이온 100배 빨리 수송하는 그래핀 나노채널 구현

배터리 충방전 등에 응용

▲그래핀 나노채널 디자인과 제작 프로세스.[사진제공=미래부]

[아시아경제 정종오 기자] 이온을 100배 빨리 수송하는 그래핀 나노채널이 구현됐다. 배터리의 고속 충방전, 해수 담수화 장치의 에너지 절감 등 소자 성능의 획기적 향상이 기대된다.

한창수 고려대 교수 연구팀이 5nm이하의 그래핀 나노채널에서 이온유체가 100배 빨리 지나간다는 사실을 처음으로 발견했다. 100nm 이하의 나노채널에서는 마이크로 크기의 채널에서 볼 수 없는 이온의 중첩과 분리, 유체와 이온의 고속 이송 등 특이한 현상이 발생해 수처리 멤브레인, 이온 필터, 배터리, 센서 등에 활용이 가능한데 현재 제작되는 나노채널은 유속이 느리다는 문제점을 가지고 있다.

이번 연구에서 대량 생산이 가능한 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition)으로 다양한 크기, 대면적 사이즈의 그래핀 나노채널을 제작해 기존 나노채널에서 보다 약 115배 이상 빠른 이온 이송도를 구현했다. 특히 5nm 사이즈 이하의 나노채널에서는 이온선택성(ion selectivity)에 의해 특정 이온만 채널을 통과할 수 있게 되며 그래핀의 고유한 특성으로 전기삼투 유동 현상이 매우 크게 극대화 되는 것으로 분석됐다.

고속 유동의 가능성을 발견함으로써 앞으로 그래핀 나노채널을 활용해 해수 담수화, 에너지 하베스팅, 생체 이온 채널 모사, 신개념 이온 트랜지스터 등의 분야에서 새로운 패러다임을 제시할 것으로 기대된다.

이번 논문에는 정원석 충남대 기계공학부 교수가 제1저자로 참여했다. 연구 결과는 나노분야 세계적 권위의 어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)지에 온라인 2월22일자(논문명: A novel fabrication of 3.6-nm-high graphene nanochannels for ultrafast ion transport)에 실렸다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr