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공업화학 전망, 제20권 제4호, 2017
다양한 분야에 매우 유용한 잎맥 구조를 닮은 새로운 다공성 재료
케임브리지 대학 등의 연구진은 잎맥 구조와 유사한 다공성 재료를 만들었고, 이것을 적용하면 충전식 전지에서부터 고성능 가스 센서까지 성능을 향상시킬 수 있다는 것을 발견했다. 잎맥과 같은 다공성 구조 는 더 효율적인 에너지 전달을 가능하게 했다.
이 재료는 충전 및 방전 프로세스를 최적화시켜서 충전식 배터리의 성능을 향상시키고, 배터리 전극 속 의 응력을 완화시키는 역할을 한다. 또한 고성능 가스 감지와 물에서 유기 오염 물질을 분해하는 촉매 작용 에도 적용할 수 있다. 생물학적 시스템의 경우에, 모공의 전체 네트워크가 액체의 이동을 촉진하고 네트워 크 전체의 저항을 최소화하는 방식으로 상호 연결되어 있다. 예를 들어, 나무의 줄기 또는 잎맥은 높은 효 율과 최소 에너지 소모로 광합성을 할 수 있도록 영양분의 유동을 최적화시킨다. 이것을 머레이 법칙 (Murray’s Law)이라고 부른다.
이번 연구진은 머레이 법칙을 따르는 재료를 최초로 합성했고 광촉매, 가스 감지, 리튬 이온 배터리 전극에 적용했다. 다단계 다공성 네트워크를 가진 이 재료를 적용했을 때, 성능이 크게 향상된다는 것을 확인했다.
머레이 재료는 나노입자의 자기 조립으로 만들어진다. 기공의 직경 비율을 조절하면 물에서 유기 염료를 효율적으로 분해하는 광촉매로 사용될 수 있다. 곤충의 호흡기와 유사한 구조를 가진 머레이 구조는 재현 성이 빠르고, 높은 민감성을 가진 가스 검출을 가능하게 한다. 이 재료를 리튬 이온 배터리 전극으로 사용 하면 최첨단 흑연 소재에 비해서 최대 25배의 전기 용량 향상을 이끌 수 있다.
출처 : http://www.nanowerk.com/nanotechnology-news/newsid=46349.php 작성 : 김 상 범 (경기대학교)
Figure. 잎맥구조의 확대사진.