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미국 밴더필트 대학(Vanderbilt University)의 연구진은 나노기공을 가진 그래핀을 제조할 수 있는 새로운 방법을 개발했다. 이번 연구는 여과 성능을 저하시키지 않으면서 높은 관류(flow-through)를 가진 멤브레인을 만드는데 새로운 길을 열어줄 수 있을 것이다. 첫 번째 단계는 나노크기의 구멍을 직접 형성하는 방법에 초점을 맞추었다. 그래서 그래핀의 온도를 낮추어서 나노크기의 구멍을 만들었다. 이것은 육방정계 결정을 가진 2차원 층이 탄소 원자를 잃어버리면서 생성된다. 즉, 다른 질감을 가진 초콜릿 케이크를 만들기 위해서 굽는 동안에 온도를 낮추는 것과 유사하다. 나노크기 구멍을 가진 매우 얇은 그래핀은 형상을 계속 유지하는 것이 매우 어렵다. 그래서 이번 연구에서는 기존의 고분자막 제조 기술로 나노다공성 그래핀 위에 얇은 고분자 층을 형성했다. 딥 코팅(dip coating) 방식으로 그래핀 상부에 폴리머 층을 형성함으로써 다공성 그래핀 층을 지지할 수 있게 되었다. 이것은 반죽이 다공성 빵으로 변형되는 것과 유사하다. 이번 연구에서는 원자적으로 얇은 멤브레인으로 작은 단백질에서 염과 작은 분자들을 분리할 수 있다는 것을 증명했다. 대부분의 상업용 멤브레인은 수십 마이크론 두께를 가진 고밀도 폴리머 층으로 만들어진다. 이런 층에서는 확산 속도는 매우 느리다. 이번에 개발된 원자 두께의 멤브레인은 최신의 상용 투석막보다 100배 더 높은 투과성을 가지고 있다. 이 연구결과는 소분자 분리, 정밀 화학 정제, 완충액 교환, 실험실 규모의 투석 등과 같은 매우 많은 분야에 혁신적인 발전을 이끌어낼 수 있을 것이다. 이 연구결과는 저널 Advanced Materials에 “Facile Fabrication of Large-Area Atomically Thin Membranes by Direct Synthesis of Graphene with Nanoscale Porosity” 라는 제목으로 게재되었다. |
