독일서 세계 최경량 물질 개발
기본 물질보다 4배 가벼워
독일 과학자들이 스티로폼보다 75배나 가벼우면서도 매우 강한 세계 최경량 물질을 만들어냈다고 사이언스 데일리가 최근 보도했다.
킬대학과 함부르크 대학 연구진은 나노 수준의 다공질 탄소 튜브를 엮어 무게가 1㎤당 0.2mg에 불과한 '에어로그래파이트(Aerographite)를 만들었다고 '첨단 재료'(Advanced Materials) 저널 최신호에 발표했다.
연구진이 "기존 최경량 물질보다 4배나 가볍다"고 밝힌 이 물질은 안정성이 높으며 전기 전도성과 연성(延性: 잡아 늘일 수 있는 성질)이 있다.
지난 해 미국 국방첨단연구사업국(DARPA)의 프로젝트로 태어난 기존 최경량물질은 1㎤당 무게가 0.9mg이었다.
에어로그래파이트는 이처럼 가벼운데도 불구하고 탄성이 높으며 기존 경량물질들과 달리 압력과 장력에 모두 강해 95%까지 압축돼도 아무런 손상 없이 원래의 형태로 되돌아올 수 있다. 또한 빛을 거의 완전히 흡수해 '가장 검은 흑색'을 만들어낼 수도 있다.
연구진은 분말 형태의 산화아연을 900℃까지 가열해 나온 결정질 형태를 일종의 정제(錠劑)로 만들었다. 산화아연은 그 속에서 방파제에 사용되는 테트라포드와 같은 모양의 나노 구조를 형성하고 이런 구조가 서로 엮여 안정된 다공질 구조를 만들었다. 이것이 바로 에어로그래파이트의 기초가 된 연결구조인 것이다.
그 다음엔 정제들을 화학 증착(蒸着)용 반응기에 넣어 최고 760℃로 가열해 산화아연에 흑연 원자를 몇겹 두께로 코팅했다. 이 과정에서 주입된 수소가 산소와 반응하면서 수증기와 아연 가스가 배출되고 서로 단단하게 얽힌 튜브 형태의 탄소 구조가 남았다.
아연가스 배출속도가 빠를수록 튜브의 벽에 구멍이 많이 생겨 더 가벼워지는 것으로 나타났다.
연구진은 "이 연구에서 중요한 것은 우리가 에어로그래파이트의 성질을 마음대로 조절할 수 있었다는 것"이라고 강조했다.
이처럼 독특한 성질 덕분에 에어로그래파이트는 리튬-이온 전지의 전극으로 사용될 수 있으며, 이 경우 배터리 전해액이 극소량만 필요하기 때문에 배터리의 무게를 획기적으로 줄일 수 있다.
연구진은 이런 물질을 사용하면 비전도성인 플라스틱도 무게를 늘리지 않고 전도체로 만들 수 있고 정전기도 생기지 않게 된다고 밝혔다. 이들은 이 초경량 물질의 용도가 실로 무궁무진하다고 말했다.
전기 자동차와 전기 자전거, 많은 진동을 견뎌야 하는 항공기와 위성용 전자장비는 물론이고 오염물질을 산화시키거나 분해하는 능력으로 수질 정화용, 또는 공기 정화용으로도 사용될 수 있다는 것이다.
킬대학과 함부르크 대학 연구진은 나노 수준의 다공질 탄소 튜브를 엮어 무게가 1㎤당 0.2mg에 불과한 '에어로그래파이트(Aerographite)를 만들었다고 '첨단 재료'(Advanced Materials) 저널 최신호에 발표했다.
연구진이 "기존 최경량 물질보다 4배나 가볍다"고 밝힌 이 물질은 안정성이 높으며 전기 전도성과 연성(延性: 잡아 늘일 수 있는 성질)이 있다.
지난 해 미국 국방첨단연구사업국(DARPA)의 프로젝트로 태어난 기존 최경량물질은 1㎤당 무게가 0.9mg이었다.
에어로그래파이트는 이처럼 가벼운데도 불구하고 탄성이 높으며 기존 경량물질들과 달리 압력과 장력에 모두 강해 95%까지 압축돼도 아무런 손상 없이 원래의 형태로 되돌아올 수 있다. 또한 빛을 거의 완전히 흡수해 '가장 검은 흑색'을 만들어낼 수도 있다.
연구진은 분말 형태의 산화아연을 900℃까지 가열해 나온 결정질 형태를 일종의 정제(錠劑)로 만들었다. 산화아연은 그 속에서 방파제에 사용되는 테트라포드와 같은 모양의 나노 구조를 형성하고 이런 구조가 서로 엮여 안정된 다공질 구조를 만들었다. 이것이 바로 에어로그래파이트의 기초가 된 연결구조인 것이다.
그 다음엔 정제들을 화학 증착(蒸着)용 반응기에 넣어 최고 760℃로 가열해 산화아연에 흑연 원자를 몇겹 두께로 코팅했다. 이 과정에서 주입된 수소가 산소와 반응하면서 수증기와 아연 가스가 배출되고 서로 단단하게 얽힌 튜브 형태의 탄소 구조가 남았다.
아연가스 배출속도가 빠를수록 튜브의 벽에 구멍이 많이 생겨 더 가벼워지는 것으로 나타났다.
연구진은 "이 연구에서 중요한 것은 우리가 에어로그래파이트의 성질을 마음대로 조절할 수 있었다는 것"이라고 강조했다.
이처럼 독특한 성질 덕분에 에어로그래파이트는 리튬-이온 전지의 전극으로 사용될 수 있으며, 이 경우 배터리 전해액이 극소량만 필요하기 때문에 배터리의 무게를 획기적으로 줄일 수 있다.
연구진은 이런 물질을 사용하면 비전도성인 플라스틱도 무게를 늘리지 않고 전도체로 만들 수 있고 정전기도 생기지 않게 된다고 밝혔다. 이들은 이 초경량 물질의 용도가 실로 무궁무진하다고 말했다.
전기 자동차와 전기 자전거, 많은 진동을 견뎌야 하는 항공기와 위성용 전자장비는 물론이고 오염물질을 산화시키거나 분해하는 능력으로 수질 정화용, 또는 공기 정화용으로도 사용될 수 있다는 것이다.
 저작권자 2012.07.19 ⓒ ScienceTimes |
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