원광대학교 화학공학전공 플라즈마 공정 연구실의 강성표 석사과정생이 2024년 6월 24~28일 제 3회 iFPC(International Fusion and Plasma Conference)와 공동 주최한 2024 KAPRA & KPS/DPP Conference에서 최우수 포스터상을 수상하였다.
발표한 논문 제목은 ‘직류열플라즈마 시스템에서 SWCNT 성장에 대한 금속촉매의 영향(Synthesis of Single-walled Carbon Nanotubes from methane by DC Thermal Plasma)’로 김태희 교수를 포함하여, 원광대 화학공학전공 플라즈마 공정 연구실의 이한준 대학원생이 공동 저자로 참여하였다. 단일벽 탄소나노튜브(Single-walled Carbon nanotubes, SWCNT)는 우수한 물리화학적 특성으로 인하여 다양한 분야로의 적용이 가능하나, 공정 단가, 순도, 직경제어, 대량생산 등의 한계점으로 인해 산업계에서 적용이 다소 제한적이다.
이러한 한계를 극복하기 위해, 원광대학교 화학공학과 김태희 교수 등 연구팀은 직류 열플라즈마를 사용하여 SWCNT를 합성하고자 하였다. 열플라즈마 제트의 높은 온도는 SWCNT 합성에 필수적으로 사용되는 금속촉매의 기화나 튜브 성장에 필요한 탄소원을 분해할 수 있는 충분한 온도를 제공한다. 또한, 플라즈마 제트를 지나 급격한 온도구배에 의한 급랭효과로 기화된 반응물의 핵 생성 및 응축이 발생되기 때문에 나노크기의 물질 합성에 적합하다.
금속촉매의 종류와 함량을 변수로 하여, 실험을 진행하였고 1 nm 수준의 좁은 직경을 갖는 SWCNT를 합성하였다. SWCNT는 전기적 특성이 우수하여, 현재 리튬이온 이차전지의 필수적인 소재로 평가받고 있다. 2050 탄소 중립 추진 전략에 따라 전기차의 수요는 계속 증가하고 있으며, 그에 따라 SWCNT 시장의 지속적인 성장이 이루어질 것이라 기대된다.