국립부경대학교는 김정환 신소재시스템공학전공 교수팀이 유연성과 초탄성, 소수성을 모두 갖춘 새로운 X선 차폐용 에어로겔을 개발했다고 밝혔다.

의료와 과학, 산업, 군사 등에서 폭넓게 활용되는 X선 기술은 인체 노출 시 건강상 위험을 초래할 수 있어 효과적인 차폐재가 필수적이다.

현재 보편적으로 쓰이는 납 차폐재는 독성 및 환경 오염 문제가 있고 유연성도 떨어진다. 40~88 keV 구간에서 흡수율이 낮고 이차 방사선 차단 능력도 부족하다는 한계가 지적돼왔다.

그동안 납을 대체하려는 시도들이 있었으나 대부분 2차원 유연 박막 형태에 집중하면서 감쇠 단면적 제약으로 흡수 성능 개선에 근본적 한계가 있었다.

연구팀은 3차원 다공성 구조가 밀도는 낮으면서도 유연하고, 복잡한 기공 안에서 광자가 흡수-산란-재흡수를 거듭하며 체류 시간이 길어져 효율을 대폭 끌어올릴 수 있다는 점을 활용했다.

가돌리늄 기반 상분리 유도 전략으로 3차원 광자 케이지 구조의 유연 에어로겔을 만든 뒤, 폴리다이메틸실록산 코팅과 페로브스카이트 물질 Cs3Bi2I9를 결합했다. 그 결과 초탄성·소수성·단열성·내동결성을 확보하고 4중 상호보완 X선 흡수 특성까지 구현한 신소재가 탄생했다.

새로 개발한 에어로겔은 4중 흡수 메커니즘과 광자 케이지 효과가 시너지를 일으켜 광범위한 에너지 대역에서 뛰어난 차폐력을 발휘했다. 40~120 kV 전압 범위 실험에서 76~97%의 높은 흡수율을 나타냈다. 실제 의료 현장 적용 가능성을 검증하기 위해 삼성서울병원과 협력해 CT 장비로 차폐 성능을 확인하는 작업도 마쳤다.

김정환 교수는 "경량성과 유연성을 갖춘 고효율 X선 차폐 소재 개발에 새로운 구조 설계 방향을 제시했다"며 "의료·군사·산업 등 여러 영역에서 폭넓게 쓰일 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 교육부, 한국연구재단 지원 및 국립부경대 글로벌 공동 연구 지원으로 수행됐다. 논문 'Photon-Cage-Structured Aerogels with Quadruple Complementary Compounds for Efficient X-ray Absorption'은 화학 분야 세계적 저널 'Advanced Functional Materials'(IF=19)에 실렸다.