나노기술 및 정책 정보

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그래핀과 같은 2차원 나노물질 시트를 겹쳐 쌓으면 다양한 용도로 사용되는 시트 사이에 작은 틈이 생김. 브라운 대학 연구진은 물과 나노크기 오염 물질의 다른 액체를 여과하기 위해 나노채널이라고 하는 이러한 시트 사이의 작은 틈을 보다 유용하게 만드는 방법을 발견함.

이러한 나노채널을 여과에 사용하는 데에는 문제가 있으며, 이는 채널의 방향과 관계가 있음. 채널이 시트의 방향에 수직이면 더 좋고, 이 경우 액체는 상대적으로 얇은 스택의 수직 높이만 통과하면 됨. 그러나 현재까지는 수직 배향 그래핀 나노채널을 만드는 좋은 방법이 없었음.

연구진은 탄성 기판에 그래핀 시트를 쌓아 장력을 가해 늘림. 시트가 증착된 후 기판의 장력이 해제되어 수축할 수 있음. 이 경우 상단의 그래핀 어셈블리가 날카로운 봉우리와 계곡 모양으로 주름짐. 그래핀 주름을 잡기 시작하면 시트와 채널을 평면 밖으로 기울이게 됨. 많이 구겨지면 채널이 거의 수직으로 정렬됨. 채널이 거의 수직에 가까워지면 어셈블리를 에폭시로 감싸고 상단과 하단을 잘라내어 재료를 통해 채널을 완전히 열 수 있음.

연구 결과, 매우 작은 분자만 통과할 수 있는 짧고 매우 좁은 채널을 가진 막을 만들 수 있었음. 예를 들어 물은 통과할 수 있지만 유기 오염물이나 일부 금속 이온은 너무 커서 통과할 수 없어 걸러낼 수 있는 것임.

이 연구 결과를 통해 잠재적으로 산업 또는 가정용 필터링 응용 분야를 고려하여 기술을 계속 개발해나갈 계획임.

본 연구 성과는 Nature Communications ("Controlling nanochannel orientation and dimensions in graphene-based nanofluidic membranes")에 게재됨.