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라이스 대학(Rice University)의 연구진은 레이저 빔을 사용해서 폴리머 층(polyimide)을 3차원 그래핀 폼(foam)으로 변환시킬 수 있는 새로운 방법을 개발했다. 레이저 유도 방식으로 만들어진 그래핀은 가교 결합된 미세한 그래핀 조각으로 구성되어 있다. 이것은 슈퍼커패시터, 연료 전지용 전기 촉매, 무선 주파수 식별(RFID) 안테나, 바이오센스 등과 같은 다양한 분야에 적용될 수 있을 것이다. 이번 연구진은 이 기술을 폴리머, 판지, 코르크, 천, 식품 등과 같은 다양한 분야에 적용했다. 이전 방법과는 달리, 이 새로운 기술은 멀티-패스 레이저 기술이 필요하다. 첫 번째 레이저 빔은 기판을 무정형 탄소로 변환시키고, 그 이후의 두 번의 레이저 빔은 탄소가 그래핀으로 변환시키는 역할을 한다. 여기에서 빛의 파장이 중요하다. 모든 목재 재료는 리그닌(단단한 세포벽을 형성하는 복잡한 유기 폴리머)을 가지고 있다. 코르크, 코코넛 껍질, 감자 껍질은 일반적인 목재(18-30%)보다 더 높은 리그닌 함량(각각 25%, 30%, 36%)을 가지고 있다. 이번 기술은 이런 리그닌을 그래핀으로 쉽게 전환시킬 수 있고, 이런 공정은 대기 조건 하에서 이루어진다. 이 방법은 간단한 멀티-패스(multi-pass) 레이저 기술을 사용해서 식품, 천, 종이와 같은 다양한 소재 위에 그래핀을 생성시킬 수 있다. 한 가지 예로서, 이번 연구진은 다중 레이저 방법을 사용해서 코코넛 위에 마이크로-슈퍼커패시터를 제조했다. 이러한 다양한 탄소 재료를 그래핀으로 쉽게 제조할 수 있다면, 이런 꿈의 소재를 더 다양한 분야에 적용할 수 있는 길을 열어줄 수 있을 것이다. 특히, 식용 전자장치 및 센서에 적용되어서 혁신적인 제품 개발에 이바지할 것이다. 즉, 모든 식품이 언제 만들어졌는지, 얼마나 오래 보관되었는지, 원산지가 어디인지 등과 같은 정보를 식품에 붙어 있는 작은 RFID 태그로 알 수 있게 된다. 또한 이런 태그는 대장균 또는 기타 미생물을 감지하는 센서로서의 역할을 할 수 있다. 만약 대장균 등이 발견된다면 태그의 색이 변해서 이것을 먹지 말라는 신호를 보낼 것이다. 이 연구결과는 저널 ACS Nano에 ldquo;Laser-Induced Graphene by Multiple Lasing: Toward Electronics on Cloth, Paper, and Food rdquo; 라는 제목으로 게재되었다(DOI: 10.1021/acsnano.7b08539). |
