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. 대전교도소 실탄 관리부실 논란… 이전 사업까지 우려목소리
  2. 민선9기 대전시 인수위, 이장우표 "일류경제도시' 도마 올린다
  3. 충남대·공주대, 규제 걷어내고 대학혁신 실험대에
  4. 오석진 교육감직 인수위 15일 출범…전문성·실행력 갖춘 진용 꾸리나
  5. 충남대병원, 3년 내 새병원 예타 통과 목표…"머뭇거릴 수 없다"
  1. [건강] "아프다" 말 못 하는 치매 어르신… '치과' 문 연 노인병원의 도전
  2. [기고] 반복되는 한화 폭발사고, 이제는 안전문화로 답해야 한다
  3. 천안시, 대표 휴식공간 '공원' 새단장…봄꽃·수경시설 확충
  4. 한화에어로, 안전문화혁신위 출범… 반복 사고 우려는 여전
  5. [건강]여름철 건강 이상, 단순한 더위 때문일까?

헤드라인 뉴스


대전 바이오특화단지 용두사미되나… 2년째 손놓은 정부

대전 바이오특화단지 용두사미되나… 2년째 손놓은 정부

대전시가 국가첨단전략산업 바이오특화단지로 지정된 지 2년 가까이 지났지만, 정부는 이에 대한 후속 조치에 손을 놓고 있다는 지적이다. 주무 부처인 산업통상자원부는 바이오특화단지 청사진 제시는 고사하고 관련 예산 역시 전무, 사업 추진 의지마저 의심케 하고 있다. 권역별 바이오사업 산업 육성으로 국가경쟁력을 높이고 국가균형발전을 도모하겠다는 정부 당초 계획이 용두사미가 되는 것 아니냐는 우려가 높다. 15일 대전시에 따르면 산업부는 지난 2024년 6월 국가첨단전략산업 특화단지로 지정된 전국 5개 바이오 특화단지에 대한 육성사업을 추..

조치원 軍 통합비행장 차일피일… 주민 소음 피해 보상금만 1억원
조치원 軍 통합비행장 차일피일… 주민 소음 피해 보상금만 1억원

<속보>=세종시가 지난 4년간 조치원 군(軍) 비행장 소음 피해 주민들에게 1억 원에 육박하는 보상금을 지급한 것으로 나타났다. 당초 2025년 완공 예정이던 조치원·연기 비행장 통합 이전사업이 차일피일 미뤄진 상황인데, 보다 속도감 있는 사업 추진을 통해 주민들의 소음 불편을 조속히 해소해야 한다는 지적이 나온다. 15일 세종시가 제공한 군 비행장 소음 피해 보상금 현황을 보면, 시는 최근 4년간 연평균 2400여만 원씩 1억 원에 가까운 보상금(전액 국비)을 해당 주민들에게 지급했다. 구체적으로 2022년엔 107명에게 2662..

박수현 "중앙정부 설득 등 통해 충남·대전 행정통합 추진할 것"
박수현 "중앙정부 설득 등 통해 충남·대전 행정통합 추진할 것"

박수현 충남도지사 당선인의 주요 공약인 충남·대전 행정통합 조속 추진이 사실상 어려워진 가운데, 박수현 당선인이 중앙정부 설득, 방안 마련 등을 통해 추진에 속도를 내겠다고 약속했다. 박 당선인은 15일 중도일보와의 전화 인터뷰를 통해 이재명 대통령의 1주년 기자회견 행정통합 발언은 현실적인 어려움에 대해 설명한 것이라고 다시 한번 강조했다. 그는 "이재명 대통령의 발언은 행정통합에 속도를 내지 않겠다는 것이 아닌, 종합적인 어려움을 설명한 것"이라며 "민선8기 충남·대전 행정통합 가능성이 열렸을 때 통합이 되지 않은 아쉬움도 내포..

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