플라즈마로 '고순도 나노다이아몬드' 정제한다

홍승표·이승환 핵융합연 연구팀 "기존대비 고속·저비용 효과"
(a)나노다이아몬드·폴리머 필름에서 플라즈마 기반 직접 인쇄 과정 개략도.(b)나노다이아몬드·폴리머 필름에 대기압 가느다란 플라즈마를 이용한 선택적 고순도 나노다이아몬드 패턴(흰색).<사진=연구팀 제공>(a)나노다이아몬드·폴리머 필름에서 플라즈마 기반 직접 인쇄 과정 개략도.(b)나노다이아몬드·폴리머 필름에 대기압 가느다란 플라즈마를 이용한 선택적 고순도 나노다이아몬드 패턴(흰색).<사진=연구팀 제공>

국내 연구팀이 플라즈마를 이용해 고순도 나노다이아몬드를 친환경으로 정제할 수 있는 기술을 개발했다.

국가핵융합연구소(소장 김기만)는 홍승표·이승환 플라즈마기술연구센터 선임연구원과 김태환 학생연구원 등 공동 연구팀이 플라즈마를 이용해 고순도 나노다이아몬드를 기존보다 빠르고 저비용으로 정제할 수 있는 기술을 개발했다고 14일 밝혔다.

나노다이아몬드는 높은 경도·열전도도와 화학적 안정성을 지니고 있다. 표면 강도를 높이는 코팅이나 자동차 윤활유, 연마제, 화장품 등 다양한 분야에 활용 가능한 차세대 소재다.

기존에는 나노다이아몬드 생성을 위해 흑연을 폭발물과 혼합한 뒤 폭발시켜 제조하는 방식을 이용했다. 하지만 폭발 시 발생하는 불순물을 제거하기 위한 별도의 화학처리 작업이 필요해 높은 정제비용과 폐기물 처리 문제가 있었다.

또 낮은 순도 때문에 다른 소재와 반응도가 떨어져 만들 수 있는 응용제품에도 한계가 있었다. 이를 보완하기 위해 개발된 공기산화 생성법 역시 처리 시간이 5~48시간으로 오래 걸린다는 단점이 있었다.

연구팀이 개발한 나노다이아몬드 정제 기술은 플라즈마를 이용해 다이아몬드가 함유한 불순물을 선택적으로 제거할 수 있다. 기존보다 빠르고 간편하게 고순도 다이아몬드를 정제할 수 있다.

이번 기술은 저순도 나노다이아몬드 분말에 가느다란 플라즈마를 쏘이면 플라즈마에서 나오는 활성 산소가 나노다이아몬드의 불순물을 선택적으로 제거해 고순도 다이아몬드 분말로 정제되는 방식이다.
 
특히 가느다란 플라즈마를 이용한 정제기술은 필요한 부분만 선택해 직접적으로 정제가 가능하다. 원하는 형태의 고순도 다이아몬드 패턴을 형성할 수 있다는 점이 특징이다.

김기만 소장은 "현재 세계 나노다이아몬드 분말 시장은 약 1700억원 규모이며 응용제품 시장 금액 규모는 1조6247억원 규모에 달한다"라며 "향후 플라즈마 기반 저비용 나노다이아몬드 정제 기술 상용화 연구를 통해 국내 나노다이아몬드 시장의 세계적 경쟁력을 강화하겠다"고 말했다.

한편, 이번 연구 결과는 재료 분야 학술지인 '카본(Carbon)'에 지난달 말 게재됐다.
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