NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 30, No. 6, 2012 … 671
분자를 선택적으로 통과시킬 수 있는 막 기술의 개발은 고순도 기체 분리 기술 개발에 있어서 핵심 사항 이다. 이상적인 막은 많은 양의 기체를 짧은 시간 내 에 통과시킬 수 있도록 충분히 얇으면서도, 외부의 강 한 충격에 견딜 수 있을 정도로 강인하면서 기체 선택 성이 높은 균일한 크기의 기공을 가진 물질일 것이다 (Koenig et al., Nature Nanotech. (DOI: 10.1038/
NNANO.2012.162) (2012)). Univ. Colorado (Boulder) 의 기계공학과 연구진은 이상의 조건을 만족시키는 일종의 분자 체 기술로 기공성 그래핀을 활용한 기술 을 선보였다. 그래핀은 하나의 원자층 정도의 두께를 가지면서도 기계적인 강도는 매우 강한 물질로 알려
져 있다. 이는 이상적인 막 물질로 사용될 수 있다는 측면에서 매력적이다. 본 연구진은 [그림 1]과 같이 SiO2로 구성된 마이크론 크기의 공간을 그래핀으로 덮은 뒤에 대기압보다 높은 chamber에 샘플을 투입 하였다. 장시간 chamber에 이 샘플을 둘 경우에 기체 는 SiO2층을 통해 그래핀으로 덮인 공간으로 천천히 확산되어 들어오게 된다. 만일 이 샘플을 chamber에 서 꺼내어 대기 중에 노출하게 되더라도 그래핀은 모 든 크기의 분자의 통과를 막기 때문에 그래핀은 위로 볼록한 상태로 장시간 유지되게 된다 (그림 1의 (B)). 본 연구진은‘Ultraviolet-induced oxidative etching’이라는 기술을 활용하여 3.4 옹스트롬 크기의
그림 1. (A) 마이크론 크기의 공간을 그래핀으로 덮은 샘플을 대기압 보다 높은 기체로 채워진 chamber에 투입하면 SiO
2층을 통해 기체가 확산되어 들어 옴 (B) 이 샘플을 대기 중에 노출하게 되면 그래핀으로 덮인 공간의 압력이 대기압보 다 높기 때문에 그래핀이 위로 부풀게 되고 이 상태가 오랫동안 유지됨 (C) 만일 그래핀에 기공이 있는 경우 기공 크 기보다 작은 기체 들이 선택적으로 대기로 방출 (D) 최종적으로 모든 기체들이 빠져 나간 뒤에 아래로 볼록한 형상으 로 변화됨[Koenig et al., Nature Nanotech. (DOI: 10.1038/NNANO.2012.162)(2012)].
기공성 그래핀을 활용한 크기별 선별이 가능한 분자 체 기술
(Selective Molecular Sieving Through Porous Graphene)
672 … NICE, 제30권 제6호, 2012
신기술 소개
기공을 그래핀에 형성하였다. 이렇게 기공이 형성된 그래핀을 사용하여 기체를 채운 뒤에 대기 중에 노출 하게 되면 기공보다 작은 크기의 기체는 기공을 통해 선택적으로 통과하게 되어 그래핀 막은 최종적으로 아래로 볼록하게 된다(그림 1의 (C)와 (D)). 또한 본 연구진은 [그림 2]와 같이 다양한 크기의 기체를 사
용하여 기공을 통해 통과하는 기체의 투과율을 측정 하여 이 기술이 기체 분자 크기에 따른 선택성이 높은 것을 실험적으로 증명하였다. 본 연구는 그래핀을 활 용한 분자 체 기술의 중요한 진전으로 대규모 기체 분 리 기술로 활용될 수 있는 가능성을 보였다는 측면에 서 그 의의가 있다.
그림 2. (A) 그림 1에서 그래핀으로 덮인 공간이 위로 부풀어 오른 최대 높이를
