‘최대 40층까지 제어’…무결점 그래핀, 국내 기술로 완성

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흑연에서 그래핀을 떼어내는 과정 / 자료=아주대 신소재공학과 이재현 교수

‘꿈의 신소재’로 불리는 그래핀(Graphene) 상용화가 국내 기술을 통해 한걸음 빨라질 전망이다. 한국연구재단은 아주대·목포대·삼성디스플레이 공동 연구팀이 흑연에서 그래핀을 무결점으로 떼어낼 수 있는 박리법을 개발했다고 1일 밝혔다.

새 기술에는 ‘금(Au)’이 사용된다. 기존에는 흑연에서 그래핀을 분리하기 위해 팔라듐과 니켈로 흑연 표면을 코팅하고 테이프로 떼어내는 방법이 사용됐다. 그러나 이 방법으론 수 나노미터(nm) 두께에 불과한 흑연에서 원하는 층수와 면적의 그래핀을 채취하기 어렵다. 그동안 그래핀의 상용화가 쉽지 않았던 이유 중 하나이기도 하다.

이에 아주대 이재현 교수, 목포대 손석균 교수, 삼성디스플레이 조성호 상무 공동 연구팀은 그래핀 층 간 결합력과 비슷한 수준의 금을 코팅제로 사용하고 테이프로 떼어내면 수평 균열이 생겨 원하는 만큼의 단층 그래핀만 원자 수준으로 분리해낼 수 있다는 사실을 밝혀냈다.

새로운 박리법을 적용하면 그래핀을 최대 40층까지 제어할 수 있다. 또 제작할 수 있는 단일 층 면적도 기존 박리법보다 4000배 이상 넓고, 밀도도 6000배 정도로 높아져 활용성이 크게 개선될 전망이다. 이번 연구 성과는 지난달 28일 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스'(Science Advances)에 실렸다.

한편, 그래핀은 탄소 원자들이 2차원 평면의 벌집 구조를 이루고 있는 독특한 소재다. 100억분의 2m 정도로 매우 얇으면서도 물리적·화학적 안정성이 높아 미래 유망 반도체 소재로 주목받아 왔다.