국내 과학자가 주도한 국제 연구진이 탄소나노튜브(CNT)로부터 얻은 나노분말로 전자소자 특성이 뛰어난 0.4나노미터(㎚) 두께의 단일층 그래핀을 제조하는 데 성공했다.
이재갑 한국과학기술연구원(KIST·원장 이병권) 계면제어연구센터 박사팀은 나노분말 형태 순수(단일층) 그래핀을 대량으로 제조하고, 이를 씨앗(Seed)으로 삼아 시트형으로 성장시키는 기술을 개발했다고 15일 밝혔다. 그래핀은 전자소자 특성이 탁월하지만 0.4㎚ 단일층을 만들기는 어려운 것으로 알려졌다. 제조 기술은 미국 특허 3개와 한국 특허 2개로 등록됐다.
연구진은 우선 다중벽탄소나노튜브(MWNT)를 기계적으로 파쇄해 가로·세로 5㎚ 크기의 분말 형태 단일층 그래핀을 대량으로 얻었다. 엑스선 장비로 분석해 분해 전·후 상태와 단일층 그래핀이 적층형으로 되돌아가는 모습도 확인했다.
나노분말은 플라즈마증착(CVD) 장치를 이용해 가로·세로 수십㎚ 크기 시트형 그래핀으로 성장시켰다. 성장 과정에서 일부 그래핀 시트가 서로 붙어 적층형으로 변했지만 투과전자현미경 분석 결과 시트 가장자리 조직에서는 단일층이 관찰됐다.
단일층 그래핀을 제조하고 성장시키는 것 자체는 가능하지만 크기를 키우는 데는 한계가 확인된 셈이다. 연구진은 “크기가 큰 시트를 제조하는 것이 다음 과제”라며 “나노분말형과 시트형 그래핀의 양자점, 유연전극 등 응용연구가 수행될 것”이라고 밝혔다.
연구에는 이재갑 박사 외에 존 필립 영국 헤리엇와트대학 교수 등 국내외 학자들이 참여했다. 연구 결과는 ‘네이처’ 자매지인 ‘사이언티픽 리포트’ 14일자에 실렸다.
송준영기자 songjy@etnews.com
