그래핀 결함…바느질 하듯 꿰맨다

UNIST 등 국제공동연구팀 관련 기술 개발

▲원자층 증착법을 통한 그래핀 결함에 선택적 금속을 증착했다.[사진제공=UNIST]

[아시아경제 정종오 기자]'꿈의 소재'로 알려진 그래핀에 결함이 생겼을 때 금속으로 결함을 없애는 방법이 개발됐다. 마치 구멍 난 양말에 바느질 하듯 그래핀 결함 을 극복할 수 있게 됐다.

국내 연구팀이 그래핀 결함에 금속을 증착해 결함을 없애는 기술을 개발해 관심을 모으고 있다.

그래핀은 이차원 탄소 원자구조를 갖는 나노재료로 기계·전기적 특성이 뛰어나 '꿈의 신소재'로 평가 받고 있다. 그래핀은 태양전지, 디스플레이, 센서 등에 적용하기 위해서는 대면적으로 제작해야 한다. 이 과정에서 대면적 그래핀의 경우 결정 사이 경계면이 생기거나 금이 가는 등 결함이 발생해 그래핀의 우수한 특성이 떨어지는 결과로 나타난다.

이 결함을 해결하기 위해 그래핀에 금속을 증착하려는 시도들이 많았는데 그래핀 결함 위치와 관계없이 비선택적으로 금속이 증착돼 효과적이지 못했다.

연구팀은 대면적 그래핀의 결함에서만 발생하는 특수한 화학적 특성을 이용해 특정 금속을 선택적으로 결합시켜 그래핀 결함을 치유했다. 그래핀 결함 부위는 가스(Gas)와 반응성이 큰데 '백금 전구체'라는 가스를 결함 부위에만 정교하게 흘려줄 경우 결함 부위에만 선택적으로 흡착됐다. '백금 전구체'는 고온에서 산소와 반응할 때 백금을 만들어내는 가스이다.

이를 통해 전도도가 높은 백금을 결함 부위에만 생성시켜 결함을 치유하고 성능을 향상시켰다. 그 결과 기존 그래핀보다 3배 이상 향상된 전극과 가스 센서의 성능을 보였다.

이번 연구는 김관표 울산과학기술대(UNIST), 이한보람 인천대 교수 등이 참여했고 미국 스탠퍼드 대의 제난 바오, 스테이시 벤트 교수 공동 연구팀이 이뤄냈다.

김관표 교수는 "그래핀 결함 치유뿐만 아니라 성능도 개선시켰다"라며 "이번 연구에는 백금을 선택해 증착했는데 금, 은 등 다른 금속의 증착도 가능해 결함 치유뿐만 아니라 다양하게 응용 가능하다"고 말했다.

이번 연구결과는 과학 전문지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 2일자로 실렸다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr