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탄소나노튜브를 유기용매에 안정적으로 분산하는 기술 개발 김수연 |
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탄소나노튜브의 안정적인 프로세싱 능력을 대폭 향상시킨 탄소나노튜브의 수용액 분산기술이 국내 연구진에 의해 개발되었다.
KAIST 원자력 및 양자공학과 최성민(崔性玟) 교수 연구팀은 과학기술부가 지원하는 원자력연구개발사업과제를 수행하여 탄소나노튜브의 산업적 응용에 필수적인 수용액 및 유기용매의 안정적인 탄소나노튜브 분산기술을 개발하였으며, 중성자 나노구조 분석기법을 이용하여 그 분산특성을 규명하였다.
이 연구결과는 재료과학 분야 최고권위지인 어드밴스드 머트리얼(Advanced Materials, 19, 929, 2007)에 게재되었으며, 미국 화학학회에서 연구 하일라이트로 선정되어 ‘Heart Cut' 5월 7일자에 소개되었다. 연구의 주요 내용은 특허출원 되었다.
탄소나노튜브는 전기적, 기계적 특성이 매우 뛰어난 첨단 나노소재이다. 이러한 탄소나노튜브를 산업·기술적으로 응용하기 위해서는 다양한 프로세싱을 필요로 하며, 이를 위해 탄소나노튜브를 수용액 또는 유기용매에 분산시켜야 한다. 그러나 탄소나노튜브의 강한 소수성과 나노튜브간의 반데르 발스 인력(분자들간의 상호 인력)은 분산의 큰 장애 요인으로 작용하여 왔다. 그동안 이 문제를 해결하기 위하여 계면활성분자, DNA 등을 이용한 탄소나노튜브 분산기술이 사용되어 왔으나, 건조 등 프로세싱 과정에서 분산이 쉽게 파괴되는 단점이 있었다.
최성민 교수 연구팀은 이를 극복하기 위하여 계면활성분자를 이용한 탄소나노튜브를 수용액에 분산시킨 후 탄소나노튜브 표면에 흡착된 계면활성분자를 수용액 분산 상태에서 바로 중합반응시킴으로써 친수성의 안정된 표면 단일분자막을 갖는 탄소나노튜브를 개발하였다.
또한 연구용 원자로에서 얻어지는 중성자 빔을 이용하는 첨단 중성자 나노구조 분석기법을 사용하여 중합반응된 탄소나노튜브의 수용액 분산특성과 표면 분자막의 나노 흡착구조를 규명하였다. 이렇게 얻어진 기능성 탄소나노튜브는 냉동건조 등 프로세싱 이후에도 수용액은 물론 다양한 유기용매에 아주 쉽게 분산되는 특성을 갖고 있어 탄소나노튜브의 프로세싱 특성을 대폭 향상시켰다.
이번 연구결과로 얻어진 탄소나노튜브의 안정적인 분산 및 프로세싱 기술은 다양한 분자소재와의 혼합을 통한 새로운 기능의 나노소재 개발 등 향후 탄소나노튜브의 다양한 응용기술 개발에 크게 기여할 것으로 기대된다.
<김수연 기자>
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