KAIST 국제공동연구팀 주도…소수성 구리 표면 위 증착된 그래핀의 내부식 안정성 증명
구리(Cu) 표면 굴곡에 따라 그래핀을 코팅하는 기술을 국제공동연구팀이 최초 개발했다.
이 기술은 물에 젖지 않는 성질은 그대로 유지하면서 그래핀으로 인해 내부식성과 열전도도를 향상시킬 수 있어 앞으로 해수담수화 장비나 열교환기 등 물 포집 기능이 필요한 장비 효율 향상에 기여할 것으로 보인다.
KAIST 기계항공시스템공학부 오일권 교수 연구팀과 미국 렌슬러공대 코라트카(Koratkar) 교수로 구성된 공동연구팀은 전기도금으로 거칠게 만들어 소수성을 띠는 구리 위에 그래핀을 직접 합성하는 방식의 코팅기술을 개발했다고 3일 밝혔다.
열전도도가 높고 부식에 강한 그래핀은 코팅재로 유용하지만, 기존의 합성된 그래핀 필름을 구리기판 위에 올리는 방식은 물에 대한 친화성(친수성, 소수성)을 변화시키는 한계가 있었다.
이에 연구팀은 에너지를 받은 기체가 기판에 흡착·퇴적되는 원리를 이용한 '화학기상증착법'으로 그래핀을 소수성 구리 기판 위에 합성·코팅하는 경우 표면에 영향을 미치지 않을 수 있다는 점을 알아냈다.
실제 그래핀이 증착된 소수성 구리 기판은 고온(200℃) 환경과 소금물 속에서도 5시간 동안 산화와 부식이 일어나지 않고 표면 소수성을 유지하는 것으로 나타났다.
또 일반 구리 기판보다 30% 가량 더 많은 양의 수증기를 물방울로 응집시킬 수 있다고 연구팀은 설명했다.
오 교수는 "이번 연구로 개발된 기술은 소수성 구리 기판 위에 높은 열전도도와 내부식성을 부여할 수 있다"며 "이를 해수담수화 플랜드에 응용하면 효율성 향상에 기여 할 수 있을 것"이라고 기대했다.
이번 연구성과는 재료분야 국제학술지 어드밴스드 머티리얼스지(Advanced Materials) 온라인판 5월 3일자에 게재됐다.
◆용어설명
▶그래핀(graphene):탄소 원자층으로 된 물질로 기계적 강도와 신축성, 높은 열전도도와 화학적 안정성 때문에 주목받는 신소재
▶소수성(疏水性):물에 섞이지 않으려는 성질. 소수성 표면은 물에 젖게 되면 물이 흡수되지 않고 표면에 물방울을 형성해 표면이 오염되거나 젖지 않는다.
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▶화학기상증착법(CVD, Chemical Vapor Deposition):에너지를 받은 기체가 기판에 흡착ㆍ퇴적되는 원리를 이용한 박막제조방식으로 구리, 니켈 등의 금속필름과 고온의 가스를 반응시키면 필름 표면에 그래핀이 형성된다.
