과학자들은 폐처럼 산소를 호흡하는 수정을 발견했습니다.

과학자들은 산소 호흡 능력을 가진 특수 유형의 결정을 개발했는데, 이는 청정 에너지 기술과 차세대 전자기술에 활용될 수 있을 것으로 기대됩니다. 출처: 부산대학교 진형진 교수

한국과 일본 과학자팀이 비교적 낮은 온도에서 반복적으로 산소를 방출하고 흡수하는 "호흡"이 가능한 새로운 유형의 결정을 발견했습니다. 이 독특한 능력은 연료 전지, 에너지 절약형 창문, 스마트 열 장치 등 청정 에너지 기술 개발 방식에 큰 변화를 가져올 수 있습니다.

새롭게 개발된 이 소재는 스트론튬, 철, 코발트로 만들어진 특수 금속 산화물입니다. 이 소재의 놀라운 점은 간단한 기체 환경에서 가열하면 산소를 방출하고 분해되지 않고 다시 산소를 흡수할 수 있다는 것입니다. 이 과정은 여러 번 반복할 수 있어 실제 응용 분야에 이상적입니다.

이 놀라운 연구는 한국 부산대학교 물리학과의 진형진 교수가 주도하고 일본 홋카이도대학교 전자과학연구소의 오타 히로미치 교수가 공동 집필했습니다. 연구 결과는 2025년 8월 15일 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 에 게재되었습니다. 진 교수는 "마치 수정에 폐를 주는 것과 같아, 명령에 따라 산소를 들이마시고 내쉬는 것과 같습니다."라고 말했습니다. 물질 내 산소 제어는 최소한의 배출로 수소에서 전기를 생산하는 고체 산화물 연료 전지와 같은 기술에 매우 중요합니다. 또한, 전기 스위치처럼 열을 전달할 수 있는 열 트랜지스터(thermal transistor)와 날씨에 따라 열 흐름을 조절하는 스마트 윈도우(smart window)에서도 산소 제어가 중요한 역할을 합니다.

지금까지 이러한 종류의 산소 제어가 가능한 대부분의 소재는 너무 약하거나 극한의 고온과 같은 가혹한 조건에서만 작동했습니다. 이 새로운 소재는 더 온화한 조건에서도 작동하며 안정성을 유지합니다. "이 발견은 두 가지 측면에서 놀랍습니다. 코발트 이온만 환원되고, 이 과정은 완전히 새롭지만 안정적인 결정 구조를 형성한다는 것입니다."라고 진 교수는 설명합니다. 또한 산소를 다시 공급하면 소재가 원래 형태로 돌아갈 수 있음을 보여주며, 이 과정이 완전히 가역적임을 증명했습니다. 오타 교수는 "이것은 실시간으로 스스로를 조정할 수 있는 스마트 소재의 실현을 향한 중요한 진전입니다."라고 말하며, "청정 에너지부터 전자 제품, 심지어 친환경 건축 자재까지 다양한 분야에 적용될 수 있습니다."라고 덧붙였습니다.

연구비 지원: 본 연구는 한국 정부의 지원을 받는 한국연구재단(NRF)의 연구비(RS-2025-00558200)의 지원을 받았습니다. 또한, 본 연구는 한국연구재단이 운영하는 국제협력사업(NRF-2022K2A9A1A01098180)의 지원을 부분적으로 받았습니다. HO는 일본과학진흥회(JSPS)의 과학연구지원사업 A(22H00253)의 지원을 받았습니다. 본 연구의 일부는 사람, 지능, 재료로 미래를 창조하는 크로스오버 얼라이언스와 재료·소자 네트워크 공동연구센터의 지원을 받았습니다. HJ는 교육부의 지원을 받는 한국기초과학지원연구원(국가연구시설장비센터)의 연구비(연구비 번호: RS-2024-00435344)의 지원에 감사드립니다. SP와 SY는 과학기술정보통신부의 지원을 받는 한국연구재단(NRF)의 나노소재기술개발사업의 지원에 감사드립니다(RS-2024-00460372).

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/08/250821004248.htm