오정우 교수팀, 초경량 ‘그래핀 에어로겔’ 개발 성공

공기만큼 가볍고 전기 전도도와 신축성 뛰어나

‘어드밴스드 펑셔널 머티리어스’ 표지 논문으로 게재

글로벌융합공학부 오정우 교수와 글로벌융합기술원 문인규 연구원 팀이 공기만큼 가벼우면서 높은 전기 전도도와 기계적 물성이 우수한 그래핀 에어로겔(Graphene aerogel)을 개발했다.

‘꿈의 신소재’로 불리는 그래핀은 세상에서 가장 얇은 2차원 탄소 원자 두께를 갖는 나노 구조체로 전도성이 뛰어나 차세대 전자·광학·바이오 유연소자 개발에 핵심 역할을 할 것으로 예상되는 신소재다.

오 교수팀은 기존 공정에 간단한 환원제를 이용해 평방 센티미터당 밀도가 2.32mg으로 매우 가벼운 3차원 다공성 그래핀 에어로겔을 합성했다(참조 : 공기밀도는 1.22mg·cm3). 나아가 그래핀 에어로겔이 높은 표면적, 우수한 전기 전도성, 화학적·기계적 안전성 때문에 다양한 분야에 유용하게 적용될 수 있다는 것을 제시했다.

특히, 탁월한 전기 전도도를 가진 초경량 그래핀 에어로겔은 기존의 카본 블랙(Carbon black)과 바인더 재료로 제조된 탄소 기반의 슈퍼커패시터 혹은 리튬 배터리 전극들과 비교했을 때 그래핀의 넓은 표면적과 3차원으로 연결된 다공성 채널로 인해 우수한 에너지 저장 소재로의 활용 및 높은 다공성으로 인하여 단열 특성뿐만 아니라 높은 전기 전도도로 인하여 전자파 차폐로도 가능성이 있다.

오 교수는 “그래핀 에어로겔은 다양한 원자 도핑 가능성을 제시했으며, 이러한 독특한 전기적-기계적 특성과 열적-화학적으로 안정함으로 인해 가까운 미래에 다차원 연료전지 혹은 에너지 저장용 전극 소재로의 획기적인 소재 설계 및 합성 방향이 가능할 것”이라고 말했다. 또한 “해상에서 일어나는 대규모 기름 유출 사고 시 재활용이 가능한 유류 제거용으로도 이상적으로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.”고 덧붙였다.

본 연구 성과는 재료과학분야 세계적 권위지인 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리어스(Advanced Functional Materials)’ 12월 2일자 표지논문으로 게재됐다.

한편 오 교수팀은 이 연구 결과를 바탕으로 현재 다공성 비표면 조절과 전기 전도도 상관관계 및 도핑 물질 제어를 통한 에너지 저장 전극 소재를 후속으로 연구하고 있어 앞으로의 연구 성과가 기대된다.