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. 영화 ‘암살자(들)’ 논란 확산 대전시도 불똥튀나
  2. 민선 9기 허태정號 100일…민생·경제 연착륙 호평
  3. 6일부터 국회 국정감사 돌입… '충청발전' 지렛대로 활용해야
  4. 충남대 노사 갈등 돌파구 찾나…학장협의회 중재안 제시
  5. 화려한 불꽃 내려놓고 생태 지켰다…대전효문화뿌리축제 성료
  1. 충청권 4개 시·도, 국립치의학연구원 천안 유치 위해 맞손
  2. 50년 전통 위에 다시 피어나는 봉사의 꽃
  3. [사설] 충청광역연합특별법 반드시 제정해야 한다
  4. [사설] 국감 돌입, 충청 현안 해결 기회 삼아야
  5. 지상군페스티벌 ‘북적북적’

헤드라인 뉴스


트램 급전방식 연내 결론날까… 허태정 "가능한 올해 안 결정"

트램 급전방식 연내 결론날까… 허태정 "가능한 올해 안 결정"

대전 도시철도 2호선 트램의 급전방식 등 주요 쟁점이 올해 안에 결론 날 수 있을지 관심이 쏠린다. 허태정 대전시장이 민선 8기 당시 변경된 급전방식 등을 다시 점검한 뒤 가능한 연내 대전시의 입장을 정리해 발표하겠다는 뜻을 밝혔기 때문이다. 허 시장은 6일 대전시청에서 열린 취임 100일 시정 브리핑에서 "트램은 대전시민의 관심이 가장 큰 교통 문제이고 사업비 규모도 가장 큰 만큼 대전시에서도 중요한 사안"이라며 "급전방식 등은 가능한 연내 결정해 발표하겠다"고 말했다. 민선 7기 당시 트램 사업을 추진했던 허 시장은 민선 8기에..

5년 만에 첫 삽 뜬 대전 중부소방서…내년 예산이 관건
5년 만에 첫 삽 뜬 대전 중부소방서…내년 예산이 관건

대전 중부소방서 신설사업이 추진 5년여 만에 첫 삽을 뜨면서 사업이 본궤도에 올랐다. 그동안 대전시 예산 편성 과정에서 사업비 확보에 어려움을 겪으며 착공이 거듭 지연됐던 만큼, 2028년 준공을 위해서는 내년도 공사비 확보가 최대 관건이 될 전망이다. 대전 5개 자치구 가운데 중구만 유일하게 소방서가 없어 주민들의 우려가 컸던 만큼 민선 9기에는 차질 없이 사업을 추진해야 한다는 목소리가 나온다. 6일 중도일보 취재결과, 대전소방본부는 2028년 중부소방서 신설을 목표로 지난달 21일 착공에 들어갔다. 연내 터파기 공사를 마친 뒤..

`표 구하기 힘든` 대전 한화생명볼파크… 3000석 늘려 2만석으로
'표 구하기 힘든' 대전 한화생명볼파크… 3000석 늘려 2만석으로

대전 한화생명볼파크의 좌석 부족 문제가 해소될 전망이다. 프로야구 한화이글스의 흥행에 비해 관람석 규모가 부족한 탓에 개장 첫해부터 매진이 잇따랐던 만큼 팬들의 관람 여건도 개선될 것으로 보인다. 6일 한화이글스와 대전시에 따르면 현재 1만 7000석 규모인 한화생명볼파크 관람석을 3000석 늘려 2만 석으로 확대한다. 양측은 이날 볼파크 프레스센터에서 증축을 위한 투자 협약을 체결했다. 증설 배경에는 지난 시즌 내내 이어진 심각한 좌석난이 있다. 새 구장 개장과 함께 관중이 몰렸지만 이를 받아낼 좌석은 1만 7000석에 그쳤다...

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • ‘한글, 예술이 되다’ ‘한글, 예술이 되다’

  • 대전 한화생명볼파크 3000석 증축 추진 대전 한화생명볼파크 3000석 증축 추진

  • 지상군페스티벌 ‘북적북적’ 지상군페스티벌 ‘북적북적’

  • 러닝 열풍인데 천변길 관리는 ‘미흡’ 러닝 열풍인데 천변길 관리는 ‘미흡’