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. 국내 마리나 산업·관광 '체류·체험형'으로 체질 개선
  2. 천안교도소, 구인·구직 만남의 날 행사 개최
  3. 천안시티FC, 든든한 파트너 후원사와 한자리에…상생 파트너십 강화
  4. 한국 축구 대표팀, 월드컵 2차전서 난적 멕시코 0대1 석패
  5. 장기수 천안시장 당선인, 첫 행보로 민생경제회복 …천안사랑카드 100억원 추가 확대
  1. 백석대 레슬링팀, 전국레슬링대회서 금 3·은 1·동 5 획득 쾌거
  2. 연암대, 연암리빙랩 어드벤처디자인 경진대회 개최
  3. 충남콘진원 입주기업 '빅펀', 글로벌 콘텐츠 제작 공모 선정
  4. 중진공 충남본부, 도약 프로그램 선정기업 ㈜한도 현판수여식 개최
  5. KT&G, 글로벌 100대 혁신기업 4년 연속 선정

헤드라인 뉴스


`영원한 2인자` 고 김종필 탄생 100주년, 중용·통합의 정신 기린다

'영원한 2인자' 고 김종필 탄생 100주년, 중용·통합의 정신 기린다

충청 정치의 거목으로 평가받는 고 김종필(金鍾泌·JP·26년생) 전 국무총리 탄생 100주년 기념식과 제8기 추도식이 23일 오후 국회의원회관에서 열린다. 김종필문화재단(이사장 조부영) 주최로 열리는 행사의 주제는 '사랑에는 후회가 없습니다'로, 민주자유당과 결별한 JP가 1995년 충청권을 기반으로 한 자유민주연합(1995년 3월 30일∼2006년 4월 7일)을 창당 후 국회 교섭단체 대표연설에서 처음 한 말이다. 행사는 산업화와 민주화, 국민통합 시대에서 역할을 했던 운정(雲庭) 김종필 전 국무총리의 삶과 업적으로 재조명하고 대..

”더워도 월드컵은 못 참죠” 월드컵 야외 응원 나선 대전 시민들
”더워도 월드컵은 못 참죠” 월드컵 야외 응원 나선 대전 시민들

19일 오전 9시 30분, 대전 유성구 국립중앙과학관 광장. 2026 북중미 월드컵 조별리그 A조 한국과 멕시코 경기를 앞두고 월드컵 응원전을 위한 대형 전광판과 가림막 텐트가 마련돼 있었다. 이날 대전의 낮 기온은 30도를 웃돌았다. 오전부터 햇볕은 뜨겁게 내리쬐었고, 5분만 가만히 서 있어도 이마와 목덜미를 타고 땀이 흘러내렸다. 텐트 그늘 아래조차 후끈한 열기가 감돌았다.그러나 월드컵 열기는 무더위보다 뜨거웠다. 1차전 체코전 승리 이후 대한민국 축구대표팀에 대한 기대감은 더욱 커졌다. 도심 곳곳의 술집과 학교, 회사에서는 단..

"내년부터 10조 지원" 할 일 많아진 충청광역연합, 내실화 숙제
"내년부터 10조 지원" 할 일 많아진 충청광역연합, 내실화 숙제

6·3지방선거로 충청권 광역단체와 의회가 확 바뀌면서, 충청광역연합의 향방에도 관심이 쏠린다. 올 들어 대전시와 충남도의 행정통합 추진으로 결속력이 흔들렸으나 끝내 통합이 무산되면서, 광역연합의 역할이 오히려 부각되고 있는 양상이다. 여기에 내년부터 10조 원 규모로 권역별 전략산업을 지원하는 초광역특별계정 적용안이 검토되면서, 연합체제의 역할이 크게 확대될 것으로 예상된다. 그런 만큼 연합과 연합의회의 내실을 다지는 것이 무엇보다 중요하다는 지적이 나오는데, 현재로선 연합장과 연합의회 원구성 인선이 이목을 끌고 있다. 19일 충청..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 여름철 풍수해 대비 장비 점검 여름철 풍수해 대비 장비 점검

  • 수족구 예방…‘꼼꼼하게 손 씻어요’ 수족구 예방…‘꼼꼼하게 손 씻어요’

  • 접시꽃에 담긴 여름 접시꽃에 담긴 여름

  • 임직원들이 함께 즐기는 월드컵 임직원들이 함께 즐기는 월드컵