[신기술 소개] 토호쿠대학, 초임계 유체를 이용한 그래핀 양산화 기술을 개발

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토호쿠대학, 초임계 유체를 이용한 그래핀 양산화 기술을 개발

일본 JST 연구 성과최적전개 지원 프로그램(A-STEP)의 일환으로 토호쿠대학(東北大學) 다원물질 과학 연구소의 혼마 이타루(本間格) 교수, 도마이 다카아키(笘居高明) 조교 등은 혁신적 탄소재료인 그래핀의 초 임계 유체를 이용한 양산화 기술을 개발했다.

그래핀은 탄소원자가 벌집 모양으로 6각형의 네트워크를 형성한 시트로 실리콘의 100배 이상의 캐리어 이동도, 열표적·화학적 안정성 등의 특징을 갖기 때문에 차세대 전자재료를 비롯한 다양한 분야에서의 활 용이 기대되고 있다. 특히 최근에는 전기자동차용 대형 리튬 전지 커패시터 전극이나 경량 고강도 부품으 로의 응용이 기대되고 있는데, 이를 위해서는 킬로 단위의 양질의 그래핀 재료가 필요하게 된다. 그러나 종 래의 그래파이트를 원료로 하는 산화적 박리법을 통해서는 제작에 1일 이상이 걸리고 또 관능기 및 결함이 남기 때문에 양질의 그래핀 양산화는 불가능했다. 연구팀은 유기용매인 초임계유체를 사용하여 그래핀을 박리 처리함으로써 산화 처리하지 않고 단시간(1시간 정도)에 양질의 그래핀을 제조하는 방법을 개발했다.

구체적으로는 박리 처리의 횟수를 늘리는 만큼 그래핀의 수율을 높일 수 있으며, 시험 결과에서는 400℃에 서 48회의 박리 처리를 했을 때, 수율 80% 이상으로 그래핀을 얻을 수 있었다.

향후 저렴하면서 고속으로 양질의 그래핀 제조가 가능해지면 종래의 전자재료용도 뿐만 아니라 경량 고 강도 구조부품이나 전지재료, 일렉트로닉스, 전력·발전 기술 등 다양한 에너지 기술에 대해 실용화될 것 으로 기대된다. 본 연구는, 토호쿠대학과 쇼와전공(주)이 공동으로 진행하였다. 향후 쇼와전공(주)에서는 본 성과의 사업화를 위해 양산성의 검증 등의 연구 개발을 진행시킬 계획이다.

Figure. 초임계 유체 flow reactor. 원료 그래파이트는 용매와 함께 가압 펌프로 가열부에 보내져 초임계 조건에서 처

리되어 그래핀이 된다. 처리 후, 수냉·압력을 내림으로써 상온상압으로 되돌려 그래핀 분산 액을 얻는다. 회수부와 투 입부를 직결하고 루프를 형성함으로써 용이하게 반복 처리가 가능해진다.

출처 : 2013.01.10. JST(http://www.jst.go.jp/pr/announce/20130110-3/index.html)

작성 : 소 대 섭(한국과학기술정보연구원)