▲ 김상욱 그룹리더(카이스트 교수).

3차원 구조 제어와 이종물질과의 복합화가 가능한 그래핀 소재가 개발돼 관련 학계의 관심을 모으고 있다.

미래창조과학부(장관 최문기)는 최근 나노물질 및 화학반응 연구단(단장 유룡)의 김상욱(카이스트 교수) 그룹리더팀이 그래핀의 3차원 조립을 통해 기존 보고된 소재보다 단위면적당 8배 높은 저장 값을 보이는 다공성 신소재를 개발했다고 2일 밝혔다.

이번 연구를 통해 김상욱 그룹리터팀은 물 속 환경과 자기조립현상을 적용한 매우 쉬운 방법으로 우수한 전기전도성을 가지는 그래핀 기반의 구부리기 쉬운 3차원 다공성 신소재를 구현했다.

이번 성과는 그래핀 젤의 복합화를 통해 다양한 기능을 확인함으로써 나노소재의 구조적·물성적 제어의 새로운 지평을 열었다고 평가받고 있으며 에너지 저장 및 세포 성장 등 전기·화학 및 바이오 분야에 적용이 가능할 것으로 예상되고 있다.

연구진은 금속기판을 이용한 그래핀 산화물의 환원 방법을 통해 대면적이 가능하고 3차원 구조 제어가 가능한 굴절 및 다공성 그래핀 신소재를 개발했다.

기존연구는 2차원 필름 형태나 단순한 덩어리 모양의 그래핀 소재만 보고됐으나, 이번 연구에서는 튜브모양 등 다양한 3차원 구조 제어가 가능하고 기공의 크기까지 조절한 굴절 다공성 그래핀 소재를 개발한 것으로 알려지고 있다.

나아가 이번 연구는 적절한 건조법을 적용해 작은 기공은 유지하고 수분만 제거해 전기 전도가 우수하면서 플렉시블한 것으로 전해지고 있다.

또한 금속기판을 이용한 환원방법을 이용해 제조된 그래핀 젤과 이종나노입자와의 복합화를 통한 복합재료를 최초로 보고해 다양한 응용분야에 활용될 수 있는 것으로 알려졌다.

개발된 신소재를 수퍼커패시터 전극으로 활용했을 때 33.8 mF/㎠의 단위면적당 용량에 있어 세계 최고 수준(4.04 mF/㎠)보다 월등히 높은 값을 보인 것으로 나타났다.

연구진은 “이번 연구는 3차원 구조 제어뿐만 아니라 기공의 크기 조절, 나아가 다양한 이종물질과의 복합화를 통해, 용도 및 목적에 부합하는 맞춤형 구조와 특성을 가지는 그래핀 소재 개발의 길을 여는데 기여했다”며 “본 연구진이 개발한 그래핀 소재의 우수한 전기전도도, 플렉시블, 대면적화 가능성 등의 장점은 그래핀 소재가 다양한 분야에서 상용화되는데 기여할 것으로 기대된다”고 밝혔다.

▲ 다양한 구조의 플렉시블 다공성 그래핀 신소재.