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. 내년 세종에 '로봇위성 개발기업' 들어선다… 우주산업 기반 확대 기대감
  2. 세종 행정수도법, 축조심사 마쳤지만…소위 결론은 12월로
  3. 자운대 통합사관학교 흔들고 육사 이전설까지… 충청권 출혈 경쟁 부추기나
  4. "충남도·(주)한국발전, 최상의 파트너"… 통합본사 충남 유치 당연
  5. 대전교도소 이전 ‘민자+위탁’ 투트랙… 내년 1월 동시 적격성·예타 신청
  1. 대전 아파트서 차량 11대 파손하고 경비원 폭행..60대 구속영장 신청
  2. ‘통합 재투표를 반대한다’
  3. 대전 빈집 1486호 남았다… 대덕구에 452호 집중
  4. 대전시장애인체육회-장애인단체총연합회, 생활체육 확대 협약 체결
  5. [춘하추동] 받는 것, 주는 것, 그리고 잃는 것

헤드라인 뉴스


동창회 의견은 묻고 대전시는 패싱…통합 사관학교 `일방통행`

동창회 의견은 묻고 대전시는 패싱…통합 사관학교 '일방통행'

대전 자운대 국군사관학교 창설을 추진해 온 정부가 대전시와 사전 협의 없이 기존 통합안의 수정을 추진하면서 정책 변경 과정을 둘러싸고 '일방통행' 논란이 일고 있다. 자운대행을 결사 반대해 온 사관학교 총동창회와는 자문기구 참여로 응답하면서, 정부 발표를 믿고 후속 구상을 마련해 온 대전시는 논의 과정에서 배제했기 때문이다. 정부가 내세웠던 국방·과학기술 융합의 명분보다 군 내부 반발을 달래는 일이 앞선 것 아니냐는 비판을 피하기 어렵게 됐다. 11일 국회 국방위원회 소속 의원들에 따르면 국방부는 이르면 2029학년도 입학생부터 국..

충남 15개 시·군 전역 뚫렸다…`최후 저지선` 계룡마저 재선충병 감염 노출
충남 15개 시·군 전역 뚫렸다…'최후 저지선' 계룡마저 재선충병 감염 노출

충남 서해안을 중심으로 급속하게 세력을 넓히던 소나무재선충병이 도내 최후의 저지선이던 계룡시마저 뚫었다. 이로써 충남 15개 시·군 전역이 소나무재선충병 위험권에 노출됐으며, 인접한 대전과 세종 등 내륙 중심부로의 추가 확산 우려까지 제기되는 모습이다. 충남도와 계룡시 등에 따르면, 이달 10일 계룡시 두마면 일원에서 소나무재선충병 감염목 8그루가 최종 확인됐다. 그동안 충남도 내 소나무재선충병은 소나무 군락지가 밀집한 서해안의 서천·보령·태안과 내륙 산악지대인 청양군 등에서 피해가 집중돼 왔다. 9일까지 계룡시를 제외한 충남 14..

대전 주요 외식메뉴 전 분야서 상승세… "외식 부담되서 못하겠네"
대전 주요 외식메뉴 전 분야서 상승세… "외식 부담되서 못하겠네"

대전 주요 외식 메뉴가 전 분야에서 상승하면서 서민들의 외식비 부담을 키우고 있다. 주요 원재료 가격과 인건비 상승 등이 주된 원인으로 분석되는데, 일부 품목은 전국에서 가격이 가장 높게 책정되고 있다. 11일 한국소비자원 가격정보포털 참가격에 따르면 9월 기준 대전 소비자 선호 8개 외식 메뉴 평균 가격은 1년 전보다 전 품목에서 인상한 것으로 집계됐다. 8개 외식 메뉴는 냉면과 비빔밥, 김치찌개 백반, 삼겹살, 자장면, 삼계탕, 칼국수, 김밥 등이다. 한국소비자원은 지자체에서 표본 조사한 외식 메뉴 가격을 평균 낸 결과를 참가격..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • ‘수험생 여러분의 꿈을 응원합니다’ ‘수험생 여러분의 꿈을 응원합니다’

  • 이륜차 불법 변경 합동 단속 이륜차 불법 변경 합동 단속

  • 함께 배우고 체험하는 피크닉 함께 배우고 체험하는 피크닉

  • ‘통합 재투표를 반대한다’ ‘통합 재투표를 반대한다’