재료 과학
호흡 결정: 청정 에너지 및 전자를 혁신
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부산대학교와 공동 연구기관의 연구진은 스트론튬·철·코발트 산화물 박막이 주변 기체의 산소 조건에 따라 구조를 바꿀 수 있음을 보였다. 2025년 8월 Nature Communications에 발표한 연구는 이 가역적 산화·환원 변화를 재료의 ‘호흡’에 비유한다. 실제로 숨 쉬는 건축 자재나 완성된 발전 장치를 만든 것은 아니다.
박막 안에서 무엇이 변했나?
출발 물질은 SrFe₀.₅Co₀.₅O₂.₅ 에피택셜 박막이다. 환원성 기체에 노출하자 구조에서 산소가 빠져나가며 코발트 이온의 평균 산화 상태가 변했지만, 철은 측정 범위에서 거의 변하지 않았다. 특정 자리의 산소 빈자리가 산소가 부족한 새로운 상을 안정화했고, 철의 존재는 구조가 무너지는 것을 막는 데 기여했다. 이것은 실험 조건에서 관찰한 박막의 특성이다.
어떤 결과를 측정했나?
엑스선 흡수 분광법에서 코발트 L 흡수단이 1.65 eV 이동했다. 계산된 코발트의 평균 산화수는 약 +2.91에서 +2.00으로 낮아졌다. 광학 밴드갭은 2.47 eV에서 3.04 eV로 커지고 투명도는 높아졌다. 회절과 전기적 측정은 환원된 결함 페로브스카이트, 브라운밀러라이트, 산소가 풍부한 페로브스카이트라는 세 상태의 차이를 보여줬다.
연구진은 약 400°C에서 수소 3%를 포함한 아르곤 혼합기체, 질소, 산소를 바꿔 공급했다. 박막은 반복 시험에서 큰 구조적 손상 없이 상태를 전환했다. 따라서 원문에서 암시하는 상온의 자동 조절이나 전기를 사용하지 않는 건물 냉난방을 입증한 결과는 아니다. 기체 공급과 가열에도 에너지가 든다.
활용 가능성과 남은 과제
조절 가능한 광학·전기 특성은 앞으로 전자 부품이나 에너지 재료를 설계할 때 활용될 수 있다. 실제 장치를 만들려면 제어 방식, 반복 수명, 제조 비용, 가열과 기체 사용량을 검증해야 한다. 이 연구는 스마트 창, 연료전지, 우주 부품 또는 상용 제품을 시연하지 않았으며 확정된 상용화 시점도 제시하지 않았다.
별도의 기업 사례
JinkoSolar는 태양광 제품을 생산한다. 이 산화물 박막 연구에 참여하지 않았고, 연구 결과로 해당 기업의 주가나 사업 성과를 예측할 수 없다.
(JKS )
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참고 연구
Lee, J. 외 (2025), “Selective reduction in epitaxial SrFe₀.₅Co₀.₅O₂.₅ and its reversibility”, Nature Communications 16, 7391. doi:10.1038/s41467-025-62612-1.
