‘꿈의 신소재’ 상용화 코 앞으로 다가왔다

2014.01.20 18:00

  실리콘보다 100배 빠르게 전류를 흘리고, 유연하고 투명해 꿈의 신소재로 불리는 그래핀 상용화를 앞당길 수 있는 기술을 국내 연구진이 잇달아 발견해 화제다. 생산 공정을 단순화하고, 깨끗한 단면 제작법을 개발해 응용범위를 넓히고, 상용화 가능성을 높였다는 평가다.

 

나노스케일 1월 21일자 표지
나노스케일 1월 21일자 표지

  우선 조한익 한국과학기술연구원(KIST) 전북분원 복합소재기술연구소 탄소융합소재연구센터 박사팀과 나석인 전북대 유연인쇄전자공학과 교수, 김병각 한국화학연구원 박사 공동연구팀은 그래핀과 유사한 물질인  ‘탄소나노시트’를 개발해 나노 분야의 권위지 ‘나노스케일’ 21일자 표지를 장식했다.

 

  그동안 그래핀을 제조할 때 금속 위에 탄소가 포함된 가스를 불어넣는 방식을 이용했는데, 생성된 그래핀에서 남은 금속을 다시 제거해야한다는 불편함이 있었다. 이에 연구진은 ‘금속을 이용하지 않는’ 공정을 개발해 효율성을 높였다.

 

  연구팀은 금속 대신 ‘석영’ 위에 특수한 탄소 고분자인 ‘PIM-1’을 골고루 코팅한 뒤, 1200도로 가열하자 그래핀과 비슷한 구조와 특성을 가진 투명한 탄소나노시트가 생성된 것. 기존의 제조공정에서는 최종 그래핀이 생성될 때까지 총 8단계를 거쳐야 했는데 이를 2단계로 줄인 것이다.

 

  조한익 박사는 “탄소섬유 분야에서 검증된 기술을 그래핀 제조공정에 접목한 만큼 쉽게 상용화 될 수 있을 것”이라고 말했다

 

그래핀 모서리의 모습(a, b). 그래핀 모서리에는 수소와 같은 이물질이 붙어 있다. 그래서 그래핀 모서리의 원자간 거리는 그래핀 내부(Bulk)에 비해 가까워 응용하기 위해서는 이들 이물질을 떼네는 공정이 추가로 필요하다. - 서울대 공대 제공
그래핀 모서리의 모습(a, b). 그래핀 모서리에는 수소와 같은 이물질이 붙어 있다. 그래서 그래핀 모서리의 원자간 거리는 그래핀 내부(Bulk)에 비해 가까워 응용하기 위해서는 이들 이물질을 떼네는 공정이 추가로 필요하다. - 서울대 공대 제공

  한편, 서울대 연구진은 ‘깨끗한 그래핀 모서리’를 발견해 응용범위를 넓히는데 기여할 것으로 보인다.

 

  그래핀은 대체로 안정적이지만 가장자리인 모서리에는 다른 물질을 당기는 힘이 있어 항상 수소와 같은 이물질이 붙어 있다고 알려져 있다. 이들을 떼어 내는 공정이 추가로 필요해 그래핀 응용에 어려움이 있었다.

 

  서울대 재료공학부 윤의준 교수와 이건도 연구교수, 영국 옥스퍼드대 재료공학과 제이미 워너 박사팀은 공동으로 그래핀 분자의 운동 상태를 계산하거나 고해상도 전자현미경으로 관찰해 이물질이 없는 그래핀 모서리를 발견했다고 20일 밝혔다.

 

  이건도 교수는 “앞으로 깨끗한 모서리에서 어떤 현상이 발생하는지 더 자세히 규명하면 그래핀 응용이 가속화 될 것”이라며 “깨끗한 그래핀 모서리에 기체를 감지하는 분자나 DNA시퀀싱에 필요한 물질을 붙이면 가스센서나 DNA분석물질 등을 만들 수 있다”라고 말했다.

 

  이 연구는 네이처 자매지인 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 1월호에 실렸다.

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