이온 100배 빨리 수송하는 그래핀 나노 채널 개발

나노채널 위 그래핀의 라만 분석기 스펙트럼./사진=미래창조과학부

이온 유체를 나르는 수 nm(나노미터·10억 분의 1m) 크기의 통로(채널)의 수송 속도를 개선할 방법이 나왔다.

미래창조과학부는 한창수 고려대 기계공학부 교수팀이 ‘꿈의 신소재’ 그래핀으로 나노채널을 만든 결과, 이온 유체를 나르는 속도가 100배 이상 증가함을 확인했다고 23일 밝혔다.

그래핀은 탄소 원자 한개 층으로 이뤄진 소재로, 구리나 실리콘보다 전기적인 특성이 뛰어나 흔히 ‘꿈의 신소재’로 불린다.

연구진은 기존 반도체 공정을 이용, 실리카로 기본 채널을 만들고 그 위에 그래핀을 옮겨 3.6nm, 10nm, 50nm 높이의 채널을 각각 제작했다. 이 중 3.6nm 높이의 나노채널은 기존 실리카 채널보다 이온을 수송하는 능력이 115배 이상 빨랐다.



특히 5nm 사이즈 이하의 나노채널에서는 특정 이온만 채널을 통과할 수 있게 되며, 그래핀의 고유한 특성으로 전기삼투 유동 현상이 극대화 되는 것으로 분석됐다.

한창수 교수는 “이번에 개발한 새로운 형태의 그래핀 기반 나노채널은 에너지 수집(Energy Harvesting), 해수 담수화, 이온 트랜지스터 등 다양한 분야에 사용돼 소자의 성능을 획기적으로 향상할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

이번 논문에는 정원석 충남대 교수가 제 1저자로, 김장헌 KAIST 박사과정, 김수현 KAIST 교수, 박형규 ETH 교수, 정유성 KAIST 교수가 공동저자로 참여했다. 이번 연구는 미래부 나노소재기술개발사업과 글로벌프론티어사업의 지원으로 수행했으며, 연구 결과는 지난달 22일 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼스’(Advanced Materials)에 실렸다. /문병도기자 [e-mail]

한창수 고려대 교수./사진=미래창조과학부