| 초록 |
1. 분석자서문 그래핀(graphene)을 포함한 2차원 구조의 물질은 나노 단위에서의 물질 전달을 제어하는 데에 새로운 접근을 가능하게 한다. 이러한 물질은 가능한 범위에서의 얇은 두께 및 높은 기계적 강도, 그리고 화학적 안정성을 보유함에 따라 단단한 격자 구조 내의 나노 단위 기공을 유지할 수 있다. 본 분석물을 통해 나노기공 초박막 분야의 이론적/실험적 개발 동향, 기체 및 유체 이동의 기본적인 원리, 그리고 실제적 적용을 위한 멤브레인 제조 기술에 대한 논의를 진행하고 있다. 또한 나노기공 초박막의 특성을 잠재적인 장점으로 활용할 수 있는 기술 및 이론적인 예측(simulation)과 실제 현상의 간극을 좁힐 수 있는 방안에 대한 고찰이 포함되어 있다. 2.목차 1. 개요 2. 수송 메커니즘 2.1. 원자 단위 나노기공을 통한 기체의 이동 2.2. 원자 단위 나노기공을 통한 물과 이온의 이동 3. NATMs의 제조 3.1. 하향식 제조 3.2. 상향식 제조 3.3. 확장성, 품질, 안정성 3.4. 기공으로부터 멤브레인까지 6. 분석자 결론 본 보고서에서는 NATMs의 나노기공 초박막 분야의 이론적/실험적 개발 동향, 기체 및 유체 이동의 기본적인 원리, 그리고 실제적 적용을 위한 멤브레인 제조 기술에 대한 논의를 포함하고 있다. 원문에서는 최근 3년 이내에 저명한 학술지에 발표된 논문을 약 200편 인용하였는데, NATMs 분야에 대한 연구가 굉장히 활발하게 진행되고 있음을 간접적으로 파악할 수 있다. 본문에서도 언급하였듯이, NATMs 기술은 환경, 에너지, 바이오 등과 같이 다양한 분야에 적용할 수 있으며, 실제 상용화가 된다면 관련 분야에서 기술적 진일보가 발생할 것은 부인할 수 없는 사실이다. 그럼에도 불구하고, NATMs에 대한 연구는 실제 실험보다는 이론적인 원리 규명 또는 해석 기술 적용이 대부분이다. 원자 단위의 두께를 갖는 멤브레인을 직접 제조하거나, 제조하였더라도 실제적인 실험을 진행하는 것이 아직까지는 큰 어려움이 있기 때문이다. 현재까지 NATMs를 실제적으로 산업에 적용할 수는 없었으나, NATMs의 주요 특성에 대한 이론적 연구가 지속적으로 진행되고 관련 신기술이 개발된다면, 향후 NATMs 제조 및 스케일 확대, 그리고 실제적인 실험과의 병행에 큰 도움이 될 것으로 기대된다. References 1. L. Wang, M. S. H. Boutilier, P. R. Kidambi, D. Jang, N. G. Hadjiconstantinou and R. Karnik, Fundamental transport mechanisms, fabrication and potential applications of nanoporous atomically thin membranes, Nature Nanotechnology, 2017 (12) published online. 2. J. S. Bunch, S. S. Verbridge, J. S. Alden, A. M. van der Zande, J. M. Parpia, H. G. Craighead and P. L. McEuen, Impermeable atomic membranes from graphene sheets, Nano Letters, 2008 (8) 2458-2462. 3. K, Solvik, J. A. Weaver, A. M, Brockway and J. Schrier, Entropy-driven molecular separations in 2D-nanoporous materials, with application to high performance paraffin/olefin membrane separation., Journal of Physics Chemistry C, 2013 (117) 17050-17057. 4. J. Schrier, M., Carbon dioxide separation with a two-dimensional polymer membrane, ACS Applied Material and Interfaces, 2012 (4) 3745-3752. 5. J. Schrier, Fluorinated and nanoporous graphene materials as sorbents for gas separations, ACS Applied Material and Interfaces, 2011 (3) 4451-4458. 6. C. Sun, M. S. H. Boutilier, H. Au, P. Poesio, B. Bai, R. Karnik and N. G. Hadjiconstantinou, Mechanisms of molecular permeation through nanoporous graphene membranes, Langmuir, 2014 (30) 675-682. 7. M. Shan, Q. Xue, N. Jing and J. Zheng, Influence of chemical functionalization on the CO2/N2 separation performance of porous graphene membranes, Nanoscale, 2012 (4) 5477-5482. 8. K. Celebi, J. Buchheim, R. M. Wyss, A. Droudian, P. Gasser, I. Shorubalko, J. Kye, C. Lee and H. G. Park, Ultimate permeation across atomically thin porous graphene, 2014 (344) 289-292. 9. M. S. H. Boutilier, C. Sun, S. C. O rsquo;Hern, H. Au, N. G. Hadjiconstantinou and R. Kamik, Implications of permeation through intrinsic defects in graphene on the design of defect-tolerant membranes for gas separation, ACS Nano, 2014 (8) 841-849. ※ 이 자료의 분석은 현대자동차 환경기술센터의 윤석환님께서 수고해주셨습니다. |
