베이징대와 공동 연구…"차세대 전자기기 재료로 사용 가능"

 

울산과학기술원(UNIST)은 그래핀을 10만 층 높이로 쌓아 '완벽한 단결정 흑연'을 합성했다고 30일 밝혔다.

UNIST에 따르면 신소재공학과 펑 딩(Feng Ding) 교수는 중국 베이징대 연구팀과 공동으로 단결정 흑연 필름을 합성하는 데 성공했다.

 

개발된 흑연은 일반 흑연보다 열이나 전기의 전도성이 뛰어난 데다 얇고 유연해, 붙이거나 접을 수 있는 배터리와 휴대전화 등 차세대 전자기기에 쓰일 수 있다.

흑연은 판상형 물질인 그래핀이 켜켜이 쌓여 있는 형태인데, 이 그래핀 층들은 서로 고정하는 힘이 스카치테이프로 떼어낼 수 있는 수준으로 약한 특성이 있다.

이러한 특성 대문에 역으로 그래핀을 쌓는 방식으로는 고품질 흑연을 합성하기 어렵다.

층 사이가 잘 고정되지 않아 그래핀들이 쉽게 다결정 형태로 으스러지는데, 결정이 여러 개로 분리된 다결정은 단결정보다 품질이 떨어진다.

 

연구팀이 합성한 흑연 필름은 천연 흑연이나 기존 인조 흑연과 달리 완벽한 단결정 형태다.

흑연 필름 면적은 1제곱인치에 이를 만큼 크며, 내부 불순물도 0에 가깝다.

그래핀 층간 간격도 이제껏 나온 어떤 흑연보다 조밀하다. 간격이 조밀할수록 강도가 뛰어나다.

두께는 35마이크로미터(㎛·100만분의 1ｍ) 정도로 그래핀을 10만 층 쌓아 올린 두께다.

연구팀은 일반적으로 쓰는 기체가 아닌 고체 상태 탄소 원료를 활용하는 새로운 합성법으로 이 흑연을 만들었다.

이 합성법은 원료가 기판 뒤에서 공급되는 방식으로, 기판으로는 특수 니켈 필름을 썼다.

니켈 필름의 표면 전체도 흑연을 올려 단결정 형태로 합성하는 데 유리한 편평한 모양이다.

펑 딩 교수는 "인조 흑연 합성 기술이 나온 지 100년이 지났지만, 이 정도로 완벽한 수준의 흑연 필름이 유의미한 크기로 합성된 적은 없었다"며 "이번에 합성된 흑연은 차세대 전자기기의 재료로 쓸 수 있을 것"이라고 말했다.

연구 결과는 나노기술 분야 학술지인 '네이처 나노테크놀로지'(Nature Nanotechnology)에 27일 자로 공개됐다. 연구는 기초과학연구원(IBS) 등의 지원을 받아 이뤄졌다.

 

헬로티 김진희 기자 |