▲ KAIST 김상욱 교수.

종이를 찢듯이 그래핀을 원하는 모양으로 자를 수 있는 기술이 개발됐다.

반도체와 투명 디스플레이의 핵심 소재로 주목받는 그래핀은 전기 전도성과 강도가 뛰어나고 유연해 '꿈의 신소재'로 불리지만 탄소가 벌집형태로 강하게 결합해 있어 결합을 끊어내는 과정에서 손상이 일어나게 된다.

KAIST(총장 강성모) 신소재공학과 김상욱 교수 연구팀은 종이에 이종원소 도핑 기술을 활용해 나노 그래핀을 손상없이 원하는 모양대로 오려내는데 성공했다.

이는 탄소와 탄소가 결합한 평면에 질소나 다른 원소를 심어 구조를 불안정하게 만들고 전기화학적 자극을 줘 탄소 이외의 부분이 쉽게 찢어지도록 하는 방법이다.

종이에 홈을 깊게 파거나 작은 구멍을 내면 그 부분을 따라서 종이가 찢어지는 원리다.

도핑되는 이종원소의 양을 조절하면서 그래핀을 정밀하게 오려낼 수 있다.

연구팀은 이를 이용해 2차원적 결정성이 전혀 손상되지 않는 고품질의 나노그래핀을 제작했고 에너지 전달 속도가 뛰어난 고용량 축전기 함께 만들었다.

특히이를 이용해 만들어진 나노 그래핀에는 같은 화학적 특성을 지니는 원자단이 다량 존재하는 것으로 확인돼 고분자, 금속 및 반도체 나노입자 등 다양한 이종물질과 융합해 고성능의 탄소복합소재도 만들 수 있을 것으로 기대된다.

연구팀은 "기술 실용화를 위해 이종원소의 도핑 위치 제어 기술이 선행돼야 하지만 품질 저하없이 그래핀 면을 나노크기로 오려낼 수 있음을 최초로 증명했다"며 "이번 연구로 얻은 나노그래핀을 활용해 기계적, 전기적 특성이 우수한 섬유 형태의 탄소소재를 개발할 계획"이라고 말했다.

한편, 이번 연구 결과는 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 1월 22일자 온라인 판에 게재됐다.

이번 연구는 미래창조과학부 리더연구자지원사업인 다차원 나노조립제어 창의연구단의 지원을 받아 KAIST 나노과학기술대학원 김용현 교수와 화학과 김현우 교수, 임준원 박사과정 학생이 1저자로 참여했다.
 

신성우  sungwoo2010@hanmail.net

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