나노기술 및 정책 정보

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  국내 연구진에 의해 주로 2차원적인 박막형태로 이용되고 있는 그래핀을 3차원적인 나노구조화하는 새로운 기술이 개발되었다. KAIST 김상욱 교수 연구팀은 분자조립 나노기술을 이용해 꿈의 소재 그래핀을 3차원 다공성 구조체로 만드는데 성공했다. 이번 연구는 화학분야 저명 학술지인‘안게반테 케미 인터내셔널 에디션 (Angewandte Chemie International Edition)’핫페이퍼(Hot paper)로 선정되어 온라인 속보 (11월 29일자)에 게재되었다.
  꿈의 신소재로 불리는 그래핀은 높은 전기전도도, 기계적 강도와 유연성 등 우수한 특성을 가졌으나 분자의 배열을 조절하기 힘들어 그 우수한 물성을 이용하는데 한계가 있다. 특히 2차원적 박막에 대한 연구는 활발히 진행되고 있으나, 기계적으로 유연한 3차원의 구조형성에 대한 연구는 전 세계적으로 매우 드문 실정이다.

  그래핀을 3차원 구조화하면 비표면적이 증가하고 평면일 때와는 다른 전기적, 물리적 성질을 기대할 수 있으며, 화학적 기능기화도 극대화 될 수 있다.
  김상욱 교수 연구팀은 천연흑연을 산성용액으로 처리하여 그래핀 산화물을 얻은 후 고분자로 표면처리를 하였다. 이렇게 만들어진 그래핀 산화물/고분자 복합체를 유기 용매에 녹인 후 습도가 높은 공기를 불어넣어 주면 매우 쉽게 다공성 그래핀/고분자 복합체 막을 얻게 된다. 이후 열처리를 통해 고분자를 선택적으로 태워주면 그래핀이 조립되어 형성한 3차원 다공성 나노구조를 얻을 수 있다. 또한 이 구조에 추가적으로 질소 도핑을 하게 되면 전기 전도도가 향상되고 다양한 금속, 산화물 물질로 기능기화 할 수 있다. 실제 김상욱 교수 연구팀은 이렇게 제작된 질소 도핑된 3차원 다공성 그래핀 구조체를 축전기용 전극으로 적용하였을 때, 평면구조의 그래핀을 적용하였을 때보다 2배정도 증가한 저장용량을 관찰하였다.
  이번 연구결과는 김상욱 교수지도하에 이선화 학생의 주도로 진행되었으며, 그래핀을 이용하여 구조가 잘 제어된 3차원형태의 제작이 가능하다는 것을 세계 최초로 보고한 사례로서 연구팀은 국내특허 출원을 완료하였고 이를 이용한 에너지 저장 소자, 조직공학용 소재등에 대한 후속 연구를 진행하고 있다.