실리콘과 실리콘 카바이드로 이뤄진 실리콘 폐기물은 반도체와 태양전지용 실리콘 웨이퍼 제조공정에서 발생한다. 연간 1만 톤 이상이 대부분 폐기되고 있지만 순도 10N(99.99999999%) 이상의 초고순도 실리콘 나노입자가 30% 이상 함유돼 있어 이를 분리·회수하는 방법이 관심을 끌고 있다.

연구팀은 실리콘 폐기물로부터 고순도 실리콘을 분리한 뒤 그래핀과 결합하는데 성공했다. 실리콘 폐기물을 물에 분산시킨 콜로이드 용액을 얻은 뒤 이를 미세한 물방울로 만들어 물방울에 함유된 실리콘을 화학적인 처리 없이 분리·회수했다.

가습기가 분무되는 것과 유사한 에어로졸 공정을 통해 얻은 물방울에서 수분을 증발시키면 실리콘 입자만 남게 되는 원리다. 이후 회수된 실리콘 입자와 그래핀을 바로 결합시켜 고효율 이차전지 음극 소재인 실리콘-그래핀 복합체를 제조했다.

장 박사는 “그동안 방치됐던 폐기물을 재활용할 수 있는 계기를 마련했다”며 “이번 연구는 환경문제와 고부가 자원 확보를 동시에 해결할 수 있어 같은 실리콘 폐기물이 발생되고 있는 해외에서도 활용 가능성이 높다”고 말했다. 이번 연구결과는 네이처(nature) 자매지인 사이언티픽 리포츠(Scientific Reports) 3월 30일자 온라인판에 게재됐다.

유주경 기자 willowind@ggilbo.com