새로운 나노물질을 만들 수 있는 고압에서의 산화흑연

KISTI 『글로벌동향브리핑』 2009-12-26

스웨덴 우멜((Umel) 대학의 과학자들은 고압 조건에서 물뿐만 아니라 알코올 용매를 산화흑연에 주입하면 산화흑연의 구조가 확장될 수 있다는 것을 보여 주었다. 이 연구 결과는 나노전자기술과 에너지 저장에 사용될 수 있는 신물질 개발에 유용할 것으로 보인다. 산화 흑연은 보통 연필심에서 볼 수 있는 흑연처럼 층으로 되어있는 구조이지만 층간의 거리가 더 길다. 산화흑연은 또한 층간에 다양한 용매를 함유할 수 있다. 산화 흑연의 구조는 150년이 넘게 연구되어 왔지만 아직도 풀리지 않은 부분들이 있다. 산화흑연을 단지 탄소 원자 한 개 두께의 판으로 이루어진 그라핀으로 전환할 수 있다는 가능성 때문에, 최근 연구가 활발히 이루어지고 있다. 그라핀은 매우 가볍지만 강한 완전히 새로운 종류의 물질 기반이 될 가능성을 가지고 있다. 이 물질은 나노전자기술, 태양전지, 극도로 강한 종이, 자동차와 비행기의 연료 효율을 향상시키는 데 사용될 수 있을 것이다. 산화흑연은 적당한 열을 가해주면 그라핀으로 전환될 수 있다. 다른 방법은 용액안에 산화 흑연을 분산시킨 화학적인 방법이다. 산화 흑연을 그라핀으로 변화시키기 위해서, 여러가지 조건하에서 용액안의 구조를 포함해서 산화흑연의 구조에 관한 자세한 정보를 알 필요가 있다. 이 연구를 수행하고 있는 스웨덴 우멜 대학의 알렉산드 탈리진(Alexandr Talyzin) 박사는 고압 조건에서 산화흑연에 대한 새로운 현상들을 발견하였다고 말하였다. 이런 발견은 고압을 사용하여 새로운 그라핀 합성 물질을 개발하고 산화흑연을 화학적으로 개조하는 것을 가능하게 해 줄 것이라고 그는 덧붙였다. 고압조건에서 격자의 팽창으로 산화 그라핀 사이에 더 큰 분자들을 주입시킬 수 있다. 또한 용매의 몇개 층에 의해서 산화흑연의 층들이 분리되면 분리된 상태로 있기 때문에 흑연의 형성을 방지하고 그라핀 합성을 도와주게 된다고 알렉산드 탈리진 박사는 설명하였다. 지난해 스웨덴, 독일, 그리고 프랑스의 과학자들에 의해서 산화 흑연에 고압에서 물을 주입시켰더니 산화 흑연 구조가 팽창되었다는 특이한 현상이 보고되었다. 스위스-노르웨이 빔라인에서 연구를 수행하는 우멜 대학의 과학자들은 연구를 통하여 물뿐만 아니라 알코올 용매(메탄올과 에탄올)도 고압 조건하에서 산화된 그라핀층 사이에 주입될 수 있다는 것을 보고하였다. 그러나 고압에서 물이 주입되었을 때와는 매우 다르게 반응한다. 알코올은 특정한 압력에서 단일 단계로 완벽한 층으로써 구조안에 주입되지만 물을 점차적으로 분명한 단계없이 주입된다고 연구진은 말하였다. 메탈올과 물을 혼합한 것으로 실험하였을 때 산화 흑연 층 사이의 물은 액체 상태로 남아있었다. 압력이 감소하면 구조로부터 잉여의 물과 메탄올은 방출된다. 에탄올의 경우에는 압력을 완전히 감소시켜도 확장된 구조가 관측되었다. 이 실험은 작은 시료를 매우 높은 압력으로 압착시킬 수 있는 다이아몬드 앤빌 셀(anvil cell)로 수행되었으며 상전이는 X-선 회절을 사용하여 관찰하였다. 출처 : http://www.physorg.com/news180642806.html