LG전자 연구팀, 그래핀 멤브레인 투과특성 밝혀

LG전자 공동연구팀이 세계 최초로 꿈의 신소재라 불리는 그래핀 멤브레인의 투과특성을 밝혀냈다. 그래핀 멤브레인은 꿈의 수처리, 공기정화 기능을 갖고 있어 고어텍스와 비교해서도 높은 공기 투과율을 보일 전망이다. 다만 그동안은 투과특성에 대한 실험결과가 없어 상용화하는 데 어려움이 있었다.

LG전자와 스위스 연구진은 공동으로 꿈의 신소재 ‘그래핀 멤브레인’을 연구해 논문을 발표했다. 이 논문은 혁신성을 인정받아 세계적인 학술지인 사이언스에 18일 게재됐다.

해당 논문은 LG전자 CTO산하 소재부품연구소 계정일 수석연구원, 이창호 수석연구원이 스위스 취리히 연방공과대학(ETH Zurich) 박형규 교수팀과 산학과제로 공동 연구한 논문 ‘원자단위로 얇은 그래핀 멤브레인의 극한 투과특성: Ultimate Permeation across Atomically Thin Porous Graphene’이다.

연구진은 그래핀을 이용한 다양한 응용 분야 중에서도 수처리와 공기정화를 위한 소재원천기술 확보를 위한 그래핀 멤브레인 연구를 진행했다.

연구팀은 그래핀을 소재로 만든 멤브레인에 ‘집속 이온 빔(Focused Ion Beam)’장비로 직경 10nm(나노미터)이하에서 1㎛(마이크로미터)까지 다양한 크기로 수천에서 수백만 개 이상의 기공을 형성한 후 지지층이 없는 얇은 막(Free-standing Film)상태에서 유체(물, 기체)의 투과특성을 밝혀냈다.

그래핀 멤브레인을 활용하면 물의 투과 특성이 기존 수처리 멤브레인 대비 5~7배, 증기 투과특성은 기존 고어텍스 소재 대비 수 백배 이상 향상됐다.

기존 그래핀 멤브레인에 관한 이론적 논문은 있었으나 실제로 기공 크기 별 유체의 투과특성을 밝혀낸 연구결과는 LG전자 연구팀이 세계 최초다. 공동연구팀은 연구결과가 물, 기체 등을 극한의 효율로 투과시킬 수 있는 ‘그래핀 멤브레인’ 상용화를 앞당기는데 기여할 것으로 기대했다.

멤브레인은 액체 또는 기체의 특정 성분을 선별해 통과시켜 혼합물을 분리할 수 있는 액체막 또는 고체막으로 필터역할을 한다. 그래핀은 탄소로 이뤄진 단일 원자층 물질로 강도와 신축성 등이 뛰어나 멤브레인의 미래소재로 주목 받고 있다.