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신소재 그래핀 성능 떨어뜨리는 원인은 ‘주름살’ 목록

조회 : 2175 | 2016-11-10

그래핀문주희 연구원이 구리 기판 위에 합성한 그래핀을 들어 보이고 있다. - 한국기초과학지원연구원(KBSI) 제공

신소재 ‘그래핀’은 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고, 강철보다 200배 이상 튼튼해 미래 전자기기의 핵심소재로 꼽히지만 발견된 지 10년이 지나도록 상용화가 이뤄지지 않고 있다. 그래핀 표면의 전기 특성을 제어하는데 어려움을 겪기 때문이다.

 

문주희 한국기초과학지원연구원(기초연) 선임연구원 팀은 홍병희 서울대 교수팀과 공동으로 그래핀의 전기적 성능을 한층 더 높일 수 있는 원천기술을 개발했다고 11일 밝혔다.

 

그래핀은 두께가 원자 1~2개 정도로 극도로 얇아 금속 기판 위에서 형성한다. 그러나 이 과정에서 수 nm(나노미터·1nm는 10억 분의 1m) 크기의 주름이 생겨 전기 흐름이 나빠지는 점이 문제로 지적됐다.

 

문 연구원팀은 그래핀 제작을 반복하면서 이 원인을 찾아냈다. 그래핀을 만들 때, 그래핀을 올려 놓는 금속 기판과의 열팽창계수(온도에 따른 길이 변화) 때문에 미세한 주름이 생긴다는 사실을 처음으로 발견했다.

 

그래핀은 1000도 이상 고온에서 만들어지는데, 다른 물질과 달리 온도가 낮아지면 오히려 팽창하는 성질을 갖고 있다. 그래핀을 만들 때 사용한 금속기판은 온도가 내려가면서 크기가 줄어들지만, 반대로 그래핀은 팽창하기 때문에 표면이 물결 모양으로 휘어지면서 주름이 생긴다는 것이다. 금속 기판 위에 많은 층의 그래핀을 쌓을수록 표면의 물결 모양이 더 넓고 깊어졌다.

 

문 연구원은 “지금까지 그래핀의 성능을 떨어뜨리는 나노 주름이 어떻게 형성되는지에 대한 명확한 원인은 규명되지 않았다”며 “이번 성과는 그래핀의 전기적 특성을 상용화 수준으로 끌어올릴 수 있는 새로운 길을 연 셈”이라고 밝혔다.

 

이 연구결과는 학술지 ‘나노레터스(Nano Letters)’ 3일자 온라인 판에 실렸다.

 

권예슬 기자 yskwon@donga.com

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