▷ 제목: What happens if the room at the bottom runs out? Transport phenomena of fluids under sub-3-dimensional confinement

▷ 내용: 물질 분리와 에너지 수확/저장 같은 다양한 산업에 멤브레인 기술을 응용하면 에너지효율 향상과 공정 고도화를 기대할 수 있으므로 에너지-물-기후변화 넥서스 문제에 도전해 볼 수 있다.

멤브레인이 제공하는 과정은 기본적으로 분자 수준에서 물질의 선택적인 투과이다. 멤브레인을 만난 분자들은 그 안으로 흡착해 들어가 멤브레인 내부 물질과 상호작용하며 반대편으로 투과해 나가는데, 그 흡착과 투과의 정도가 화학종마다 다르기 때문에 멤브레인을 선택적 투과 장치라고 부를 수 있다. 즉, 분자 수준의 선택적 투과는 효율적인 물질분리의 핵심인 것이다. 따라서, 합성 멤브레인(합성막)의 물질 분리 성능 삼요소로 막 재료가 가진 물질 선택성, 물질 투과성, 그리고 기계화학적 내구성을 들 수 있다.

합성막의 물질 분리 성능과 관련하여 기존 소재의 한계를 극복하기 위해 저차원 나노물질이 제공할 수 있는, 차원적 극한 환경을 연구하여 응용하고자 한다. 만약 분자 크기와 나노미터 사이에 걸친 길이척도에서의 물질 수송 현상을 이해한다면, 멤브레인 내부의 선택적 수송을 제어할 수 있는 합성막 기공 설계를 혁신할 수 있을 것이다.

본 발표는 원자층 오리피스와 나노튜브가 제공하는 0차원과 1차원 공간에서 일어나는 수송 현상의 기초에 관해 이야기한다. 비록 구속하는 공간의 차원에 따라 어느 정도 차이는 있으나, 저차원 공간에서의 물질 투과는 초수송(ultrapermeation)적 특성을 보인다. 저차원 공간을 만들어내고 관찰하여 해석하는 노력의 여정을 중심으로 이야기를 전개할 예정이다. 합리적인 기공 설계와 다양한 합성/가공법을 통해 합성막의 화학적 선택성을 조절할 수 있다는 관점에서, 본 연구에서 획득한 지식을 통해 우리는 공정 고도화를 향한 합성막물질의 개발을 위한 초석을 놓고 있다.