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.