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UNIST 연구진, 대면적(大面積) 그래핀 물성 세계최초 규명


‘꿈의 신소재’인 그래핀(graphene)의 상용화를 앞당기는 연구결과가 나왔다.

울산과학기술대(UNIST) 이종훈 기계신소재공학부 교수와 미국 UC버클리대 김관표 연구원으로 구성된 공동연구진은 ‘대면적(大面積) 그래핀’의 결정구조와 입자배열에서 드러나는 독특한 물리적 성질을 세계 최초로 관측했다고 23일 밝혔다.

그래핀은 탄소원자가 벌집(육각형) 모양으로 일정하게 배열된 구조를 갖고 있으며 현존하는 물질 중 가장 얇고 단단하다. 전자 이동속도는 실리콘 반도체의 10배 이상이고, 신축성이 좋아 늘리거나 접어도 원자 배열이 깨지지 않고 전기적 성질을 유지한다. 이에 구부릴 수 있는 배터리나 플렉서블 디스플레이에 활용될 차세대 반도체 소자로 주목받고 있다.

하지만 상용화 단계로 가는 과정이 만만치 않다. 그래핀을 디스플레이로 쓸 수 있도록 균일하게 넓은 면적으로 합성해야 하는데 이를 위한 제조 기술이 까다롭다. 그래핀이 넓은 면적을 이룰 때 갖게 되는 구조 변화를 밝히는 것도 넘어야 할 산이다. 학자들은 그래핀 본래의 육각형 배열 구조가 대면적 그래핀에서 달라진다는 사실을 추측해왔다.

학계가 전망한 이 같은 대면적 그래핀의 구조 변화는 이번 이 교수팀의 연구결과로 보다 명확히 밝혀졌다. 먼저 연구진은 대면적 그래핀이 단결정이 아닌 다결정 구조라는 점을 확인했다. 또 결정의 정렬 방향이 조금씩 다르고, 방향이 바뀌는 경계면(결정입계)에서는 탄소원자가 육각형이 아닌 오각형이나 칠각형으로 배열된다는 사실도 밝혔다.










이 교수는 “그래핀의 원자 배열, 결정 입자의 크기 등 이론으로만 알려진 내용을 눈으로 확인했다”며 “그래핀을 넓은 면적으로 합성할 때 발생할 수 있는 결함을 미리 알아냈다는 데 의의가 있다”고 말했다. 또 “이번 연구가 그래핀 양산에 기여하게 될 것”이라며 “그래핀의 독특한 특성을 장점으로 이용할 수 있도록 연구를 이어나갈 예정”이라고 밝혔다.

이번 연구결과는 ‘다결정(多結晶) 그래핀의 결정입계 규명’이라는 제목으로 미국 화학회(ACS)가 발행하는 나노분야 과학저널 ‘ACS NANO’ 22일자 표지논문에 실렸다.

 

 



이영혜 동아사이언스 기자 yhlee@donga.com



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