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꿈의 소재 ‘그래핀’ 상용화 눈 앞으로

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2014년 02월 02일 21:41 프린트하기

 

기초과학연구원(IBS) 제공
기초과학연구원(IBS) 제공

  국내 연구진이 꿈의 소재 ‘그래핀’의 상용화를 앞당길 새로운 합성법을 개발했다.

 

  기초과학연구원(IBS) 나노물질 및 화학반응 연구단은 그룹리더인 김상욱 KAIST 신소재공학과 교수팀이 유연하면서도 구멍이 많은 3차원 그래핀 신소재를 개발했다고 2일 밝혔다.

  
  그래핀은 육각형 구조의 탄소 원자들이 평면에 배열된 물질인데, 그동안 얇은 막이나 단순히 뭉친 형태로만 만들 수 있었다. 이번 연구는 튜브 모양이면서 물성까지 뛰어난 3차원 소재로 만드는 데 성공해 주목 받고 있다.

 

  연구진은 약산성 용액 속에 그래핀 산화물과 금속기판을 함께 뒀더니 기판 표면에 그래핀 젤이 생긴다는 사실을 발견했다. 기판의 모양과 크기를 달리 했더니 젤의 모양과 크기가 함께 바뀌었으며, 그래핀 산화물이 환원되는 속도를 조절해 젤 속 구멍의 크기도 조절할 수 있었다. 이 소재를 건조시켜 수분을 제거했더니 전기가 잘 통하면서도 유연한 성질을 유지하는 것으로 나타났다.

 

  특히 작은 구멍 덕분에 표면적이 넓어져 한 번에 많은 에너지를 저장할 수 있다는 것이 큰 장점이었다. 이 소재를 에너지 저장소자인 수퍼커패시터 전극에 활용했더니 단위면적당 용량이 기존 세계 최고 수준(4.04 mF/㎠)의 소재보다 8배(33.8 mF/㎠)나 높게 나타났다.

 

  또 이 젤을 산화티타늄, 실리콘 나노입자 등 다양한 나노입자와 결합해 복합재료를 만들어 활용 범위를 넓힐 수 있다는 사실도 확인했다.

 

  김 교수는 “구조와 구멍 크기를 쉽게 조절할 수 있고 다른 물질과 결합이 가능하다는 점에서 맞춤형 그래핀 소재를 만드는 길이 열렸다”며 “유연하고 전기가 잘 통할 뿐만 아니라 대면적으로 만들 수 있기 때문에 그래핀을 상용화하는 데 크게 기여할 것”이라고 말했다.

 

  이 연구결과는 소재 분야 권위지 ‘어드밴스드 머티리얼스’ 1월호 표지논문으로 실렸다.

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