[대학저널 임지연 기자] 코리아텍(한국기술교육대학교, 총장 김기영) 화학공학부 최순목 교수팀이 c최근 한국세라믹기술원과 공동연구를 통해 세계 최초로 그래핀 나노볼(Graphene hollow nanospheres)을 대량 생산할 수 있는 공정 개발 논문을 발표해 화제를 모았다.
최 교수팀이 발표한 논문 제목은 'One-step growth of multilayer-graphene hollow nanospheres via the self-elimination of SiC nuclei templates(SiC(탄화규소) 탬플릿의 자연 소멸을 통한 속이 빈 다층 그래핀 나노볼의 원 스텝 성장)'이다.
그래핀은 눈으로 볼 수 없을 만큼 매우 얇고(0.2㎚) 투명하지만 강도가 세고 열전도성이 높을뿐 아니라 전자 이동도 빠른 소재다. 2004년 영국 가임(Andre Geim)과 노보셀로프(Konstantin Novoselov) 연구팀이 상온에서 투명테이프를 이용해 흑연에서 그래핀을 떼어 내는 데 성공했다. 이 공로로 2010년 노벨 물리학상을 받으며 차세대 전자소자 재료로 매우 큰 주목을 받아왔다.
그래핀은 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고 반도체로 주로 쓰이는 실리콘보다 100배 이상 전자의 이동성이 빠르다. 강도는 강철보다 200배 이상 강하고 다이아몬드보다 2배 이상 열전도성이 높다. 빛을 대부분 통과시킬 정도로 투명하며 신축성도 매우 뛰어나다.
속이 비어있는 그래핀 나노볼을 제조하는 기존의 기술은 먼저 Ni(니켈) 같은 금속 소재를 사용해 구형의 템플릿을 만들어야 한다. 다음으로 그 템플릿 위에 코팅된 그래핀을 제조한 뒤 금속소재 템플릿을 제거 한다. 이와 같이 여러 단계의 복잡한 공정을 거쳐야하기 때문에 경제성이 떨어지는 단점이 있다.
최순목 교수팀은 "이번에 개발한 제조방법은 기존의 복잡한 제조방법과는 다르게 원스텝 공정으로 대량생산이 가능하다"라며 "기존의 방법과 달리 세라믹 소재인 SiC를 템플릿으로 사용해 그 표면에 그래핀을 코팅시켜 그래핀 나노볼을 제조했다. 특이한 점은 사용한 SiC 템플릿이 공정 중에 스스로 사라지는 점이며 이 기술이 세계 최초의 원스텝 공정을 가능하게 했다. 이번 연구는 나노 소재의 대량 생산 및 산업화에 미치는 파장이 매우 크다"고 말했다.
특히 이번 논문처럼 그래핀을 3차원의 구형으로 제조한 경우 높은 표면적을 나타내기 때문에 리튬이온 배터리, 연료전지, 캐패시터 전극소재, 촉매제, 가스 흡수제, 바이오 분야(제약) 등에 활용될 수 있다.
이번 논문은 세계적 과학저널 네이처 자매지인 '사이언티픽 리포츠 (Scientific Reports)' 온라인 판에 10월 23일 게재됐다.
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