이온 100배 빨리 옮기는 그래핀 나노채널

전자 이온의 이동 속도를 크게 높일 수 있는 기술이 개발됐다. 이를 통해 배터리를 빠르게 충·방전할 수 있는 길도 열릴 전망이다. 23일 미래창조과학부에 따르면 한창수 고려대 기계공학부 교수팀은 5나노미터(㎚·10억분의1m) 이하 그래핀 나노채널에서 이온 유체가 평소보다 100배 빨리 지나간다는 사실을 처음 밝혀냈다.
기존에도 100㎚ 이하 나노채널에서는 마이크로 수준의 미세한 채널에선 볼 수 없던 이온의 중첩과 분리, 고속 이송 등 특이한 현상이 발생하는 것으로 알려져 있었다. 하지만 연구팀은 대량 생산이 가능한 화학기상증착법 등을 활용해 다양한 그래핀 나노채널을 제작함으로써 더 작은 나노채널에서 이온의 이동 속도가 빨라지는 걸 관찰했다.
특히 5㎚ 크기 이하의 나노채널에서는 이온선택성에 의해 특정 이온만 채널을 통과할 수 있게 되며 그래핀의 고유한 특성으로 전기삼투 등 유동 현상이 극대화하는 것으로 나타났다. 연구팀에 따르면 3.6㎚ 크기의 나노채널의 경우 기존 실리콘 나노채널보다 전류값이 115배가량 더 증가하는 것으로 밝혀졌다.
이를 활용하면 해수 담수화 장치나 생체 이온, 이온 트랜지스터 등의 성능을 높일 수 있다. 연구진은 "빨라진 이온 유송은 이온 기반 배터리의 충전과 방전 속도를 크게 높일 수 있다"며 "이온의 고속 이동 현상을 응용해 다양한 센서소자 역시 개발할 수 있을 것"이라고 전했다.
[서진우 기자]