"그래핀 소재 구조·물성 제어 위한 기술기반 제공"
꿈의 신소재로 불리는 '그래핀'을 입체구조로 만들어 단위면적당 저장값을 높이는 새 연구결과가 국내 연구진을 통해 나왔다.
이는 물속 환경과 자기조립현상을 적용해 제작공정이 간단할 뿐만 아니라 그래핀의 장점인 전기전도성과 플렉서블(휘어지는) 등을 훼손하지 않은 3D 다공성 신소재를 구현한 것이라서 주목된다.
특히 그래핀 젤의 복합화를 통해 다양한 기능을 확인함으로써 나노소재의 구조적·물성적 제어의 새 지평을 열었다는 평가다.
기초과학연구원(IBS) 나노물질 및 화학반응연구단 김상욱 그룹리더팀(KAIST 교수)은 금속기판을 이용한 그래핀 산화물 환원 방법을 시도해 대면적·3차원(D) 구조 제어가 가능한 '굴절·다공성 그래핀 신소재'를 개발했다고 2일 밝혔다.
기존 연구는 2차원 필름 형태 혹은 단순한 덩어리 모양의 그래핀 소재만 보고됐다. 또 탄소나노소재 자체의 강한 결합력 때문에 매우 작은 기공을 가진 다공성 탄소나노소재를 얻는데 어려움이 많았다. 하지만 연구팀의 새 제작공정을 이용할 경우, 튜브 등 다양한 입체 구조물과 매우 작은 기공 크기까지 조절 가능하다.
이는 그래핀의 자기조립현상을 이용해 물 속에서 다공성 그래핀 젤을 구현, 물을 함유하는 3차원 구조의 그래핀 다공성 신소재를 개발했기에 가능했다.
나아가 적절한 건조법을 적용, 작은 기공은 유지하고 수분만 제거해 전기 전도가 우수하면서 플렉시블한 3차원 다공성 그래핀 신소재 개발할 수 있었다.
연구팀은 이와 함께 금속기판 환원방법을 이용해 제조한 그래핀 젤과 이종나노입자와의 복합화를 통한 복합재료를 최초로 보고해 다양한 응용분야에 활용될 수 있음을 입증했다.
개발된 신소재를 수퍼커패시터 전극으로 활용했을 때 33.8mF/㎠의 단위면적당 용량에 있어 세계 최고 수준(4.04 mF/㎠)보다 월등히 높은 값을 보였다는 게 연구팀의 설명이다.
김 교수는 "이번 연구를 통해 획득한 그래핀의 우수한 전기전도도, 플렉시블, 대면적화 가능성 등의 장점은 그래핀 소재가 다양한 분야에서 상용화되는 데 기여할 것으로 기대된다"고 말했다.
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이번 연구성과는 소재분야 권위지인 '어드밴스드 머터리얼스'(Advanced Materials) 1월호 표지 논문으로 선정됐다.
