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[표지로 읽는 과학]그래핀 뛰어 넘는다는 '보로핀' 시대가 온다

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[표지로 읽는 과학]그래핀 뛰어 넘는다는 '보로핀' 시대가 온다

2021.03.14 06:00
사이언스 제공
사이언스 제공

국제학술지 사이언스는 12일 차세대 전자소재로 주목받는 그래핀에 이어 최근 2차원 물질 가운데 가장 관심을 모으는 ‘보로핀’의 모습을 표지로 실었다. 그래핀이 흑연 한 층에서 떼어낸 2차원 물질이라면 보로핀은 붕소의 한 층으로 이뤄진 물질이다. 크기가 수 나노미터(nm·10억분의 1미터)에 불과한 원자를 한 겹으로 배열했다. 


보로핀은 매우 흥미로운 물질로 꼽힌다. 나노미터급에서 3차원에 이르기까지 금속 성질을 보인다. 반면 보로핀의 원료가 되는 붕소는 비금속 및 반도체 성질을 가진다. 일부 과학자들은 보로핀이 그래핀보다 높은 전도성을 가진다고 분석한다. 이 때문에 전자공학에서부터 광전지에 이르기까지 여러 분야에서 응용이 가능할 것으로 기대하고 있다. 


다만 보로핀은 매우 반응성이 큰 물질이다. 2014년 미국 브라운대 연구팀이 이론적으로 보로핀을 만들 수 있다고 증명한 이후 합성을 위한 여러 시도들이 이어지고 있다. 하지만 이상적인 진공 상태가 아닌 이상 쉽게 산화돼 연구를 진행하기 매우 힘든 상황이다. 


마크 허삼 미국 노스웨스턴대 화학및생화학과 교수팀은 수소 원자를 이용해 보로핀을 수소화하는 방법으로 보로핀의 반응성을 낮출 수 있다고 이번주 사이언스에 공개했다. 표지 오른쪽에 노란 배경에 위치한 육각형 형태가 보로핀이다. 그 위에 하얀색의 두 개의 원이 하나의 줄로 연결된 게 수소원자다. 표지 왼쪽이 수소 원자의 도움을 받아 합성된 보로핀의 모습이다.


붕소의 가장 특이한 특징 중 하나는 나노 규모의 원자 구성이다. 그래핀 등 다른 2차원 물질은 매끄럽고 고른 평면처럼 보이지만 보로핀은 붕소 원자가 서로 결합하는 방식에 따라 위아래로 구부러지는 골판지처럼 보인다. 튀어나온 돌기는 전기 전도도와 같은 물질의 성질에 크게 영향을 주게 된다. 


연구팀은 “수소화하게 되면 보로핀은 공기 중에서도 며칠동안 안정적이다”며 “보로핀의 화학적 안정성은 전자, 배터리, 센서 및 양자 기술의 응용을 촉진 할 수 있다”고 설명했다. 
 

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