NEWS
조회 수 400 추천 수 0 댓글 0
?

단축키

Prev이전 문서

Next다음 문서

크게 작게 위로 아래로 댓글로 가기 인쇄
?

단축키

Prev이전 문서

Next다음 문서

크게 작게 위로 아래로 댓글로 가기 인쇄

높은 비 강성(High specific stiffness), 높은 비 강도(High specific strength), 강력한 에너지 흡수(Strong energy absorption) 등 강점을 보유하고 있는 다공질 재료(Cellular Materials)는 복합재료, 환경, 에너지 및 바이오 등 분야에 응용될 수 있다. 

밀도가 10mg/cm3보다 낮은 초경량 재료는 현재 국제 연구 이슈로 부상하였는데 예를 들면 금속(Ni-P), 세라믹(Al2O3) 베이스 등 초 격자 구조(Superlattice structure)가 포함되고 있다. 

하지만 밀도가 낮아짐에 따라 이런 재료의 역학, 전기적 성능 지수(指數)가 낮아지고(n>2) 있는 동시에 재료 구조의 안정성 및 복구 가능한 형태 변화가 뚜렷이 악화되고 있는 상황이다. 

과학자의 꿈으로 되고 있는 탄소 베이스의 다공질 재료(Cellular Materials)는 탄소 나노튜브 혹은 그래핀으로 구성되었기 때문에 우수한 역학 및 전기학 성능을 동시에 보유하고 있다. 이런 상황은 구조 유닛(탄소 튜브 혹은 그래핀 시트 사이)으로 하여금 공유결합으로 연결되게끔 한다. 하지만 실현하기 매우 어려운 상황이다. 

최근 중국과학원 상하이(上海) 세라믹 연구소 비후이(畢輝), 천이워이(陳一葦), 황푸창(黃富强) 연구원 연구팀은 펜실베이니아 대학교(University of Pennsylvania), 베이징(北京)대학 연구팀은 공동 연구를 통해 일종 3차원 그래핀 튜브 ‘슈퍼 재료’를 발견하였다(그림 1. 참조). 

동 ‘슈퍼 재료’는 일종 신형의 계층적 다공성 구조(Hierarchical porous structure)의 다공질 재료(Cellular Materials)에 속하며 기존 탄소 재료의 강한 역학, 저 밀도, 높은 전기 전도성 등 특성을 동시에 보유하고 있는 것으로 나타났다. 

동 그래핀 거시체의 밀도는 1mgcm-3 수준(연속 조절 가능함)까지 낮아질 수 있으며, 비표면적(specific surface area)은 1000 m2g-1수준까지 도달할 수 있는 것으로 나타났다. 동 3차원 그래핀은 최초로 4개로 연결된 그래핀 나노튜브를 통해 탄소-탄소 공유 결합(Carbon-carbon covalent bond)을 통해 다이아몬드와 유사한 4리간드(Ligand) 3차원의 안정적인 구조를 형성하는 것으로 나타났다. 

동 3차원 그래핀 튜브는 높은 강도를 보유하고 있을 뿐만 아니라 압축 모듈러스(Compression modulus)는 100Mpa 수준에 도달하고 있기 때문에 자체 무게의 40,000배를 지탱할 수 있으며 뚜렷한 형태 변화가 발생하지 않는 것으로 나타났다(그림 2. 참조). 동시에 초고(超高) 탄성을 보유하고 있으며 압축 형태 변화는 95% 이상 수준에 달하고 1,000회 순환 후 거의 완전히 복구할 수 있어 다공질 재료(Cellular Materials)의 최고 수준에 도달한 것으로 나타났다. 

그래핀의 비어 있는 튜브 재료는 우수한 전기전도 비율을 보유하고 있으며 전기전도 비율이 70Scm-1 수준에 달하는 것으로 나타났다. 3차원 그래핀 튜브는 성능이 우수한 탄성 전도체로서 역학 및 전기학 성능은 현재까지 보도된 다공질 그래핀에 비해 1-2 수량 등급이 더 높아 신 에너지 분야에 응용할 수 있는 것으로 나타났다. 

그 외, 동 재료는 초소수성 특성을 보유하고 있으며 초고속 유기용매 흡착을 실행할 수 있으며 유기용매 흡착량은 자체 무게의 600배 이상 수준에 달하기 때문에 해상 오일 유출 등 오수 처리에 사용될 수 있는 것으로 나타났다. 

이번 연구는 국가자연과학기금위원회의 ‘기초과학 연구 프로젝트’ 비용, 상하이시(上海市) 과학기술 위원회의 ‘중점 기금 프로젝트’ 비용 지원을 받아 실행되었다. 

연구팀의 관련 연구 성과는 세계적 학술지 ‘어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)’에 게재되었다(Advanced Materials,DOI: 10.1002/adma.201502682). 


그림 1. 3차원 그래핀 튜브의 거시 및 미시 형태임. 

그림 2. 3차원 그래핀 튜브의 우수한 역학, 전기학 및 화학 흡착 성능임. 

KISTI 미리안 글로벌동향브리핑 2015-09-29






List of Articles
번호 제목 글쓴이 날짜 조회 수
51 페로브스카이트 기반 차세대 디스플레이 소자 기술 동향 file 관리자 2016.11.21 411
50 마그네슘 합금의 성형성 향상 기술 file 관리자 2016.11.21 352
49 나노 에너지 물질 기술 동향 file 관리자 2016.11.21 279
48 건축용 도자타일 산업현황 및 잉크젯 프린팅 도자타일 기술동향 file 관리자 2016.11.10 410
47 내화물 산업 및 기술동향 file 관리자 2016.11.10 408
46 한국경제연구원(KERI) 경제동향 (2016년 4월호) file 관리자 2016.05.30 307
45 캐나다, 중국?인도와 FTA 추진 계획 중 관리자 2016.01.27 332
44 2016 우크라이나에 부는 새로운 바람(上): EU-우크라이나 FTA 관리자 2016.01.27 292
43 기능성 코팅 소재 동향 관리자 2016.01.27 2205
42 2015년 외국인직접투자 동향 관리자 2016.01.27 366
41 그래핀과 나노튜브의 특성 연구를 위한 새로운 하이브리드 모델 관리자 2015.10.01 504
40 미래 전력 기술 나트륨 이온 배터리 관리자 2015.10.01 760
39 매우 플렉시블하고 착용가능한 촉각센서 개발 관리자 2015.10.01 487
38 물, 산 및 염기에 강한 2차원 유기골격 구조체의 개척에 성공 관리자 2015.10.01 403
» 3차원 그래핀 튜브의 `슈퍼 재료` 개발 관리자 2015.10.01 400
36 멀티 레이어 그래핀 압전 효과 연구 관리자 2015.10.01 403
35 2차원 페로브스카이트 하이브리드 시트 관리자 2015.10.01 444
34 삼차원 인쇄된 스마트 고분자를 사용하여 만들어진 복잡하고 스스로 접는 구조 관리자 2015.10.01 488
33 ATM터치스크린용반사방지필름개발 file 관리자 2015.09.15 531
32 자동차용 전지 세계 시장 현황 관리자 2015.01.28 644
목록
Board Pagination Prev 1 2 3 Next
/ 3