나노기술 및 정책 정보

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● 영국 University of Manchester의 Andre Geim 교수 연구팀이 벨기에 및 중국의 과학자들과 협력하여 원자 두께의 멤브레인(membrane)에 원자 크기의 구멍(기공)을 만들어 정밀하고 효율적으로 가스를 분리할 수 있는 분자 체(molecular sieve)를 제작

● 기공의 크기가 원자/분자의 크기와 비슷하다면 가스 원자나 분자는 그 지름에 따라 멤브레인을 통과하거나 차단되며 산업용 가스 분리 기술은 이러한 원리를 적용

● 산업용 가스 분리 기술은 다른 크기의 기공을 가지고 있는 다공성 폴리머막을 활용하는데 기공의 크기가 미세하면 가스의 흐름이 감소하는 정확성과 효율성 사이의 상충관계 존재

● 그동안 가스 원자나 분자에 대한 선택도(selectivity)가 동일할 경우 원자 두께의 멤브레인이 기존의 멤브레인과 비교하여 보다 용이하게 가스가 흐르도록 하여 가스 분리의 정확성과 효율성을 보다 균형있게 이룰 수 있을 것으로 추측되어 왔으며, 연구팀은 이에 착안하여 저에너지 전자를 사용하여 그래핀에 지름이 약 2옹스트롬(angstroms, Å) (0.2nm)인 기공을 생성시켜 헬륨이나 수소와 같은 가스에 대해 실질적으로 완벽한 99.9%의 선택도를 달성

● 해당 분자 체가 상용화되기 위해서는 개별 구멍이 아닌, 조밀한 간격의 기공을 갖는 멤브레인이 필요하며, 이를 위해서는 소재 자체가 기공을 갖는 2차원 물질을 찾는 것이 필수적으로 요구되므로 연구팀은 이를 위한 추가 연구를 수행할 예정

※ 용어설명

- 선택성(selectivity): 화학반응에서 어떤 물질이 여러 물질 중에서 특정의 물질만을 선택하여 반응하는 경향

- 옹스트롬(angstrom, Å): 빛의 파장이나 원자의 배열을 잴 때 쓰며, 1Å은 0.1nm(나노미터)

※ Nature Communications(2021.12.09.), “Exponentially selective molecular sieving through angstrom pores”