그래핀과 같은 탄소 필름은 매우 가볍지만 강도가 매우 뛰어나 응용 가능성이 탁월하지만, 제조가 어렵고 일반적으로 많은 인력과 시간이 많이 소요되는 공정이 필요하며, 제조 방법이 비용이 많이 들고 환경 친화적이지 않다는 단점이 있습니다.
대량 생산되는 그래핀을 활용하면서 기존 추출 방법의 어려움을 극복하기 위해 이스라엘 네게브 벤 구리온 대학교의 연구진은 광학, 전자공학, 생태학, 생명공학 등 다양한 분야에 적용할 수 있는 친환경적인 그래핀 추출 방법을 개발했습니다.
연구진은 기계적 분산법을 이용하여 천연 광물인 스트리올라이트에서 그래핀을 추출했습니다. 그 결과, 하이포필라이트라는 광물이 산업 규모의 그래핀 및 그래핀 유사 물질 생산에 유망한 것으로 나타났습니다.
히포마이볼의 탄소 함량은 다양할 수 있습니다. 탄소 함량에 따라 히포마이볼은 활용 가능성이 달라집니다. 어떤 종류는 촉매 특성으로 사용될 수 있고, 다른 종류는 살균 특성으로 사용될 수 있습니다.
차아휘석의 구조적 특성은 산화환원 공정에서의 적용을 결정짓으며, 고로 생산 및 주철(고규소 주철)의 페로합금 생산에도 사용될 수 있습니다.
차아엽석은 높은 밀도, 우수한 강도 및 내마모성 등 물리적, 기계적 특성 덕분에 다양한 유기 물질을 흡착하는 능력을 갖추고 있어 여과재로 활용될 수 있습니다. 또한 수원을 오염시킬 수 있는 자유 라디칼 입자를 제거하는 능력도 입증되었습니다.
차아휘석은 박테리아, 포자, 단순 미생물 및 남조류로부터 물을 소독하고 정화하는 능력을 보여줍니다. 높은 촉매 및 환원 특성으로 인해 마그네시아는 폐수 처리용 흡착제로 자주 사용됩니다.
(a) 13500배 확대 및 (b) 35000배 확대된 분산된 하이포필라이트 시료의 투과전자현미경(TEM) 이미지. (c) 처리된 하이포필라이트의 라만 스펙트럼 및 (d) 하이포필라이트 스펙트럼에서 탄소 피크의 X선 산란 분광법(XPS) 스펙트럼
그래핀 추출
그래핀 추출을 위해 암석을 준비하면서 두 연구원은 주사전자현미경(SEM)을 사용하여 시료 내 중금속 불순물과 다공성을 조사했습니다. 또한 다른 실험실 방법을 적용하여 각섬석의 일반적인 구조적 구성과 다른 광물의 존재 여부를 확인했습니다.
시료 분석 및 준비가 완료된 후, 연구진은 디지털 초음파 세척기를 사용하여 카렐리아산 섬록암 시료를 기계적으로 처리함으로써 그래핀을 추출할 수 있었습니다.
이 방법은 많은 양의 시료를 처리할 수 있으므로 2차 오염 위험이 없으며, 추가적인 시료 처리 방법이 필요하지 않습니다.
그래핀의 탁월한 특성이 과학 연구계 전반에 널리 알려지면서 다양한 생산 및 합성 방법이 개발되었습니다. 그러나 이러한 방법 중 상당수는 여러 단계를 거치는 복잡한 공정이거나 화학 물질 및 강력한 산화제와 환원제를 사용해야 합니다.
그래핀을 비롯한 탄소 필름은 뛰어난 응용 가능성을 보여주었고 연구 개발에서도 상당한 성과를 거두었지만, 이러한 소재를 활용하는 공정은 여전히 개발 단계에 있습니다. 주요 과제 중 하나는 그래핀 추출 비용을 절감하는 것인데, 이를 위해서는 적절한 분산 기술을 찾는 것이 핵심입니다.
이러한 분산 또는 합성 방법은 노동 집약적이고 환경에 해로울 뿐만 아니라, 이러한 기술의 강도로 인해 생산된 그래핀에 결함이 발생하여 기대되는 우수한 품질의 그래핀을 얻지 못할 수도 있습니다.
초음파 세척기를 그래핀 합성 공정에 적용함으로써 여러 단계를 거치는 화학적 방법과 관련된 위험과 비용을 없앨 수 있었습니다. 이 방법을 천연 광물인 하이포필라이트에 적용하여 환경 친화적인 새로운 그래핀 생산 방식을 개발했습니다.
게시 시간: 2021년 11월 4일
