[미국] 브라운대, 그래핀 나노채널 필터 개발

그래핀과 같은 2차원 나노소재 시트가 서로 겹겹이 쌓이면, 서로 다른 성향을 가진 시트 사이에 작은 틈이 생기기 마련이다. 학술지 『네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)』에 게재된 연구에 의하면, 브라운 대학 연구팀이 나노 채널이라고 하는 이 간격을 배치하는 방법을 발견했다고 기술되어 있다.

이 연구의 공동저자 브라운 공과대(Brown's School of Engineering)의 로버트 허트(Robert Hurt) 교수는 “지난 10년 동안, 2D 나노소재 사이에서 형성되는 이 공간들을 연구하기 위해 전 분야가 생겨났다”면서 “그 안에서 물건을 키우거나 물건을 저장할 수 있으며, 나노유체 공학의 새로운 분야로써 다른 것을 통과시키면서 어떤 분자는 걸러내는 데 그 경로를 사용한다”고 말했다.

처음에는 나노 채널을 여과에 사용할때, 채널 방향때문에 문제가 있었다. 하지만 허트(Hurt) 연구실 소속이었던 무춘 리우(Muchun Liu) 박사가 이 문제를 해결할 방법을 찾았다.

리우 박사의 방법은 탄성 기질에 그래핀 시트를 쌓는 것으로, 기판을 장력받아 펴는 것이다. 시트가 침전된 후 기판의 장력이 방출되어 수축할 수 있다. 그 때 위쪽의 그래핀은 주름이 잡혀 뾰족한 봉우리와 계곡 모양을 이루게 된다.

지금은 매사추세츠 공과대학교의 연구원인 리우 박사는 “그래핀에 주름이 생기기 시작하면 시트와 채널을 평면 밖으로 기울이게 된다”면서 “이 때 주름이 많이 생기면, 채널이 거의 수직으로 정렬된다”고 설명했다.

채널이 거의 수직이 되면 집합체를 에폭시에 감싸고, 상부와 하부를 다듬어서 재료 통로가 완전히 열리게 된다. 연구원들은 집합체를 ‘VAGME(수직 정렬 그래핀막)’이라고 짓고, 실증 실험을 통해 수증기가 ‘VAGME’를 통해 쉽게 통과할 수 있다는 사실과 더 큰 유기 분자인 헥산(hexane)은 여과되는 것을 확인 할 수 있었다.

앞으로도 연구원들은 잠재적인 산업용 혹은 가정용 필터링 애플리케이션을 염두에 두고 이 기술을 계속 개발할 계획이다.

[출처 = Water World(https://www.waterworld.com/technologies/filtration/press-release/14196151/researchers-develop-new-graphene-nanochannel-water-filters) / 2021년 1월 25일]