나노기술 및 정책 정보

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기름과 물은 섞이지 않을 수 있지만 적절한 나노입자를 추가하면 이 두 가지 혼합 불가능한 액체를 배터리에서 물 필터, 색조를 바꾸는 스마트 창에 이르기까지 다양한 용도로 사용할 수 있는 젤로 변환할 수 있음.

미국 국립표준기술연구소(NIST)와 델라웨어 대학의 연구진은 이 젤을 만드는 더 좋은 방법을 개발함.

스폰지와 같은 구조를 만드는 상호 연결된 미세한 채널은 다른 물질이 통과할 수 있는 통로를 제공하여 여과에 유용할뿐만 아니라 젤에 많은 양의 내부 표면적을 제공하여 화학 반응 속도를 높이거나 살아있는 조직이 성장할 수 있게 함.

젤은 일반적으로 함께 혼합된 두 가지 액체 용매로 형성됨. 기름과 물과 마찬가지로 이러한 용매는 잘 섞이지 않지만 완전히 분리되는 것을 방지하기 위해 연구원들은 그들 사이의 계면에 머물 수 있는 맞춤형 나노입자를 추가하여 점착성 젤을 형성함.

그러나 각 응용 분야에 대한 맞춤형 나노입자 설계가 어려웠고 젤을 형성하려면 잘 제어될 수 있는 급속한 온도 변화가 필요한 공정이 요구됨. 이러한 제약으로 인해 소량 이상의 산업 규모에 적합한 유형의 젤을 만들기가 어려웠음.

연구진은 ‘용매 분리 구동 젤’의 약어인 ‘SeedGel’이라고 불리는 것을 형성함. 두 용매 사이의 경계면에 남아 있도록 나노입자를 설계하는 대신 선택한 입자가 그 중 하나에 집중됨. 이러한 입자는 서로 반발하는 경향이 있지만, 용매 중 하나에 대한 입자의 친화성은 더 강하고 채널에서 함께 유지됨. NIST 중성자 연구 센터(NCNR)의 중성자 산란 도구를 사용하여 연구진은 원하는 곳에 나노입자를 집중시키는 데 성공함.

두 가지 용매는 본질적으로 기름과 물이고 나노입자는 이산화규소이기 때문에 생성된 젤은 훨씬 쉽게 만들 수 있음. 또한 다양한 산업 용도로 사용할 수 있음.

개발된 ‘SeedGel’은 뛰어난 기계적 강도를 가지고 있으며 제작하기가 훨씬 쉬우며 프로세스는 제조업체가 필요로 하는 것으로 확장할 수 있음. 또한 열 가역성이어서 이 가역성은 완성된 ‘SeedGel’이 갖는 광학적 특성을 나타냄. 온도를 변경하는 것만으로 투명에서 불투명으로, 다시 되돌릴 수도 있음. 이 속성은 두 개의 유리판 사이에 얇은 젤 층을 끼우는 스마트 창에 활용할 수 있음. 이 광학적 특성은 ‘SeedGel’을 센서오 같이 다른 빛에 민감한 응용 분야에서도 유용하게 만들 수 있음.

연구팀의 젤 생성 접근법은 다른 용매-나노입자 조합과 함께 사용할 수 있기 때문에 사용되는 나노입자 유형에 따라 정수 필터 및 기타 여과 공정에 유용할 수 있음. 또한 생성 접근 방식을 통해 형성 과정에서 온도가 변화하는 속도를 변경하여 젤 내의 채널 크기를 조정할 수도 있음.

본 연구 성과는 Nature Communications ("Tunable thermo-reversible bicontinuous nanoparticle gel driven by the binary solvent segregation")에 게재됨.