UNIST 펑 딩교수팀 ‘캡 솟아오름’ 새이론 발표, 탄소나노 튜브 촉매 구조설계 연구에 큰 기여
2022-03-31 이왕수 기자
30일 연구팀에 따르면 탄소나노튜브는 전도성, 강도, 연성 등이 뛰어나 지난 1991년 발견된 이후 그래핀과 함께 가장 많이 연구된 탄소 물질이다. 메모리 반도체 소재인 실리콘을 대체할 물질로 주목받고 있다.
이 물질은 촉매 표면에서 수직 방향으로 성장해 속이 빈 원통 형태로 합성되는 특성이 있다. ‘캡 솟아오름’은 촉매 귀퉁이에 탄소가 모여 생긴 캡 구조가 돔 형태로 솟아오르는 현상으로, 합성 반응 초기에 생긴다.
이 현상이 없으면 탄소 원자와 촉매 입자가 구 형태 촉매 표면을 완전히 둘러싸는 형태로 반응이 끝난다. 연구팀은 이 현상이 캡 모서리와 촉매 표면 간 계면 에너지 감소에 따른 것으로 봤다.
연구팀은 시뮬레이션을 통해 캡의 벽면과 촉매 표면이 이루는 각도가 직각에 가까워질수록 계면 에너지가 줄어든다는 사실을 확인했다.
특히 계면 에너지는 캡 모서리와 촉매 입자가 이루는 접촉각에 영향을 받기 때문에 접촉각 크기로 캡 구조 솟아오름 여부를 예측할 수 있다는게 연구팀의 설명이다.
연구팀 관계자는 “지난 30년간 간과됐던 현상을 분자 시뮬레이션과 밀도범함수 이론 분석을 통해 밝혀냈다”며 “탄소나노튜브를 합성하는 촉매 구조 설계 연구에 도움이 될 것”이라고 말했다. 이왕수기자