세라믹 소재 분야 국제학술지 Ceramics International(ISSN:1873-3956, MATERIALS SCIENCE & CERAMICS 분야 JCR 상위 8.1%)논문 게재

충격파 유동 노출로 강화된 Ce-BaTiO₃ 나노입자, 공학적 응용 가능성 제시

충격파및기체역학 실험실의 김익현 교수 연구팀이 Ceramics International 저널에 발표된 "Tuning photocatalytic activity of Ce-doped BaTiO₃ nanoparticles by encountering acoustic shock wave flow exposure" 연구를 통해 세륨 도핑-바륨 타이타네이트 나노입자의 합성과 특성 분석으로 충격파 처리 기술이 나노재료의 구조 및 광촉매 성능을 획기적으로 개선할 수 있음을 입증했다. 이번 연구는 환경 정화 및 에너지 효율 향상 등 다양한 공학적 응용 분야에서 혁신적 솔루션을 제공할 것으로 기대된다. 

김익현 교수 연구팀은 솔-젤법을 이용해 합성한 Ce-BaTiO₃나노입자에 충격파 유동을 노출시켜, 충격파 유동이 재료의 미세구조에 미치는 영향을 체계적으로 분석하였다. X선 회절(XRD)과 리에트벨트 정밀 분석을 통해 확인된 결과, Ce-BaTiO₃는 우수한 결정성을 가진 정방정계 구조를 띠며, 충격파 유동으로 인해 격자 상수가 증가하고 결정 크기가 급격히 감소하는 것으로 나타났다. FESEM 분석에서는 충격파 횟수가 증가함에 따라 입자 크기가 축소되었으며, Raman 및 FTIR 분석은 이러한 구조적 변화를 정량적으로 입증하였다. 특히, UV-DRS 분석 결과 충격파 유동 노출 후 Ce-BaTiO₃의 광학 밴드갭이 소폭 증가한 것으로 나타났으며, XPS 분석을 통해 산소 결손 및 표면 화학 상태 변화가 확인되었다. 이러한 특성 변화는 나노입자의 광촉매 활성에 결정적인 영향을 미치며, 실제 메틸 블루 염료 분해 실험에서는 충격파 유동으로 처리된 샘플이 우수한 성능을 보였다.

김익현 교수는 “충격파 유동으로 인한 미세구조 변화와 결함 생성, 잔류 응력 증대가 Ce-BaTiO₃ 나노입자의 광촉매 활성 향상에 기여하는 주요 요인”이라고 설명했다. 이 같은 결과는 환경 오염 물질 제거, 폐수 처리, 그리고 신재생 에너지 분야에서의 촉매 반응 제어와 같은 공학적 응용에 큰 잠재력을 지니고 있다. 연구진은 이러한 기술이 차세대 환경 정화 시스템, 효율적인 에너지 전환 장치, 그리고 첨단 센서 및 디바이스 개발에 핵심 역할을 할 것으로 전망하고 있다.

관련논문 링크: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2025.01.147​