전기로 물의 움직임을 자유롭게 제어한다
– 방습 및 제습, 해수담수화 기술 등에 적용 기대 –
□미래창조과학부(장관 최양희)는 그래핀이 코팅된 미세 금속 그물망을 이용하여 물의 움직임과 흐름을 전기로 자유롭게 제어하는 기술을 최초로 개발하였다고 밝혔다.
o 그래핀이 코팅된 마이크로미터(100만분의 1미터) 단위 틈의 금속 그물망에 갇힌 물을 전기장을 가해 투과시키거나, 표면에 놓인 물방울의 모양을 바꾸는 등 ‘전기습윤현상(전기장이 젖음성을 바꾸는 현상)’을 이용하여 물의 움직임과 흐름을 전기로 제어하는 방식의 기술을 개발해 수(水)처리 장치에서의 다양한 활용 가능성을 제시하였다.
□ 오일권 교수·유승화 교수 공동연구팀(한국과학기술원)은 미래창조과학부 기초연구사업(개인연구)의 지원으로 연구를 수행했으며, 이 연구결과는 국제적인 학술지 네이처커뮤니케이션(Nature Communication) 10월 31자에 게재되었다.
o 논문명과 저자 정보는 다음과 같다.
– 논문명 : Graphene-coated meshes for electro-active flow control devices utilizing two antagonistic functions of repellency and permeability
– 저자 정보 : 오일권 교수(교신저자, 한국과학기술원), 유승화 교수(공동교신저자, 한국과학기술원), 라쏠타바시안(제1저자, 한국과학기술원)
□ 논문의 주요 내용은 다음과 같다.
| 1. 연구의 필요성 ○ 표면청소, 방수표면, 제습공조, 부식방지, 저항감소 등 다양한 수처리에 적용 가능한 액체 거동 제어 장치의 개발이 요구되고 있다. 그러나 기존의 표면 젖음성 조절과 부식 방지 연구들은 표면의 굴곡이나 화학적인 코팅에 의존하였기 때문에 표면의 젖음성을 제어할 수 없었다. 전기습윤현상*을 이용하면 액체의 움직임과 흐름을 조작할 수 있게 되어, 발수성 소재의 표면을 젖게 하거나 흡수성 소재의 표면에 물이 스며들지 않게 제어가 가능하다. * 전기습윤현상(electrowetting) : 전기장이 가해질 때 액체방울의 모양이나 접촉각, 표면의 젖음성이 바뀌는 현상으로 극성(+, -)을 지닌 분자의 정렬, 혹은 액체 내 이온의 이동에 의해 발생한다. 2. 연구내용 ○ 그래핀의 소수성(hydrophobicity)*으로 인해 일반적으로는 그래핀이 코팅된 그물망에는 물이 투과되지 못한다. 하지만 전기장을 가할 때 물에 작용하는 정전기힘과 그물망 틈 사이에 작용하는 모세관힘*의 상호작용에 기반한 젖음성 조절 메커니즘을 규명하여, 이를 바탕으로 그물망 바깥쪽에 높은 전기장을 인가하면 안쪽의 액체가 비가역적*으로 그물망을 투과하여 이동함을 보여, 전기로 그물망의 발수성과 투수성을 능동적으로 제어가 가능함을 보였다. 3. 연구 성과 |
□ 오일권 교수는 “이 연구는 기존 연구에서 나타났던 금속의 부식 현상 및 물이 젖는 정도를 조절할 수 없었던 문제를 그래핀이 코팅된 그물망 구조로 극복하면서 마이크로 수준에서 액체의 움직임과 젖음성을 제어할 수 있는 방법을 개발한 것이다. 방습 및 제습, 미세유체, 해수 담수화, 차세대 수(水) 처리 장치 등 다양한 분야에 적용될 수 있을 것이다.”라고 연구의 의의를 설명했다.
