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‘천연가스’ 이용해 나노와이어 저렴하게 대량생산한다

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‘천연가스’ 이용해 나노와이어 저렴하게 대량생산한다

2016.01.28 18:00
(a) 나노와이어 제조 원리 모식도. (b) 나노와이어 성장 현상의 주사전자현미경(SEM) 이미지 - 울산과학기술원(UNIST) 제공
나노와이어 제조 원리 모식도(a). 나노와이어 성장을 주사전자현미경(SEM)으로 촬영했다. - 울산과학기술원(UNIST) 제공

 

국내 연구팀이 디스플레이나 반도체 등 다양한 산업 소재에 사용할 수 있는 나노와이어를 저렴한 비용으로 대량생산할 수 있는 기술을 개발했다.

 

박수진·곽상규 울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부 교수 공동연구팀은 천연가스를 이용해 나노와이어를 제조할 수 있는 기술을 개발했다고 28일 밝혔다.

 

그동안 나노와이어를 만들려면 백금과 같은 귀금속 촉매와 순수한 가스 형태의 금속을 사용해 비용이 많이 들 뿐만 아니라, 산성 용액이나 유기 재료 등을 쓰는 탓에 제조자의 건강까지 위협한다는 문제가 있었다.

 

연구팀은 귀금속 촉매를 쓰지 않고도 천연가스를 섭씨 800도 이상으로 가열하는 열분해 공정을 활용해 순수한 나노와이어를 성장시키는 데 성공했다.

 

천연가스는 고온에서 수소와 탄소로 분해되는데 여기서 나온 수소가 물질 표면의 산소와 결합해 나노와이어를 성장시키는 역할을 한다. 또 탄소는 나노와이어 표면을 코팅해 공기층과의 접촉을 막아 열적 화학전 안정성을 높인다. 

 

연구팀은 귀금속 촉매를 쓰지 않아 제조 비용을 낮추고, 공정이 단순해 대량생산이 가능하다는 장점이 있다고 설명했다.

 

실제로 이 기술로 만든 게르마늄 나노와이어를 리튬이온전지에 적용한 결과, 기존 흑연 소재보다 용량이 크고, 고속 충·방전을 1000회 이상 반복하더라도 용량을 99%이상 유지하는 등 성능이 뛰어난 것으로 나타났다.

 

박 교수는 “이 기술이 전기자동차나 에너지저장장치 시장에 크게 기여할 것”이라며 “태양전지나 반도체 분야에서도 기반 기술이 될 수 있다”고 말했다.

 

연구 결과는 저널 ‘나노 레터스(NANO Letters)’ 21일자 온라인판에 실렸다.

 

곽상규, 박수진 울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부 교수 - 울산과학기술원(UNIST) 제공
곽상규(왼쪽), 박수진 울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부 교수 - 울산과학기술원(UNIST) 제공

 

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