IBS, 원자 한 층으로 구성된 대면적 그래핀 개발

  • 경제/과학
  • IT/과학

IBS, 원자 한 층으로 구성된 대면적 그래핀 개발

  • 승인 2019-07-03 15:51
  • 김성현 기자김성현 기자
noname01
연구진이 개발한 원자 한 층 단결정 그래핀의 모습
소재 전체의 두께가 원자 한 층으로 균일한 대면적 그래핀이 개발됐다.

기초과학연구원(IBS)은 다차원 탄소재료 연구단은 울산과학기술원(UNIST), 성균관대, 홍콩과기대 등과의 국제공동연구를 통해 순수하게 한 층으로 이뤄진 대면적 그래핀을 합성하는데 성공했다고 3일 밝혔다.

그래핀은 탄소 원자들이 벌집처럼 육각형으로 나열된 2차원 물질이다. 얇고 투명하지만 강철보다 강하고, 우수한 열·전기전도성을 지니는 등 탁월한 물성으로 주목받았다. 고성능 그래핀 합성에는 일반적으로 화학기상증착법(CVD)이 쓰인다. 구리와 같은 얇은 금속 호일(박막) 위에서 그래핀을 성장시키는 방식이다.

지금까지 CVD를 이용한 수많은 그래핀 합성 연구가 보고됐지만, 항상 부분적으로는 여러 층의 그래핀이 겹친 '적층 구역'이 존재했다. 전 면적에 걸쳐 순수하게 한 층으로 이뤄진 그래핀은 아직까지 개발된 적 없다. 그래핀의 전기적 특성은 층수에 따라 민감하게 변하기 때문에 부분적인 적층 구역의 존재는 그래핀의 물성을 떨어뜨리는 결함이 된다.

우선 공동연구진은 그래핀 적층의 생성원인을 조사했다. 그 결과 시중에 판매되는 구리 호일이 다량의 탄소 불순물을 함유하고 있고, 이로 인해 부분적인 적층이 생성됨을 규명했다. 특히 탄소 불순물은 상용 구리 호일의 표면부터 300nm(나노미터·1nm는 10억 분의 1m) 깊이에 집중돼 있었다.

이에 착안해 연구진은 고온의 수소 열처리를 통해 탄소 불순물을 모두 제거한 구리 호일을 적용해 완전한 원자 한 층의 대면적 그래핀을 제조하는 데 성공했다.

이후 연구진은 더 성능이 우수한 한 층의 단결정 그래핀을 제조하기 위한 추가 실험을 진행했다. 단결정 그래핀은 소자 전체에 걸쳐 탄소(C)가 규칙적으로 배열된 그래핀으로, 방향이 다른 단결정 그래핀들이 모여 이뤄진 다결정 그래핀에 비해 전기적 특성이 우수하다. 탄소 불순물을 제거한 단결정 구리 호일 위에서 단결정 그래핀은 20~50㎛(마이크로미터 1㎛는 100만 분의 1m)의 간격을 두고 군데군데 접힌 형태로 성장한다. 접힌 부분 사이에 형성된 그래핀은 적층이 없는 것은 물론, 소재의 결합으로 작용하는 결정립계도 없는 완벽한 단결정을 이뤘다.

연구진은 한층 단결정 그래핀의 캐리어 이동도를 분석했다. 캐리어 이동도는 물질 내에서 전하 입자가 얼마나 잘 이동할 수 있는가를 나타내는 지표로, 수치가 높을수록 저항이 작아 더 적은 전력으로도 높은 성능을 낼 수 있음을 의미한다. 개발된 소재의 캐리어 이동도는 상온에서 1만㎠/Vs로 기존 화학기상증착법으로 합성된 일반적인 그래핀에 비해 약 4배 이상 우수한 성능을 보였다.

로드니 루오프 단장은 "한 층의 대면적 그래핀 합성 연구는 순수한 호기심에서 시작된 기초과학 연구지만, 향후 산업계에서도 유용하게 사용될 것"이라며 "현재는 국소적으로 존재하는 접힌 부분의 발생 원인을 규명, 이를 최소화한 더욱 완벽한 그래핀을 합성하는 연구를 진행하고 있다"고 말했다.
김성현 기자 larczard@

중도일보(www.joongdo.co.kr), 무단전재 및 수집, 재배포 금지

기자의 다른기사 보기

랭킹뉴스

  1. "중증화상·중독·사지절단 응급진료 역량 확충 필요"…대전·세종 응급실 진료 분석해보니
  2. 대전 구청장 선거전 본격화…현역 "수성" vs 도전자 "변화"
  3. 청주교도소 특별사법경찰대장 박경민 대전교정청 '이달의 모범교관'
  4. '연구비 자율성 강화'에 과학기술계 "환영… 세심한 후속 관리 필요"
  5. 정치색 없다는데…교육감 선거 진영 프레임 반복
  1. 대전 구청장 선거전 가열…정용래·서철모 출마 선언
  2. 민주당, 충남 아산시을 국회의원 보궐선거 후보로 전은수 영입
  3. [르포] "멈춰야 할 땐 지나가고, 지나도 될 땐 멈추고"… 우회전 일시정지 단속 현장 가보니
  4. 민주당 '세종시의원 후보' 확정 연기… 집현동서 제동
  5. 대전교육청 산업재해 증가세 "더 이상 아프고 싶지 않아"

헤드라인 뉴스


"멈춰? 그냥 가? 헷갈려요"… 우회전 일시정지 시민 혼선

"멈춰? 그냥 가? 헷갈려요"… 우회전 일시정지 시민 혼선

29일 오전 9시 30분께 대전 용소네거리. 출근길 정체는 어느 정도 빠졌지만 주택가에서 도안동로와 건양대병원 방면으로 빠져나가려는 우회전 차량 흐름은 적지 않았다. 차량 대부분은 속도를 조금 줄인 뒤 그대로 우회전했다. 바퀴가 완전히 멈춰 선 차량은 좀처럼 보이지 않았다. 우회전 일시정지 의무가 시행된 지 시간이 흘렀지만 현장에서는 여전히 '서행'과 '일시정지'의 경계가 흐릿했다. 분위기가 달라진 건 오전 9시 36분께였다. 우회전 일시정지 집중단속을 앞두고 경찰 차량과 경찰관들이 교차로 주변에 모습을 드러내자 우회전 차량들이 눈..

6·3 지방선거, 대전·충청 분위기 고조… 선대위 띄우고 공동선언도
6·3 지방선거, 대전·충청 분위기 고조… 선대위 띄우고 공동선언도

6·3 지방선거를 30여 일 앞두고 기선을 잡으려는 여야 각 정당의 움직임이 더욱 빨라지고 있다. 국민의힘은 대전 선거대책위원회를 띄워 본격적인 선거 체제에 돌입했고, 더불어민주당 충청권 4개 광역단체장 후보들은 '충청권 공동대전환'을 선언하는 등 선거 열기가 점차 고조되는 분위기다. 먼저 더불어민주당 대전, 세종, 충남, 충북 4개 시·도지사 후보들은 29일 오전 세종시청에서 '충청권 공동대전환' 선언문을 발표했다. 이번 공동선언은 민주당 충청권 광역단체장 후보들이 이재명 정부의 '지방주도 성장' 기조에 맞춰 충청을 변방이 아닌..

대전 버드내초 인근 신생 핫플레이스로 `주목`…신규 창업점포 지속적 증가
대전 버드내초 인근 신생 핫플레이스로 '주목'…신규 창업점포 지속적 증가

대전지역 곳곳에서 신생 상권이 새롭게 형성되고 있다. 평소 주목받지 못했던 지역에 아파트가 들어서거나, 다시금 유동인구가 늘어나며 신규 점포 등이 하나둘 문을 열고 있어서다. 기존 상권과 달리 신규 창업 점포가 눈에 띄게 눈에 띄게 확장되자 창업을 고민하는 이들에게 또 하나의 블루오션으로 주목받는다. 29일 소상공인 365 빅데이터가 추려낸 대전 신생 핫플레이스는 중구 유천1동 '버드내초등학교' 인근이다. 신생 핫플레이스란, 상권이 형성된 지 얼마 되지 않은 장소로 최근 들어 급부상하는 곳을 뜻한다. 5만 1045㎡ 규모의 해당 상..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 기자간담회 갖는 이장우 대전시장…오늘 예비후보 등록 예정 기자간담회 갖는 이장우 대전시장…오늘 예비후보 등록 예정

  • 때 이른 더위에 장미꽃 ‘활짝’ 때 이른 더위에 장미꽃 ‘활짝’

  • ‘우회전 시 일시정지 꼭 해주세요’ ‘우회전 시 일시정지 꼭 해주세요’

  • ‘74명 사상’ 안전공업 건물 철거 돌입…현장감식 병행 ‘74명 사상’ 안전공업 건물 철거 돌입…현장감식 병행