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황을 이용한 그래핀 제조기술 개발

글쓴이 : Riushop 날짜 : 2019-11-29 (금) 11:33 조회 : 16

황을 이용한 그래핀 제조기술 개발

 

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<황을 이용한 그래핀 제조의 모식도>

 

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 탄소융합소재연구센터 유남호 박사팀은 황을 포함(도핑)한 그래핀을 제조하는 공정을 개발했다. 개발된 황을 포함한 그래핀은 수은을 포함한 중금속 흡착이 가능하고, 복합 소재의 강도와 가스 차단성이 향상되었으며, 사용된 황은 다시 회수하여 재사용이 가능하다. 연구진은 향후 폐기 시 환경오염을 유발하는 황 폐기물을 이용할 수 있을 것이라고 밝혔다. 

 

황’ 들어간 그래핀, 중금속 흡착 가능 및
복합소재 강도와 가스차단성 향상

 

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<황 도핑 그래핀을 이용한 폴리이미드/그래핀 나노 복합체 필름의 사진>

 

최근 석유 정제과정에서 부산물로 생성되는 대량의 황 폐기물로 인한 다양한 환경적인 문제를 해결하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 국내의 경우 대부분의 황 폐기물을 처리할 방법이 없어 중국에 수출하고 있다. 하지만 중국의 산업 고도화로 인해 수출량이 줄어들 것으로 예측됨에 따라 황을 활용할 수 있는 다양한 신소재의 개발을 시도하고 있지만, 현재 가시적인 성과가 나오고 있지 않은 상황이다.
꿈의 소재라 불리는 그래핀은 흑연을 산화시킨 후 다시 환원시켜 제조할 수 있다. 이때 환원을 돕는 환원제가 필요한데, KIST 연구진은 150도 이상의 온도에서 녹은 황이 효과적인 환원제 역할을 할 수 있다는 점을 이용하였다. 황을 환원제로 사용함으로써 별도의 환원제 없이 그래핀을 제조할 수 있었다. 또한, 그래핀을 제조하고 남은 황은 재사용이 가능하고, 다시 회수할 수 있었다.
KIST 연구진이 제조한 그래핀은 중금속을 흡착하는 능력이 뛰어나고 유기용매에서 분산성이 뛰어나다. 수용액 내에서 수은 이온을 94% 이상 흡착하여 제거할 수 있고 복합소재 제조 시 기존 소재보다 150% 이상 강도가 향상되었으며 복합소재의 가스 차단성 또한 95% 이상 향상됐다.

 

고부가가치 그래핀 新 제조방법 제시
향후 차세대 에너지 저장 제품 등에 응용

 

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<다양한 수은 농도에서의 황 도핑 그래핀의 수은 제거효율>

 

이번에 황으로 개발한 그래핀은 수은을 포함하는 중금속 제거용 필터, 자동차 및 항공용 부품 소재, 전자기기 부품 그리고 에너지 저장용 배터리 제품을 개발하는데 응용 가능하다.
KIST 유남호 박사는 “이번 연구결과는 황을 유용하게 활용할 수 있는 새로운 방법을 제시할 뿐만 아니라 황이 가지고 있는 고유한 특성을 이용하여 고부가가치의 새로운 그래핀 소재를 제조하는 방법을 제시하고, 동시에 복합소재 및 필터 그리고 에너지 저장 관련 응용이 가능하고 파급효과가 큰 기술이 될 것으로 기대된다”라고 밝혔다.
본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원을 받아 KIST의 주요사업과 한국연구재단 나노소재기술개발사업 및 우주핵심기술개발사업으로 수행되었다. 이번 연구결과는 소재 분야 유명 국제 저널인 ‘Composites Part B : Engineering’ (IF: 6.86, JCR 분야 상위 2.00%) 최신호에 게재되었다.


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