<사진. 다층 그래핀 멤브레인을 통한 물 침투
출처. KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』>

새로운 그래핀 페인트

미국 연구진은 부식이 되지 않는 그래핀 페인트를 만드는데 성공했다.

그래핀의 표면은 그래핀 산화물을 생성하기 위해서 산소가 무작위로 도포되어 있다. 그래핀 산화물은 화학 산업, 제약 산업, 전자 산업에 큰 영향을 끼칠 수 있는 그래핀의 한 가지 유형이다. 페인트로 적용될 때, 이것은 다양한 산업 분야에 적용될 수 있는 매우 강하고, 비-부식성인 코팅으로 활용될 수 있다.

그래핀 산화물 용액은 유리에서부터 금속과 기존의 벽돌까지 다양한 표면 위에 도포될 수 있다. 간단한 화학적 처리 후에, 생성된 코팅들은 화학적 및 열적 안정성의 측면에서 흑연처럼 작용하지만, 가장 강한 재료로 알려진 그래핀과 유사한 인성을 가지고 있다.

Rahul Nair 박사와 노벨상 수상자인 Sir Andre Geim이 이끄는 이번 연구팀은 그래핀 산화물로 만들어진 다층 박막이 건조 조건 하에서 진공 상태를 만들지만, 물과 기체에 노출되면 특정 조건 하에서 작은 분자들을 통과시킬 수 있는 분자체로서의 역할을 한다는 것을 발견했다. 이 연구결과는 정수 분야에 새로운 혁신을 불러올 수 있을 것이다.

이런 대조적인 특성은 그래핀 산화물 박막의 구조 때문이다. 그래핀 산화물 박막은 서로의 상부 위에 임의적으로 적층된 수백 만 개의 작은 박편으로 구성되었지만 그들 사이에 나노크기 모세관들을 남긴다. 물 분자들은 이런 나노모세관(nanocapillaries) 내부에 존재하려고 작용하고, 작은 원자들과 분자들을 끌어당길 수 있다.

저널 Nature Communications에 게재된 최근 연구에서, 맨체스터 대학(University of Manchester)의 연구팀은 간단한 화학적 처리를 사용해서 이런 나노모세관들이 서로 밀집하게 존재할 수 있다는 것을 증명했다. 이것은 모든 것(가스, 액체, 강한 화학물질)을 완벽하게 차단할 수 있고, 그래핀 박막보다 더 기계적으로 강하게 만들 수 있게 한다. 예를 들어, 이번 연구진은 그래핀 페인트로 피복된 유리 제품 또는 구리판이 강한 부식성을 가진 산의 용기로서 사용될 수 있다는 것을 증명했다.

그래핀 페인트의 뛰어난 차단성은 새로운 보호 코팅과 부식 방지 코팅의 개발을 위해서 맨체스터 대학과 협력하고 있는 많은 기업들이 큰 관심을 끌고 있다. “그래핀 페인트는 공기, 날씨, 부식성 화학물질로부터 제품을 보호하는 분야에서 새로운 혁신을 불러올 수 있을 것이다. 예를 들어, 이 연구결과는 의료 분야, 전자 분야, 원자력 분야, 조선 분야에 적용될 수 있을 것”이라고 Nair 박사가 말했다.

이 연구의 주저자인 Yang Su 박사는 “그래핀 페인트는 플라스틱, 금속, 모래 등과 같이 모든 재료에 적용될 수 있다. 예를 들어, 그래핀으로 코팅된 플라스틱 박막들은 기존의 코팅보다 공기와 수증기를 덜 투과하기 때문에 수명을 향상시킬 수 있는 의료용 패키징에 매우 유용하게 적용될 수 있을 것이다. 또한 그래핀 페인트의 매우 얇은 층들은 광학적으로 투명하다”고 말했다.

■ KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 http://mirian.kisti.re.kr