IBS, 그래핀 층수에 따른 ‘습윤성’ 분자수준서 규명
IBS, 그래핀 층수에 따른 ‘습윤성’ 분자수준서 규명
  • 이성현 기자
  • 승인 2021.04.12 10:31
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합-주파수 생성 분광법을 이용하여 얻은 그래핀-물 계면에서 물 분자의 수소결합 구조
합-주파수 생성 분광법을 이용해 얻은 그래핀-물 계면에서 물 분자의 수소결합 구조

기초과학연구원이 그래핀 두께에 따른 습윤 특성 변화를 분자 수준에서 처음으로 규명했다.

습윤성은 표면이 물에 젖기 쉬운 정도를 나타내는 성질이다. 이는 친수성에 비례하는 반면, 소수성에는 반비례한다.

다른 증착물질들과 달리 그래핀의 습윤성은 함께 사용되는 기판의 종류에 따라 다르게 나타난다. 기판의 습윤성이 얇은 그래핀을 투과하여 표면으로 전달되기 때문으로 알려졌지만, 그 메커니즘이 명확히 밝혀지진 않았다. 또한 그래핀이 친수성 물질인지, 소수성 물질인지도 알 수 없었다.

연구진은 ‘합-주파수 생성 분광법’이라는 기술을 이용하면 그래핀-물 계면에 위치한 물 분자의 수소결합 구조만 선택적으로 관측하는 것이 가능함을 발견했다.

무작위의 배향을 가지던 물 분자들은 그래핀-물 계면에서는 일정한 배향을 가지게 되는데, 이 분자들의 신호만 선별해 검출할 수 있는 기술이다.

연구 결과 그래핀 층수에 따른 물 분자의 수소결합 구조 변화를 파악할 수 있었다. 기판의 습윤성이 그래핀을 투과하는 성질은 그래핀 층이 쌓일수록 감소했다.

특히 4층 이상의 그래핀에서는 소수성 계면에서만 관측되는 수소결합을 하지 않는 물 분자들이 관찰됐다.

조민행 분자분광학및동력학연구단장은 “그래핀의 층수가 증가하면 그 계면의 소수성이 증가하는 것을 분자적인 수준에서 설명한 첫 번째 사례”라며 “그래핀이 물에서 활용될 경우 계면의 소수성이 효율성을 결정하는 핵심 요소인 만큼, 이번 연구가 최적의 그래핀 설계를 위한 아이디어를 제시할 것으로 기대한다”고 설명했다.

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