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그래핀으로 진공압력 측정하는 기술 개발

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2016년 12월 29일 18:00 프린트하기

※1분 요약

1. 흑연을 한 층 떼어낸 소자인 그래핀은 두께가 0.2㎜로 얇습니다. 동시에 전기전도도가 높아 미래형 전자기기에 사용하려는 다양한 시도가 이뤄지고 있지요.

2. 국내 연구진이 그래핀을 가지고 새로운 시도를 했습니다. 대부분의 산업공정에서 활용되는 ‘진공압력’ 측정기술에 그래핀을 적용한 것입니다.

 

 

국내 연구진이 ‘꿈의 신소재’라 불리는 그래핀을 활용해 진공을 측정할 수 있는 새로운 기술을 개발했다. 

 

연구진이 개발한 측정기기의 모식도. 연구진은 두 개의 그래핀 조각(초록색, 연두색) 사이 나노 크기의 기공(회색 타원)을 만든 형태의 기기를 제작했다. - 신라대 제공
연구진이 개발한 측정기기의 모식도. 연구진은 두 개의 그래핀 조각(초록색, 연두색) 사이 나노 크기의 기공(회색 타원)을 만든 형태의 기기를 제작했다. - 신라대 제공

안성일 신라대 에너지화학공학부 교수 팀이 이끄는 공동 연구진은 그래핀 조각 사이 나노 크기 기공(구멍)의 크기를 통해 진공압력 변화를 측정할 수 있는 기술을 개발했다고 29일 밝혔다.

 

연구진이 개발한 장치의 원리는 고등학교 화학교과서에 나오는 ‘반데르발스 인력’이다. 두 개의 분자는 가까워질수록 서로를 밀어내지만 1nm 이하의 거리로 매우 가까워지면 서로 끌어당기는 인력이 발생한다는 이론이다.

 

연구진은 그래핀 조각 사이에 나노 크기의 균일한 기공을 만들었다. 기공에 들어온 기체 분자의 양이 많아지면 분자 사이의 간격 역시 좁아져 인력이 커진다. 이때 기공 크기가 변화하며 그래핀 조각 간의 간격 역시 좁아지고 그 결과 전기전도도 변화로 나타난다. 전기전도도 변화를 기준으로 진공상태 여부를 파악하는 것이다.

 

연구진이 개발한 기기는 10초 간격으로 진공과 대기압 상태를 반복해 변화시켜도 무리없이 작동한다. - 신라대 제공
연구진이 개발한 기기는 10초 간격으로 진공과 대기압 상태를 반복해 변화시켜도 무리없이 작동한다. - 신라대 제공

진공압력을 측정하기 위한 기존 장비는 오차가 10~30%로 크며 미세한 변화를 감지하기 위해 복잡하고 덩치가 큰 시스템을 사용했다. 연구진이 개발한 장비는 오차가 약 3%며 두께가 얇은 그래핀을 사용하기 때문에 초소형 센서로 제작할 수 있다. 또 기존에 측정이 어려웠던 고진공 상태(10⁻⁷mbar)까지 측정할 수 있다는 장점도 있다.

 

안 교수는 “우주과학, 재료과학, 박막제조 등 거의 모든 산업 영역에서 진공압력 측정기술을 활용하고 있다”며 “3년 이내 상용화 가능할 것으로 약 3조원의 수입 대체 효과를 얻게될 것으로 기대한다”고 말했다.

 

이 연구 성과는 학술지 '사이언티픽 리포츠' 15일자에 실렸다

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