세라믹 소재 분야 국제학술지 Ceramics International(JCR 상위 7.4%)논문 게재

충격파 유동 제어 기술을 소재·환경 분야에 접목한 융합 연구

충격파및기체역학 실험실의 김익현 교수 연구팀이 충격파 유동을 활용해 기능성 소재의 구조와 표면 특성을 조절하고, 이를 통해 오염물질 분해 성능을 높일 수 있는 가능성을 제시했다. 이번 연구는 충격파 유동 제어 기술을 소재·환경 분야에 접목한 융합 연구로, 향후 친환경 촉매 및 에너지·환경 소재 개발에 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 이번 성과는 Ceramics International에 게재된 "Shock-Wave-Induced Surface and Electronic modifications in BiOI with Structural Stability for Enhanced Photocatalysis" 논문을 통해 발표됐다. 본 연구는 충격파및기체역학 실험실의 Sivaprakash 박사 연구원이 제1저자로 참여하고, 김익현 교수가 교신저자로 참여하여 수행되었다. 

연구팀이 주목한 소재는 비스무트 옥시요오드화물(Bismuth Oxy Iodide, BiOI)이다. 이 소재는 가시광선을 흡수할 수 있어 광촉매로 활용 가능성이 높지만, 빛을 받아 생성된 전자와 정공이 빠르게 다시 결합하는 한계가 있어 성능 향상에 제약이 있었다. 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해, 별도의 화학적 첨가나 복잡한 복합화 공정 대신 충격파 유동을 인가하여 소재 내부 결함과 표면 상태를 제어하는 방법을 적용했다. 가장 주목할 만한 결과는 광촉매 성능 향상이다. 대표적인 유기 염료 오염물질인 로다민 6G(Rhodamine 6G) 분해 실험에서, 충격파 유동에 노출된 시료는 약 54.95%의 분해 효율을 보여, 무처리 시료의 23.43%보다 두 배 이상 높은 성능을 나타냈다. 또한 추가 검증 실험으로 수행한 설파메톡사졸(sulfamethoxazole) 분해에서도 충격파 처리 시료의 성능 향상이 확인되어, 이번 기술이 단순한 색소 제거가 아니라 실제 오염물질 저감에도 효과적일 수 있음을 보여주었다.

연구팀은 충격파 처리를 통해 전자와 정공의 재결합이 줄어들고, 오염물질 분해에 직접 관여하는 반응 종의 활성이 높아진 것으로 분석했다. 충격파가 단순히 강한 물리적 자극에 그치는 것이 아니라, 소재의 전자 이동 특성과 표면 반응성을 조절하는 새로운 공정 변수로 작용할 수 있음을 입증한 것이다. 이번 연구의 의의는 충격파 및 극한유동 제어 기술이 기능성 소재 개발과 환경 정화 응용 분야로 확장될 수 있음을 실증적으로 제시했다는 데 있다. 특히 유체역학 기반의 충격파 유동을 재료, 에너지, 환경 분야에 융합함으로써, 기존 연구와 차별화된 새로운 학제 간 연구 방향을 제안했다는 점에서 학문적 가치가 크다. 아울러 향후 고기능성 소재의 성능 제어와 응용 기술 개발 측면에서도 산업적 활용 가능성이 높을 것으로 기대된다.

관련논문 링크: doi.org/10.1016/j.ceramint.2026.03.259