'꿈의 신소재' 그래핀 3차원 합성 성공

<<이 기사의 엠바고 6월 30일 오전 2시는 국제 학술지 '네이처'가 정한 것으로, 고객사의 제작 편의를 위해 미리 송고합니다. 엠바고 시간 이전에 인터넷 등 외부로기사를 배포해서는 안 됩니다. 엠바고 파기시 책임을 져야 합니다.>><이 기사는 2016년 06월 30일 02시 00분부터 사용할 수 있습니다.

고객사의 제작 편의를 위해 미리 송고하는 것으로, 그 이전에는 절대로 사용해서는안됩니다.

엠바고 파기시 전적으로 귀사에 책임이 있습니다.>IBS 유룡 단장팀 "전극재료·세슘 처리기술 등에 활용"

반도체 분야 '꿈의 신소재'로 불리는 그래핀을3차원으로 만들 수 있는 기술이 개발됐다.

기초과학연구원(IBS)은 나노물질 및 화학반응 연구단 유룡 단장 연구팀이 제올라이트 거푸집을 이용해 마이크로 크기의 구멍들로 이뤄진 3차원 그래핀을 제작하는데 성공했다고 30일 밝혔다.

그래핀은 탄소 원자들이 벌집 모양으로 결합한 2차원 물질로, 이를 3차원으로만들면 다시 평면으로 돌아가 3차원 전극소자에 활용하기 어려웠다.

연구팀은 란타늄을 촉매로 사용해 제올라이트 내 미세한 기공들에 탄소 결정을주입하는 데 성공했다.

제올라이트는 무수히 많은 초미세한 구멍 구조를 가진 일종의 광물로, 지름 1나노미터(㎚, 10억분의 1ｍ) 이하의 구멍에서 일어나는 화학반응을 이용해 산업 현장에서 흡착제나 촉매제 등으로 쓰거나 의학 분야에서 주사 매개체 등으로 사용할 수있다.

란타늄 촉매를 이용하면 탄소화합물이 연소하는 온도가 기공 안과 기공 밖이 서로 달라져 기공 안에만 탄소 결정이 남게 된다. 이어 산 용액으로 제올라이트 거푸집을 녹여 3차원 그래핀을 제조했다.

연구팀은 이번에 개발한 3차원 그래핀을 상업용 그래핀 전지 음극재에 적용해기존 100mAh(밀리암페어아워)의 정전용량을 300mAh로 끌어올리는 데 성공했다.

이론에만 그쳤던 3차원 그래핀을 양산할 수 있는 원리가 밝혀짐에 따라, 앞으로고성능 전극 재료나 고효율 거름막(멤브레인), 흡착제, 슈퍼커패시터(대용량 축전기) 등 다양한 분야에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

특히 특정 성분만 걸러낼 수 있는 거름막에 적용하면 세슘 등 방사성 물질을 처리하는 데도 사용할 수 있다.

특히 제올라이트는 1t당 300달러 정도로 저렴하고, 제올라이트 거푸집을 제거하는 공정도 간단해 상용화를 앞당길 수 있을 전망이다.

유룡 단장은 "X선 회절 분석법을 통해 이번에 개발한 3차원 그래핀이 완벽한 탄소 결정구조로 돼 있는 것을 확인했다"면서 "2차원 그래핀의 장점에 나노 다공구조까지 갖춘 3차원 그래핀은 반응하는 표면적이 넓어 화학산업 전반 공정의 효율을 높이는 데 기여할 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구는 세계적인 과학 학술지 '네이처'(Nature) 온라인판 30일자에 실렸다.

jyoung@yna.co.kr(끝)<저 작 권 자(c)연 합 뉴 스. 무 단 전 재-재 배 포 금 지.>