‘꿈의 신소재’ 그래핀 쉽게 얻는 기술 개발

성대 유지범 교수 세계적 재료과학저널 발표
실리콘 대체 그래핀 연구에 획기적 기여 평가

전자 이동 속도가 실리콘 반도체보다 10배 이상 빨라 '꿈의 신소재'라 불리는 그래핀(Graphene)을 쉽게 얻을 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 개발돼 세계적으로 주목받고 있다.

성균관대 신소재공학부 유지범 교수는 미래 정보기술을 바꿀 신소재로 꼽히고 있는 그래핀 생성과 관련해 고유한 성능을 잃지 않으면서 기존 방법들보다 굉장히 빠른 시간에 대량으로 그래핀을 얻을 수 있는 기술을 개발했다고 4일 밝혔다.

러시아 연구팀 및 삼성종합기술원과 공동으로 이뤄진 이번 연구결과는 재료과학 분야에서 세계 최고로 꼽히는 저널 '어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)' 최근호에 게재됐으며 지난 7월 이 잡지에서 가장 많이 읽힌 논문으로 선정됐다.

그래핀은 여러 개의 탄소층으로 구성된 흑연(Graphite)에서 얻어진다. 연구진은 흑연 구조내 층과 층 사이의 간격을 넓힘으로써 탄소원자 한 개의 두께를 가진 2차원 탄소구조체인 그래핀을 얻을 수 있다고 설명했다.

층과 층사이가 넓어지는 과정을 일컫는 분산은 보통 물, 알코올 같은 용액을 이용하는 경우가 많다. 지금까지는 산화 및 그 반대의 환원 과정을 거침으로써 원래의 특성을 회복하지 못하고 또한 분산되는 정도, 즉 층과 층 사이가 분리되는 탄소층의 개수가 얼마 안되는 등 많은 한계가 있었다.

유 교수팀은 이번 연구에서 먼저 불소화처리된 용액(CLF3)에 흑연을 집어 넣고 고온의 열처리를 가해 층과 층 사이가 쉽게 '확대된 흑연(expanded graphite)'을 만들었다. 이후 이 '확대된 흑연'을 물 또는 유기용매에 다시 넣어 충분히 층간 간격이 쉽게 벌어지는 그래핀을 대량으로 얻을 수 있었다고 연구진은 전했다.

유 교수는 "흑연의 산화를 막기 위해 복잡하고 시간이 많이 걸리는 기존 방법을 쓰지 않고도 그래핀을 쉬운 방법으로 얻을 수 있다는 게 이번 연구의 최대 장점"이라고 말했다.

연구진은 그래핀을 안정적인 용액 상태로 쉽게 얻을 수 있도록 '확대된 흑연'을 합성하는 데 성공, 향후 반도체적 성격을 띤 그래핀 소재 개발을 통해 유무기복합체 및 전자소자에 활용될 가능성을 높였다는 평가다.

그래핀은 실리콘의 정보처리 속도를 완전히 넘어서는 미래 신소재로 불린다. 실리콘의 전자이동도는 1천∼2천㎠/voltㆍsec 정도이지만 그래핀은 최소한 1만 ㎠/voltㆍsec인 것으로 알려져 있다.

하지만 아직은 실리콘과 달리 반도체적 성격을 갖지 못해 향후 반도체적 성격을 띤 그래핀 소재 개발이 상용화의 최대 과제가 되고 있다.

김영섭 기자 [e-mail] (서울=연합뉴스)