 합금설계에 활용하고 있습니다” 나노역학시험범은 경도 측정에 한 해서는 정확성과 신뢰성이 높지만, 그 외 다른 물성들을 신뢰성 있게 평가하기에는 다양한 융합지식과 노하우가 바탕이 되어야 하고 장비인프라도 구축되어야 해서 진입장벽이 높은 편이다. 이동현 교수는 대학원때부터 나노역학을 공부하며 그만의 노하우를 쌓았고, 현재 연구 진행에 있어 그가 가장 잘할 수 있는 방법론으로 자리잡고 있다.
다루기 힘든 수소, 수소취성 극복한 신소재 개발로 수소 에너지화 앞당길 수 있을까?
이동현 교수는 ‘실시간 수소 장입 나노역학시험법을 활용한 금속재료 내 미세조직 인자 별 수소취화 영향 분석’ 과제로 2024 신진연구과제에 선정됐다. “충남대 임용 이후 고엔트로피합금 및 적층제조 합금에 대한 수소취성 메커니즘 규명 연구를 집중적으로 수행했습니다”라며 “12대 국가전략기술로 수소기술이 손꼽히는 만큼 수소 저장과 운송에 연구가 집중되고 있는데요, 넓은 범위의 온도 및 수소 환경에서 고강도 및 고인성이 확보된 소재의 사용이 요구되며, 우수한 기계적 성능과 내수소취성을 동시에 갖는 합금을 개발하기 위해서는, 미세조직 인자 별 수소 영향을 독립적으로 규명할 수 있는 나노역학시험법이 꼭 필요하다고 생각합니다”라고 설명했다. 특히 그는 연구과정에서 수소 장입이 이루어지는 상태에서 나노역학시험을 수행하는 ‘실시간 수소 장입 나노역학시험법의 활용’이 연구성과를 고도화하는데 중요함을 강조했다. “1~3차 년도의 연구 결과로부터 내수소취성 향상을 위한 미세조직 조합을 제시한 뒤, 4차 년도에 적층제조공정을 통해 제작하고자 합니다” 이 교수는 본 과제를 통해 금속재료의 수소에 의한 변형/파괴/열화 메커니즘 규명에 대한 원천기술 확보하고 수소산업 활성화에 기여함은 물론, 관련 전문인력양성에도 이바지하고 싶다는 바람을 피력했다.
“기초연구와 응용연구의 조화 갖추기 위해 노력”
수소산업 관련 신소재 연구를 하고 있기에 그는 연구성과가 수소산업 활성화에 긍정적인 영향을 미쳤으면 하는 마음을 전했다. 학생들을 교육하는 교수의 입장에서는 학생들이 독립적인 연구자로 성장할 수 있길 간절히 바라며 “이상적인 연구 태도를 습득하기 위한 첫 단계가 바로 ‘to do list 작성’이라 생각하여 이를 학생들에게 자주 강조합니다. 이를 통해 독립연구자로서의 소양을 갖출 수 있고, 이는 연구뿐만 아니라 다양한 분야에 적용할 수 있는 자신의 능력이 될 수 있다고 생각합니다”라고 말했다.
이동현 교수 연구그룹은 기존에 없던 새로운 소재를 연구하고 개발하며 무(無)에서 유(有)를 창조해 내고 있다. 유(有)가 창조되기까지 인고의 시간이 필요하겠지만 창조만 된다면 세상에 이로운 역할을 할 것이다. 벌써 미래 수소산업 활성화에 이바지할 연구로 기대를 더하고 있고 향후에는 나노역학시험법에 빅데이터, 머신러닝기법을 접목해 합금설계 피드백을 제공하는 연구에도 도전해보고 싶다는 이동현 교수의 포부도 눈에 띈다.
