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. 새벽 물폭탄에 대전·충남 침수 속출… 42명 탄 버스 배수로 빠져
  2. 교명도 본부 위치도 미정…충남대 구성원 '통합신청서 제출 안 된다'"
  3. 싸이카부터 암행까지… 휴가철 음주운전 특별 단속 나선다
  4. '세종시=행정수도' 완성, 범국민 공감대 관건… 대책위 구성 촉각
  5. 재판받던 대전교도소 교정 공무원 숨진 채 발견
  1. ETRI, 출연연 오픈소스 협의체 '범출연연'으로 확대
  2. 검경 수사권 조정 논의 속 ‘보완수사요구권’ 다시 쟁점으로
  3. 대전동부교육지원청, 학교시설 책임담임제 '호응'…종합 만족도 93.9%
  4. 연설문 대신 PPT… 오석진 교육감 새로운 대전교육 비전 제시
  5. 대전조차장역 SRT 탈선 항소심서도 유죄… 형량 낮아진 이유는

헤드라인 뉴스


충청권 최대 200㎜ 비 예보… 산사태 위기경보 `경계`로 상향

충청권 최대 200㎜ 비 예보… 산사태 위기경보 '경계'로 상향

충청권에 많은 비가 예보되면서 대전과 세종, 충남, 충북의 산사태 위기경보가 '경계' 단계로 올라갔다. 산림청은 8일 오후 2시 30분을 기해 대전과 세종, 충남·북 등 충청권 전역의 산사태 위기경보를 '주의'에서 '경계' 단계로 상향 발령했다. 산사태 위기경보는 관심, 주의, 경계, 심각 순으로 발령된다. 이번에 경계 단계로 격상된 지역은 대전·세종·충남·충북·강원·전북 등 6개 시·도다. 서울·인천·부산·대구·울산·경기·경북·경남·전남·광주는 '주의' 단계가 유지됐고, 제주는 '관심' 단계다. 산림청에 따르면, 이날 오후 2시..

허태정 대전시장 "매몰비용 발생하더라도 정리할 사업 보고해라"
허태정 대전시장 "매몰비용 발생하더라도 정리할 사업 보고해라"

허태정 대전시장은 8일 "사업 재설계, 불요불급 사업의 과감한 정리 등 공직자들도 비상상황으로 인식하고 각자의 자리에서 재정 건전화 방안을 고민해주시길 바란다"고 밝혔다. 구체적으로 제2문화예술복합단지 조성과 3칸 굴절차량(버스) 도입 등 다수의 민선 8기 추진 사업에 대한 대수술을 예고했다. 이날 허 시장은 대전시청 대회의실에서 열린 민선 9기 첫 확대간부회의에서 "올해 재정 부족분은 5400억 원, 내년에는 6900억 원에 이를 것이라는 보고를 받았다"면서 "적극적인 재원 발굴 대책뿐만 아니라 지출 규모를 대폭 삭감해 재정 수지..

코스피 7000선 위협에 개미 투자자 `곡소리`
코스피 7000선 위협에 개미 투자자 '곡소리'

코스피가 7000선마저 위협받자 개미들의 곡소리가 터져 나오고 있다. 코스피와 코스닥 시장에서 매도 사이드카까지 발동되는 등 전체적인 주가 흐름이 우하향하자 투자자들은 연일 흐르는 주가에 한탄을 금치 못하고 있다. 8일 한국거래소에 따르면 이날 코스피는 전 거래일 대비 5.35% 내린 7246.79, 코스닥은 5.56% 내린 785로 장을 마감했다. 코스피는 전 거래일보다 2.66% 하락한 7452.48로 출발해 오전 10시 7791.66까지 상승하며 반등을 도모하는 듯했으나 급락하기 시작해 오후 1시 31분엔 매도 사이드카가 발동..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 초복 앞두고 삼계탕 나눔 초복 앞두고 삼계탕 나눔

  • 어르신들 바둑·장기 한마당 어르신들 바둑·장기 한마당

  • 제10대 대전시의회 전반기 의장에 선출된 조성칠 의원 제10대 대전시의회 전반기 의장에 선출된 조성칠 의원

  • 불어난 물에 사라진 유등천 돌다리 불어난 물에 사라진 유등천 돌다리