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. [인사]대전MBC
  2. 정림종합사회복지관 독서캠프 ‘체크인! 북트랩 마블, 이야기 공항’
  3. 생명종합사회복지관, 우리동네축제, ‘함께 떠나는 우리의 여름’
  4. 대전 동구새마을문고, 여름철 피서지문고 개장
  5. ‘머드에서 놀자’…보령머드축제 개막
  1. 세종시교육청 '교육문화원' 공식 개원… 복합 교육문화 거점 노크
  2. 가로림만 서산갯벌, 유네스코 세계자연유산 등재…서산, 세계유산도시 새 역사 열었다
  3. 신한철 전 중도일보 상무 별세
  4. 김해 전략산업 기술거점 10곳, 내년 4월 완성
  5. 대전사랑메세나와 대전사랑시민협의회,동안미소한의원이 함께하는 취약계층 위한 영화제 성료

헤드라인 뉴스


테크·바이오 창업 수도권으로 이탈 여전…KAIST 창업 61% 수도권·대전서 고용 15%

테크·바이오 창업 수도권으로 이탈 여전…KAIST 창업 61% 수도권·대전서 고용 15%

KAIST가 교내 안팎에서 이뤄진 창업 기업의 성과를 조사한 결과 6만1252명의 고용을 창출하고 38조 9500억 원의 총매출을 일으킨 것으로 집계했다. KAIST 교원과 재학생과 졸업생이 창업하거나 그리고 학교의 지원을 받은 기업을 대상으로 조사가 이뤄졌는데, 이들 창업 기업 중 대전에 본사를 둔 경우는 전체의 23.1%이었고, 총 매출액 대비 대전의 비중은 7.4%에 불과했다. 국방과 기술(Tech), 바이오 등 대전의 연구성과를 지역 창업으로 이어질 수 있도록 지원이 절실하다. KAIST창업원은 KAIST 출신 교원과 재학..

숨통 튼 홈플러스…영업 정상화까진 `첩첩산중`
숨통 튼 홈플러스…영업 정상화까진 '첩첩산중'

법원의 결정으로 회생절차를 이어가게 된 홈플러스가 파산 위기에서는 일단 벗어났지만 정상 영업을 회복하기까지는 적지 않은 난관이 남아 있다. 긴급 운영자금 확보로 핵심 점포 재가동의 발판은 마련했지만 체불 임금과 공공요금, 납품대금 지급, 협력업체 신뢰 회복 등 해결해야 할 과제가 여전하기 때문이다. 26일 유통업계에 따르면 서울회생법원은 최근 홈플러스의 회생절차 폐지 결정을 취소하고 회생계획안 가결 기한을 오는 9월 4일까지 연장했다. 홈플러스는 최대 채권단인 메리츠금융으로부터 2000억 원 규모의 DIP(긴급운영자금) 대출을 확보..

보행 안전 돕는다더니…장마·폭염에 고장 난 바닥신호등 수리도 늦어져
보행 안전 돕는다더니…장마·폭염에 고장 난 바닥신호등 수리도 늦어져

23일 오전 8시 20분께 대전 중구 오류초등학교 정문 앞 횡단보도. 등교 시간 학생들이 녹색 보행신호가 켜지자 횡단보도를 따라 도로를 건너기 시작했다. 마침 발 아래 바닥신호등도 초록불이 들어왔고 휴대폰에 시선을 고정하던 보행자들은 신호를 놓치지 않고 길을 건널 수 있었다. 그러나 횡단보도 반대쪽 바닥신호등은 여전히 적색 신호를 유지한 상태였다. 서구 둔산초등학교 앞 사거리에서도 횡단보도 시작점에 설치된 바닥신호등 5곳 중에 2곳에서 LED 일부에만 불이 들어오거나 적색과 녹색 신호 모두 표시되지 않은 채 꺼져 있었다. 시민들이..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 역투 펼치는 한화이글스 새 외국인 투수 짐머맨 역투 펼치는 한화이글스 새 외국인 투수 짐머맨

  • ‘우린 더위 몰라요’…한화생명볼파크 썸머 페스티벌 ‘우린 더위 몰라요’…한화생명볼파크 썸머 페스티벌

  • 충청 유니버시아드 빛낼 굿즈들 충청 유니버시아드 빛낼 굿즈들

  • ‘머드에서 놀자’…보령머드축제 개막 ‘머드에서 놀자’…보령머드축제 개막