국내 연구팀이 이온을 100배 빨리 수송하는 그래핀 나노채널을 만들었다.
한창수 고려대 교수 연구팀은 5㎚(나노미터) 이하의 그래핀 나노채널에서 이온유체가 100배 빨리 지나간다는 사실을 처음으로 발견했다고 23일 밝혔다.
100㎚ 이하 나노채널에서는 마이크로 크기 채널에서 볼 수 없는 이온 중첩과 분리, 유체와 이온 고속 이송 등 특이한 현상이 발생한다. 이 때문에 수처리 멤브레인, 이온 필터, 배터리, 센서 등에 활용이 가능하지만 유속이 느리다는 문제점을 갖고 있다.
연구팀은 대량 생산이 가능한 화학기상증착법으로 구리 포일 위에 성장된 단일층 그래핀을 이용해 3.6㎚, 10㎚, 50㎚ 높이를 갖는 다양한 크기의 나노유체채널을 제작했다. 제작된 그래핀 나노채널을 이용해 기존 실리카로 된 친수성 나노채널에서보다 약 115배 빠른 이온 이송도(3.6㎚)를 구현했다. 5㎚ 사이즈 이하의 나노채널에선 이온선택성(ion selectivity)으로 특정 이온만 채널을 통과할 수 있게 된다. 그래핀 고유 특성으로 전기삼투 유동 현상이 매우 크게 극대화되는 것으로 분석됐다.
한창수 교수는 “새로운 형태의 그래핀 기반 나노채널로 에너지 하베스팅, 해수 담수화, 가스와 이온 필터 센서, 트랜지스터 등 다양한 산업분야에 사용되는 소자 성능을 획기적으로 향상시키는데 활용될 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
연구 결과는 나노분야 학술지 어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)지에 지난달 22일 온라인 게재됐다.
송혜영기자 hybrid@etnews.com
