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생체물질 모방 탄소나노용액으로 미래전극 만든다 목록

조회 : 1773 | 2013-10-23

 

 

탄소나노소재 고농도 분산기술을 세계최초로 개발한 KERI 이건웅·한중탁 박사 - KERI 제공

▲  탄소나노소재 고농도 분산기술을 세계최초로 개발한 KERI 이건웅·한중탁 박사

- KERI 제공 

 

  1990년대부터 2000년도 초반 그래핀이 나오기 이전에 탄소나노소재는 가장 유망한 미래 소재기술 중 하나로 꼽혔다. 그렇지만 최근에는 관련 연구는 물론 산업화의 움직임도 보이지 않는다.

 

  문제는 분자와 분자 사이에 작용하는 '반데르발스힘' 때문에 탄소나노소재가 서로 엉겨 용매에 섞이지 않고 가라앉아 버려 산업적으로 활용하기가 어려웠다는 것이다.

 

  반데르발스힘을 이겨내고 용매에 고농도로 분산되면 끈적끈적한 '페이스트' 상태가 되는데, 이렇게 되면 탄소나노소재는 기존에 비해 전기전도성도 높아지고, 다른 소재와 융합이 쉬워져 활용 가능성은 한층 높아진다. 기존에도 계면활성제 등을 이용해 탄소나노소재를 용매에 녹이는데 성공했지만 구조가 깨져 전도성이 낮아진다는 단점이 있었다.

 

  최근 국내 연구진이 이같은 '고농도 분산' 문제를 간단하게 해결해 주목받고 있다.

 

  한국전기연구원(KERI) 창의원천연구본부 나노융합기술연구센터 이건웅·한중탁 박사 공동연구팀은 단백질이나 DNA같은 생체물질의 구조를 모방해 탄소나노소재를 용매에 고농도로 분산시킬 수 있는 기술을 개발했는 연구성과를 네이처의 자매지 '네이처 커뮤니케이션' 온라인판 7일자에 실었다.

 

  연구진은 '다중수소결합'을 이용해 탄소나노소재의 고농도 분산문제를 해결했다. 수소결합은 원자가 전자를 끌어당기는 힘이 강한 플르오르(F), 산소(O), 질소(N) 등과 수소 사이에 일어나는 결합으로, 분자와 분자를 강하게 잡아당긴다. 다중수소결합은 이런 수소결합이 한번에 3개 이상 나타나는 결합으로 반데르발스힘을 극복하기에 충분하다.

 

 

KERI 합동연구팀은 단백질과 DNA 구조에서 각 가닥이 수소결합을 이루는 것을 보고 탄소나노소재의 고농도 분산 기술을 개발했다. - KERI 제공

▲ KERI 합동연구팀은 단백질과 DNA 구조에서 각 가닥이 수소결합을 이루는 것을 보고 탄소나노소재의 고농도 분산 기술을 개발했다. - KERI 제공 

 

  연구팀은 이를 위해 다중수소결합을 이룰 수 있는 특수 기능기를 도입했다. 탄소나노튜브의 말단이나 그래핀의 모서리에 붙은 이 기능기는 탄소나노소재간의 4개의 수소결합을 이루며 구조를 유지하는 동시에 다른 용매에도 쉽게 섞일 수 있도록 성질을 바꿨다. 길게 이어진 분자간 수소결합을 이뤄 만든 이 구조는 생체물질인 단백질과 DNA의 결합모형을 모방한 것이다.

 

  한중탁 박사는 "이번에 개발한 기술은 탄소나노소재의 높은 전도성은 유지하면서 다양한 소재와 융합하기 쉽게 만들었다는 것이 핵심"이라며 "미래형 신축전극, 에너지 소자용 인쇄전극, 에너지 저장소자용 전기화학적 촉매 등 다양하게 쓰일 수 있다"고 말했다.

 

 

최새미 기자 saemi@donga.com

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