IBS 연구진이 차세대 신소재인 그래핀의 3차원 조립을 통해 에너지 저장 값을 크게 높이는 기술 개발에 성공했다.

나노물질 및 화학반응 연구단의 김상욱 그룹리더팀(KAIST 교수)은 지난 2일 그래핀 소재를 튜브 모양 등 3차원 구조로 조립해 기존보다 단위면적당 8배 높은 저장 값의 다공성 신소재를 개발했다고 밝혔다.

그래핀은 구리보다 전기전도성이 뛰어나고 강철보다 강도가 세며 화학적으로도 매우 안정돼 있어 '꿈의 신소재'로 불렸지만 그동안에는 2차원의 얇은 막이나 단순한 덩어리 모양으로만 만들 수 있었다.

또 기존연구는 탄소나노소재 자체의 강한 결합력으로 인해 매우 작은 기공을 가지는 다공성 탄소나노소재를 얻는데 어려움이 많았으며 매우 작은 기공이 있는 탄소나노소재를 만들어도 소수성 특성으로 인해 그 응용범위에 제한이 있었다.

이에 연구진은 그래핀의 자기조립현상을 이용해 물속에서 다공성 그래핀 젤을 구현함으로써 물을 함유하는 3차원 구조의 그래핀 다공성 신소재를 개발했다. 이와 함께 적절한 건조법을 적용해 작은 기공은 유지하고 수분만 제거해 전기 전도가 우수하면서 플렉시블한 3차원 다공성 그래핀 신소재를 개발하는데 성공했다.

김상욱 그룹리더팀이 개발한 그래핀 신소재는 3차원 구조로 제어할 수 있고 구부리기도 쉽다. 또 기공의 크기를 조절할 수도 있어 에너지 저장 및 세포 성장 등 전기·화학 및 바이오 분야에 적용이 가능할 것으로 기대되고 있다.

이번 성과는 그래핀 젤의 복합화를 통해 다양한 기능을 확인함으로써 나노소재의 구조적·물성적 제어의 새로운 지평을 열었다. 이는 기초과학이 산업화의 근간으로서 인류 삶의 질을 높이는데 중요한 역할을 해주고 있음을 보여준다는 점에서 시사 하는 바가 크다.

연구진은 "3차원 구조 제어뿐만 아니라 기공의 크기 조절, 나아가 다양한 이종물질과의 복합화를 통해 맞춤형 구조와 특성을 갖는 그래핀 소재 개발의 길을 열었다는데 의미가 있다"며 "이번에 개발한 그래핀 소재의 우수한 전기전도도, 플렉시블, 대면적화 가능성 등의 장점은 그래핀 소재가 다양한 분야에서 상용화되는데 기여할 수 있을 것"이라고 밝혔다.

한편 이번 연구성과는 소재분야 권위지인 '어드밴스드 머터리얼스(Advanced Materials)' 1월호 표지 논문으로 선정됐다.