한국기술교육대학교 뉴스

코리아텍의 최순목 교수팀 ( 에너지신소재화학공학부 , 48 세 , 사진 ) 은 한국세라믹기술원 ( 경상남도 진주 ) 과 공동연구를 통해 세계 최초로 ‘ 꿈의 소재 ‘ 로 불리는 그래핀 나노볼 (G raphene hollow nanospheres) 을 대량 생산할 수 있는 공정 개발 논문을 발표해 화제를 모으고 있다 .

▲ 뒷줄 왼쪽부터 서승호 ( 대학원생 ), 서강현 ( 대학원생 ), 손근식 ( 대학원생 ), 김병근 ( 박사후연구원 , 논문 1 저자 )

※ 그래핀 G raphene) 이란 ?

눈으로 볼 수 없을 만큼 매우 얇고 (0.2 ㎚ ) 투명하지만 , 강도가 세고 열전도성이 높을 뿐 아니라 전자 이동도 빠른 소재다 . 2004 년 영국 가임 (Andre Geim) 과 노보셀로프 (Konstantin Novoselov) 연구팀이 상온에서 투명테이프를 이용하여 흑연에서 그래핀을 떼어 내는 데 성공 , 이 공로로 2010 년 노벨 물리학상을 받으며 차세대 전자소자 재료로 매우 큰 주목을 받아왔다 .

그래핀은 구리보다 100 배 이상 전기가 잘 통하고 , 반도체로 주로 쓰이는 실리콘보다 100 배 이상 전자의 이동성이 빠르다 . 강도는 강철보다 200 배 이상 강하고 , 최고의 열전도성을 자랑하는 다이아몬드보다 2 배 이상 열전도성이 높다 . 빛을 대부분 통과시킬 정도로 투명하며 신축성도 매우 뛰어나다 .

최 교수팀이 발표한 논문 제목은 ‘One-step growth of multilayer-graphene hollow nanospheres via the self-elimination of SiC nuclei templates (SiC( 탄화규소 ) 탬플릿의 자연 소멸을 통한 속이 빈 다층 그래핀 나노볼의 원 스텝 성장 )’ 이다 .

속이 비어있는 그래핀 나노볼을 제조하는 기존의 기술 들은 먼저 Ni( 니켈 ) 같은 금속 소재를 사용해 구형의 템플릿을 만들어야 한다 . 다음으로 그 템플릿 위에 코팅된 그래핀을 제조 후 , 금속소재 템플릿을 제거 한다 . 이와 같이 여러 단계의 복잡한 공정을 거쳐야하기 때문에 경제성이 떨어지는 단점이 있다 .

최순목 교수팀은 “ 이번에 개발한 제조방법은 기존의 복잡한 제조방법과는 다르게 원스텝 공정으로 대량생산이 가능하다 ” 면서 “ 기존의 방법과 달리 세라믹 소재인 SiC 를 템플릿으로 사용하여 그 표면에 그래핀을 코팅시켜 그래핀 나노볼을 제조하였다 . 특이한 점은 사용한 SiC 템플릿이 공정 중에 스스로 사라지는 점이며 , 이 기술이 세계 최초의 원스텝 공정을 가능하게 했다 . 이번 연구는 나노 소재의 대량 생산 및 산업화에 미치는 파장이 매우 크다 ” 고 연구의 의미를 설명했다 .

특히 이번 논문처럼 그래핀을 3 차원의 구형으로 제조한 경우 , 높은 표면적을 나타내기 때문에 리튬이온 배터리 , 연료전지 , 캐패시터 전극소재 , 촉매제 , 가스 흡수제 , 바이오 분야 ( 제약 ) 등에 활용될 수 있다 . 특히 , 현재 전기 및 하이브리드 자동차 산업의 급격한 발전으로 인하여 배터리 분야의 소재 개발은 매우 중요시 되고 있다 .

최순목 교수팀의 이번 논문은 세계적 과학저널 네이처 자매지인 ' 사이언티픽 리포츠 ' (Scientific Reports) 온라인 판에 10 월 23 일 게재 되었다 . 연구팀은 이번 논문의 제 1 저자인 박사후 과정 연구원 1 명 ( 김병근 박사 ) 과 대학원생 3 명으로 구성되어 있다 .

한편 이번 최순목 교수 연구팀의 성과는 연구재단의 ‘ P - 형 skutterudite 열전소재 에너지변환 특성 향상을 위한 격자응력 조절기술 ’ 과제의 지원을 통해 이루어 졌다 .< 끝 >

붙 임 : 최순목 교수팀 논문 핵심 그림

< 그림 1> 원스텝 공정으로 제조된 그래핀 나노볼의 전자투과현미경 사진과 그래핀 나노볼의 생성 메커니즘

< 그림 2> SiC 템플릿의 자발적 소멸 전과 후를 보여주는 전자투과현미경 사진

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