그래핀 씨앗 성장법 찾아냈다

KIST, 그래핀 제조와 분석에서 씨앗 성장법까지 규명

▲그래핀 분말이 판으로 성장하는 과정.[사진제공=KIST]

[아시아경제 정종오 기자]차세대 소재의 중심으로 떠 르고 있는 그래핀 제조와 분석에서 씨앗 성장법까지 국내 연구팀에 의해 규명됐다. 탄소원자가 육각형 모양을 이루는 2차원 물질인 그래핀(Graphene)은 탁월한 전자소자 특성으로 차세대 소재로 주목받고 있다.

두께 0.4 나노미터인 순수 그래핀 제조에는 여전히 어려움이 많다. 국냐 연구팀이 5 나노미터(nm) 크기의 나노분말과 수 십 크기의 시트형 순수 그래핀을 제조할 수 있는 방법을 개발했다. 연구팀은 제조된 순수 그라핀을 투과전자현미경뿐만 아니라 사용이 용이한 X-ray로 증명함으로써 그래핀 분석에 획기적 방법을 제시했다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 계면제어연구센터 이재갑 박사팀은 기계적 방법으로 나노분말 형태의 순수 그래핀을 대량으로 제조하고 이를 씨앗(Seed)으로 이용해 시트형으로 크게 성장시킬 수 있는 기술을 개발한 것이다. 관련 연구는 네이처(Nature) 자매지인 사이언티픽 리포트(Scientific Reports)에 'The seeded growth of graphene'이라는 제목으로 7월 14일에 실렸다.

연구팀은 제조된 그래핀 나노분말을 X-ray장치로 분석했다. 그 결과 그래핀으로 분해 전(MWNT, 즉 나선 흑연)과 분해 후(그라핀 나노분말) 그리고 그래핀 나노분말의 액상처리 후 각 단계에서 특이한 패턴을 보였다. 연구팀은 이 '특이한 X-ray 패턴'이 순수 그래핀의 검증방법이 될 수 있음을 알아냈다.

그래핀을 전자소자 등으로 사용하기 위해서는 큰 면적을 가진 그래핀 제작이 필요하다. 연구팀은 5 나노미터 크기의 그래핀 분말을 씨앗(seed)으로 사용하고 기상화학 플라즈마증착(CVD)장치를 이용해 수십 나노미터 크기의 시트형 그래핀으로 성장시킬 수 있음을 확인했다.

연구팀은 씨앗 성장실험에서 일부의 그래핀 시트가 서로 붙어 적층 그래핀(흑연)으로 변화한다는 것도 관찰했다. 이 결과는 순수 그래핀을 수십 나노미터 이상의 크기로 제조하는데 어려움이 있고 앞으로 이를 극복하는 것이 다음 과제임을 보여준다. 또 나노분말형과 시트형 그래핀의 양자점, 유연전극 등의 응용연구가 이뤄질 것으로 전망된다.

이번 연구는 KIST 이 박사가 주도하고 한국표준과학연구원 김용일 박사, 한국기초과학지원연구원 김진규 박사, 영남대학교 민봉기 박사, KIST 이경일 박사, 박예슬 씨 및 영국의 헤리엇 와트(Heriot-Watt)대학교 존 필립(John Phillip) 교수가 참여했다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr