그래핀 복합체의 용매로서 사용되는 염료

이탈리아 연구진은 그래핀 복합체의 용매로서 염료를 사용했다. 이 연구결과는 그래핀 복합체가 다양한 산업 분야에 적용할 수 있는 새로운 길을 열어줄 것이다.

그래핀-고분자 복합물을 제조할 수 있는 효율적인 방법들은 마이크로전자공학과 고분자 산업을 이해하는데 핵심적인 역할을 한다. 그러나 지금까지 그래핀 용액을 제조하는데 사용되는 많은 용매들은 고분자 복합체를 제거하는 것이 어렵고, 이것은 최종 특성에 영향을 끼친다. 용매로서 산업용 염료를 사용하는 것은 프로세스의 말미에 이것을 추출하지 않아도 되게 한다. 또한 염료의 특성들과 비-독성은 잘 알려져 있기 때문에 염료-그래핀 복합체를 결합할 때의 위험을 추가적으로 감소한다.

그래핀은 2차원 벌집 모양의 탄소 격자이고, 놀라운 특성을 가진 가지고 있다. 그리고 그동안 많은 연구를 통해서 그래핀 제조 및 처리를 위한 수많은 흥미로운 접근 방법이 존재한다.

“현재, 그래핀은 서로 다른 종류의 용매 또는 비누를 사용해서 용액 속에서 제조된다”고 Palermo가 말했다. “이것은 기초 연구에서 매우 잘 작동하지만, 대규모 산업용 분야에 적용하는데 이런 용액을 사용하는 것은 여전히 어렵다. 우리는 화합물을 대규모로 만드는데 사용되는 분자들로 흑연 박리를 할 수 있다는 것을 증명했다; 따라서 그들은 복합체 속에 포함되기 전에 그래핀 용액에서 제거될 필요가 없다”고 Palermo가 덧붙였다. 

산업에서 이미 자주 사용되고 있는 염료를 사용하는 것은 상당한 장점이 될 수 있다고 이번 연구진은 강조했다. “마이크로전자장치 또는 폴리머 제조와 같은 대규모 제조 및 높은 최적화가 필요한 산업들은 생산 사슬 속에서 도입되는 새로운 다른 단계 또는 첨가제에 보수적인 접근을 가지는 경향이 있다”고 연구진은 말했다. 

이번 연구팀은 IBS(indanthrone blue sulphonic acid sodium salt)가 흑연과 어떻게 상호작용하는지를 실험했다. 인단트론 유도체(Indanthrone derivative)는 수십 년 동안에 면 염료, 페인트, 에나멜로서 사용되는 안료의 일종이다. 더 최근에, IBS는 액정 제조에 사용되었고, 이것은 이런 화합물이 전자 발광식 유기 반도체를 자기 조립하는데 잠재력을 가질 수 있다고 제안했다.

이번 연구진은 IBS에 흑연을 추가할 때의 반응을 조사했다. 흑연 위에 증착된 IBS 용액의 자외선/가시광선 분광 관찰은 분자들이 흑연 표면 위에 흡수된다는 것을 제안했다. 초음파로 관찰했을 때, 흑연은 단일층과 몇-층 그래핀 박편으로 부서지는데, 이것은 0.1 mg/mL IBS의 용액에서 안정화되었다.

이번 연구진은 IBS-그래핀 제조 및 처리 방법이 전기 전도성을 향상시키기 위해서 폴리머 복합체에 적용될 수 있다고 제안했다. 복합체의 전도성은 전자기 차폐 분야에서 필요한 수준에 미치지 않지만, 그들은 정전기 분산의 요구조건을 충족하고 유기 전기장치 속에 적용될 수 있다.

2008년 처음 그래핀이 발견된 이후로 많은 연구들이 수행되었지만, 그래핀의 화학적 특성은 상대적으로 적게 조사되었다. “현재, 우리는 대면적, 거의 없는 결함, 우수한 가공성을 가진 그래핀 시트를 달성하기가 어려웠다. 그래서 우리는 그래핀의 박리 프로세스에 큰 관심을 가졌다.”

이번 연구진의 향후 연구는 그래핀과 폴리머 사이의 상호작용을 더 잘 이해하기 위한 추가적인 연구에 초점을 맞출 것이다. “석기 시대에서 실리콘 시대까지, 재료들은 우리의 삶에 항상 영향을 끼치고, 특히 탄소 기반의 재료들은 차세대 분야에 큰 잠재력을 가지고 있다.” 이 연구결과는 저널 2D Materials에 “Exfoliation of graphene with an industrial dye: teaching an old dog new tricks”라는 제목으로 게재되었다(doi:10.1088/2053-1583/1/3/035006).

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 그래핀 복합체의 용매로서 사용되는 염료