나노기술 및 정책 정보

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중국과학원 물리화학 기술 연구소 연구팀은 천연적인 잠사(蠶絲)를 원자재로 사용하고 여러 프로세스 처리를 거쳐 실크 나노 섬유를 개발하고 한 단계 더 나아가 실크 나노 섬유막을 개발하였음.

막을 기반으로 하는 나노 유체(nanofluids) 시스템과 나노 유체 기술은 나노 마이크로 환경 하에서 양호한 이온 수송 제어 능력을 나타내고 있는데 이런 능력은 염도차이 에너지를 위해 새로운 아이디어를 제공해 주고 있음. "역 전기 투석 기술(reverse electrodialysis, RED)"은 밝은 응용 전망을 보유하고 있는 일종 염도차이를 이용하여 에너지를 취득하는 방법인데 동 방법은 자연 물 환경 중의 다양한 물 사이의 깁스 자유 에너지(gibbs free energy)에 대한 캡처를 통해 지속적으로 전기 에너지를 취득하고 있는 방법임. "RED 시스템" 중에서 제일 핵심적인 부품은 이온 교환 막인데 막 재료의 성능 향상을 통해 더욱 높고 더욱 안정적인 에너지를 캡처하는 것은 과학연구 인원들의 연구개발 방향이 되고 있음.

연구팀의 실험 결과에 따르면, 동 복합 막을 단일 성분의 막과 비교해 보면 에너지 전환 성능 면에서 뚜렷하게 향상된 것으로 나타났으며, 이론 시뮬레이션을 실행한 결과 복합 막은 독특한 이온 전송과 에너지 캡처 면에서 우수한 특성을 보유한 것으로 나타났으며, 복합 시스템이 50배 염도차이에서 출력하는 에너지의 밀도가 2.86W/m2 수준에 도달하는 것으로 나타났음. 그 외, 연구팀의 실험 결과에 따르면, 다공성 구조, 화학 구성과 표면 전위(電位) 비대칭 복합 막은 효과적으로 이온의 수송을 추진할 수 있는 것으로 나타났음. 연구팀이 개발한 복합 막은 비교적 넓은 pH 범위 내에서 비교적 폭 넓은 작업 환경 특징을 보유하고 있으며, 특히 알칼리성 용액 속에서 복합 막은 우수한 에너지 전환 성능을 보유하고 있는 것으로 나타났는데 이런 특징 때문에 연구팀이 개발한 복합 막은 공업 폐수 에너지를 추출할 수 있는 성능을 보유한 것으로 나타났음. 특히 주목해야 할 점은 β-접음 시트(β-pleated sheet)가 잠사(蠶絲) 단백질의 풍부한 함유량 및 복합 막 사이의 수소 결합 역할의 도움을 받아 동 막 재료는 장시간 안정성을 나타낸다는 점으로서 이런 특징은 동 복합 막의 실제 응용을 위해 중요한 과학적 기반을 제공해주고 있는 상황임.

연구팀은 관련 연구개발 성과를 기반으로 중국 "국가 발명 특허"를 신청한 상황임(특허 신청 번호: 201811524533.4).

본 연구 성과는 Nature Communications에 공개됨.