한국지질자원연구원(KIGAM) 자원활용연구본부 김병수·최지혁 박사 연구팀이 실온에서 다양한 기능성 나노소재를 자유롭게 조합해 고밀도 복합체를 손쉽게 제조할 수 있는 '그래핀 산화물 반죽(GOD)' 기반 공정기술을 개발했다.
이 기술은 흑연에서 얻은 그래핀 산화물을 점탄성 반죽 형태로 만들어 금속산화물 나노입자, 탄소나노튜브 등 다양한 나노소재를 한꺼번에 섞어 복합화 할 수 있는 방식으로, 2원계에서 다원계 조성까지 유연하게 확장할 수 있고, 전기화학 활성, 전도성, 자성, 전자파 차폐 등 원하는 특성을 자유롭게 조율할 수 있다.
특히 빵 반죽처럼 유연해 얇은 층상 구조부터 다층 적층, 3차원 네트워크까지 다양한 형태로 성형할 수 있어 웨어러블기기, 에너지저장장치, 전자파(EMI) 차폐소재 등 폭넓은 분야에 활용 가능한 범용 플랫폼으로 주목받고 있다.
실제 이 기술로 제작한 슈퍼커패시터는 부피당 285F/㎠의 높은 전기 저장능력을 보였고, 전자파 차폐소재는 전자파를 99.9999% 차단하는 수준의 우수한 성능을 보였다.
또 모든 공정은 실온에서 수 분 안에 물리적 혼합으로 완성할 수 있고, 바인더나 고온 소결이 필요 없는 단순한 제조과정으로 에너지 소비도 줄일 수 있다.
아울러 연구팀은 ‘Dough-to-Powder’, ‘Dough-to-Dough’ 방식의 반죽․파우더 혼합 전략을 적용, 복잡한 조성에서 구조 정밀성, 계면 안정성, 공정 반복성을 확보했다.
연구팀은 다양한 분야에서 고성능 응용 가능성을 입증하고 시제품 제작, 기술이전, 공동연구를 통해 에너지, 전자, 방산 등 다양한 산업으로 확산시킬 계획이다.
김병수·최지혁 박사는 “이번 연구는 복잡한 결합공정이나 고온가열 없이 다양한 성분을 조합한 복합체를 구현할 수 있다”며 “단순 나노소재 합성을 넘어 자원의 부가가치를 높이는 자원 기반 나노공정 플랫폼으로 발돋움하겠다”고 말했다.
한편, 이번 연구성과는 영국 왕립화학회가 발행하는 국제학술지 ‘ Journal of Materials Chemistry A’ 표지논문으로 선정됐다.
