30 … NICE, 제28권 제1호, 2010
신기술 소개
2000년 전에 발명된 종이는 인류의 삶에 필수적인 요소이며 산업소재로서의 효용성도 탁월하여 수 많은 분야에서 다양한 용도로 활용되고 있다. 최근 미국 Stanford 대학의 Cui 교수 연구팀은 탄소나노튜브
(carbon nanotube)와 실버나노선박막(silver nanowire film)으로 만들어진 잉크로 단순하게 종이를 코팅하 는 방법을 이용하여 일반적인 종이를 높은 전도성을 지닌 저장장치로 만드는 방법을 개발하였다. 플러렌 가지 구조의 검출 농도 범위가 서로 다르기 때문에 이
를 혼합함으로써 동적범위를 증가시킬 수 있었다. 이 러한 동적범위의 증가는 질병과 관련된 핵산의 추적 에 매우 유용하다. 다양한 나노구조를 갖는 마이크로 전극의 배열을 이용함으로써 센서 시스템의 동적범위
및 검출한계를 향상시킬 수 있었고, 이는 생물학과 의 학에서 높은 성능을 갖는 진단 도구의 발전에 크게 기 여할 것이다[Nature nanotechnology, Vol. 4, p.
844(2009)].
에너지 저장장치로서의 전도성 종이
그림 2. 전착조건에 따른 나노구조의 모양 (A) 전착 전위에 따른 나노구조 (왼쪽부터 0mV, -100mV, -250mV), (B) HCl을 사
용했을 때 전착 시간에 따른 나노구조 (왼쪽부터 20초, 125초, 500초), (C) HClO
4를 사용했을 때 전착 시간에 따른
나노구조 (왼쪽부터 5초, 10초, 40초).
NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 28, No. 1, 2010 … 31
(fullerene), 탄소나노튜브, 나노결정, 나노선 등의 다양한 나노물질을 이용한 인쇄용액의 개발은 오랫동안 연구되어 왔다. 적은 공정 비용과 박막 트랜지스터, 태 양전지, 에너지 저장장치 등의 수많은 응용분야를 가 지는 인쇄용액은 계면활성제가 첨가된 잉크의 형태로 주로 glass, 금속 박막, 실리콘 웨이퍼 등의 기판에 코 팅하여 사용된다. 그러나 이러한 공정은 공정효율이 떨어지며 가격이 비싸다는 단점이 있다. 이에 연구진 들은 일상생활에서 사용되는 종이로 에너지 저장을 위한 초경량의 구부릴 수 있는 배터리와 초고용량 캐 패시터(supercapacitor)를 신속하고 저렴하게 제조할
수 있음을 보여주었다[그림 1]. 이들은 높은 전도성을 지니고 있는 single-walled carbon nanotube(SWNT)의 작은 직경이 3차원 다 공성 섬유조직을 이루는 종이에 나노재료가 강력하게 부착되는 것을 도와주고, 배터리와 초고용량 캐패시터의 내구성을 강화시킨다는 것을 증명하였다. 이러한 현상을 두께가 500nm 밖에 되지 않는 종이가 코팅을 통하 여 표면저항이 1Ω/sq 이하가 되는 것으로 증 명하였다[그림 1(F)]. 또한 나노재료 1g당 200F의 전기용량을 가질 수 있으며, 1kg당 200kW의 파워를 낸다는 것을 증명했는데, 이로 인해 종이로 이루어진 초고용량 캐패시 터는 리튬 배터리 보다 동일한 크기에서 40,000회의 충전-방전 주기를 지속할 수 있 다. 이는 나노재료가 일반적인 도체보다 매우 효율적으로 전자를 이동시키기 때문에 이상 적인 도체를 만들어 내기 때문이다. 또한 종 이배터리는 구기거나 접을 수 있으며, 좁은 튜브안에 말아 넣더라도 그 전기전도성은 항 상 유지된다. 심지어는 산성 용액과 일반 생 활 용액에 담궈도 상관없으며 그 능력 역시 감퇴되지 않는다. 종이의 유연성은 수많은 응 용을 가능하게 하는데, 예를 들어 전도성 에 너지 저장 장치로 벽을 칠하기를 원한다면 단 지 브러시를 이용하여 칠하고 그 배터리에 발광다이 오드를 연결하면 된다.
배터리와 단순한 초고용량 캐패시터 같은 저비용의 고성능 에너지 저장 장치를 절실하게 요구하는 시점 에서 높은 표면적을 지닌 종이로 된 초고용량 캐패시 터는 전기를 신속하게 전달할 필요가 있는 하이브리 드 자동차 또는 전기자동차 같은 응용분야에 매우 유 용할 것이다. 특히 송전 계통의 대규모 전기 저장분야 에 가장 큰 영향을 미칠 것이라 기대한다[PNAS, Vol. 106(51), p. 21490(2009)].
