| 상하이규산염연구소, 3차원 그래핀 튜브의 ‘슈퍼재료’ 발견 | ||
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 최근, 중국과학원 상하이(上海)규산염연구소, 펜실베이니아대학교(University of Pennsylvania)와 베이징(北京)대학교 공동연구팀의 비후이(畢輝), 천이웨이(陳一葦), 황푸창(黃富強) 등은 3차원 그래핀 튜브의 ‘슈퍼재료’(그림1)을 발견하였다. 해당 슈퍼재료는 계층적 다공성 구조를 가진 새로운 다공성재료(cellular material)에 속하며, 기존의 탄소재료보다 훨씬 우수한 강한 역학, 저밀도, 고전도성 특성을 갖고 있다. 해당 그래핀 거시적 물체의 밀도는 최저로 1 mg cm-3(연속 조절가능)에 달할 수 있고, 비표면적은 최고로 1,000 m2g-1에 달한다. 해당 3차원 그래핀은 최초로 탄소-탄소 공유결합을 통한 4개의 그래핀 나노 튜브로 연결되어 금강석과 유사한 4배위 3차원 안정적인 구조를 형성하였다. 관련 성과는 학술 잡지 ‘Advanced Materials’(DOI: 10.1002/adma.201502682)에 발표되었다. 높은 비강성(specific stiffness), 높은 비강도(specific strength), 강한 에너지 흡수 등 장점을 보유한 다공성 재료는 복합재료, 환경, 에너지원과 생물 등 분야에 응용될 수 있다. 금속(Ni-P), 세라믹(Al2O3)매트릭스 등 초격자 구조와 같이 밀도가 10 mg/cm3보다 낮은 초경재료의 구축은 현재 국제 연구의 이슈이다. 그러나 밀도가 낮아짐에 따라 이러한 재료의 역학, 전기학적 성능 지수(n>2)는 낮아지며 동시에 재료구조의 안정성 및 회복 가능한 변형은 뚜렷이 나빠진다. 과학자가 바라는 탄소계의 다공성재료는 탄소나노튜브 또는 그래핀으로 조성되고 또 우수한 역학 및 전기학적 성능을 동시에 보유하고 있는 재료이다. 또한 이러한 요구를 만족시키자면 구조 유닛(탄소튜브 또는 그래핀 조각 사이)이 공유결합으로 연결되어야 하지만 실현하기 아주 어렵다. 해당 3차원 그래핀 튜브는 높은 강도를 갖고 있으며, 압축모듈은 100 MPa에 달하고 자체 무게의 40,000배를 지탱할 수 있으며 형태가 변하지 않는다(그림2). 동시에 초고탄성을 갖고 있으며 압축변형은 95% 이상에 달하고 1,000회 순환한 후 거의 완전히 회복되며 모든 다공성재료에서 최고의 수준이다. 그래핀 빈 튜브 재료는 우수한 전도율을 갖고 있으며, 전도율은 70 Scm-1에 달한다. 3차원 그래핀 튜브는 성능이 우수한 탄성유도체 재료로서 그 역학과 전기학적 성능은 현재 보고된 다공성 그래핀보다 1~2개 수량급이 높으므로 새로운 에너지원 분야에 응용될 수 있다. 이 외, 해당 재료는 초소수 특성을 보유하고 있으며 유기용제 흡착속도가 빠르고 자체 무게의 600배 이상에 달하는 유기용제를 흡착할 수 있으므로 바다 기름유출 등과 같은 오염수 처리에 이용될 수 있다. 정보출처 : http://www.cas.cn/syky/201509/t20150923_4429093.shtml |
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