해수담수화 플랜트 효율 높이는 그래핀 코팅기술 개발

오일권 교수

아주경제 이한선 기자 = 국내연구진이 해수담수화 플랜트 효율을 높일 수 있는 그래핀 코팅 기술을 개발했따.

미래창조과학부는 오일권 KAIST 기계항공시스템공학부 교수 연구팀 김건태 연구원(제1저자), 생명화학공학과 김수지 학부생(제1저자) 및 코라트카 미국 렌슬러공대 교수 등 국제 공동연구진이 구리 표면의 굴곡을 그대로 살려 표면을 따라 그래핀을 코팅하는 기술을 개발했다고 3일 밝혔다.

기술은 전기도금으로 물에 젖지 않도록 거칠게 만든 구리 표면 굴곡을 그대로 유지하면서 산화에 강한 그래핀을 덧입혀 해수담수화장비, 열교환기 등 내부식성이 필요한 장비에 다양하게 응용될 것으로 기대된다.

이번 연구는 미래부가 추진하는 중견연구자지원사업의 지원으로 수행돼 재료분야 국제학술지 어드밴스드 머티리얼스지 온라인판 지난달 3일자에 게재됐다.

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• 물 이용하지 않고 그래핀 전사시키는 기술 개발

연구팀은 전기도금으로 거칠게 만들어 소수성을 띠는 구리 위에 그래핀을 직접 합성하는 방식으로 표면의 굴곡을 그대로 살려 물을 흡수하지 않는 소수성이 그대로 유지되도록 하는 데 성공했다.

열전도도가 높고 부식에 강한 그래핀은 코팅재로 유용하지만 기존의 합성된 그래핀 필름을 구리기판 위에 올리는 방식은 물에 대한 친화성을 변화시키는 한계가 있었다.

연구팀은 화학기상증착법으로 그래핀을 소수성 구리 기판 위에 합성하면서 동시에 코팅하는 경우 표면에 영향을 미치지 않을 수 있다는 것을 알아냈다.

기술을 활용해 물에 젖지 않도록 거칠기는 그대로 유지하면서 그래핀으로 인해 내부식성과 열전도도를 향상시킬 수 있어 해수담수화 장비나 열교환기 등 물 포집 기능이 필요한 장비의 효율 향상에 기여할 것으로 기대된다.

해수담수화장비에 응용될 경우 표면 소수성에 의한 물방울 이동도 상승과 그래핀 코팅막에 의한 열전도도를 상승시킬 수 있어 더 많은 양의 물을 응집하면서 해수담수화플랜트의 효율성과 경제성을 높일 수 있을 것으로 기대된다.

엠보싱 처리된 그래핀 표면은 고감도 터치 패널을 개발하는 데 이용될 수 있을 것으로 예상된다.

그래핀이 증착된 소수성 구리 기판은 200℃의 고온 환경과 소금물 속에서도 5시간 동안 산화와 부식이 일어나지 않고 표면 소수성을 유지하고 일반 구리 기판보다 30% 가량 더 많은 양의 수증기를 물방울로 응집시킬 수 있는 것으로 나타났다.

오 교수는 “개발 기술은 소수성 구리 기판 위에 높은 열전도도와 내부식성을 부여할 수 있어 이를 해수담수화 플랜드에 응용하면 효율성 향상에 기여 할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

그래핀 코팅된 소수성 표면을 이용한 대기 중 수증기 응집 모식도, 그래핀이 코팅된 소수성 표면의 온도를 주변 환경보다 낮은 온도로 낮추게 되면 대기중에 포함된 수증기들이 표면에 응축돼 물방울로 응축되게 된다. 이러한 현상은 현재 해수담수화 기술에 응용되고 있다