KAIST 김상욱 교수팀 "고성능 탄소복합소재 제작 가능"
한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 김상욱교수 연구팀이 손상 없이 나노 그래핀을 원하는 모양대로 오려낼 수 있는 기술을 개발했다고 25일 밝혔다.
그래핀은 탄소 원자가 6각형 벌집 구조로 결합한 2차원 전도성 물질이다.
전기적·물리적 성질이 우수한데다 얇은 두께에 유연성까지 갖춰 차세대 전자소자 물질로 주목받고 있다. 별집 구조 결합을 원하는 대로 오려낸다면 나노 형태의탄소 소재를 만들어 다양하게 응용할 수 있다.
탄소와 탄소 간 강한 결합을 끊어내려면 그에 맞는 강한 화학 반응을 사용해야하는데, 이 과정에서 원하는 부위뿐만 아니라 그 주변이 함께 찢어지고 손상되는 문제가 있었다. 예컨대 종이를 잘못 오려내면 너덜너덜해지는 것과 같다.
연구팀은 '이종원소 도핑' 기술을 활용해 문제를 해결했다고 설명했다.
탄소와 탄소가 결합한 평면에 질소나 다른 원소를 심어 구조적 불안정성을 유도하고서 전기화학적 자극을 주면 탄소 이외의 부분이 쉽게 찢어진다고 연구팀은 설명했다.
종이에 홈을 파거나 작은 구멍을 촘촘히 내면 그 길을 따라 종이가 찢어지는 것과 같은 원리다.
이 기술을 활용해 높은 수준의 에너지 전달 속도를 갖는 '슈퍼커패시터(고용량축전기)'를 구현했다고 KAIST는 전했다.
연구팀은 이종원소의 양을 조절해 그래핀을 정밀하게 제어하고, 그래핀의 2차원적 결정성이 전혀 손상되지 않는 고품질의 나노 그래핀도 만들었다.
연구팀은 아울러 나노 그래핀에 특정 화학기능기가 다량 존재하는 것을 밝혀냈다. 고분자나 금속·반도체 나노입자 등 다양한 이종물질과 융합해 고성능의 탄소복합소재를 만들 수 있을 것으로 연구팀은 기대하고 있다.
김상욱 교수는 "품질 저하 없이 그래핀 면을 나노 크기로 오려낼 수 있다는 사실을 최초로 증명한 것"이라며 "나노 그래핀을 활용해 기계·전기적 특성이 우수한섬유 형태의 탄소 소재를 개발할 계획"이라고 말했다.
KAIST 나노과학기술대학원 김용현 교수·화학과 김현우 교수와 함께 진행한 이번 연구는 임준원 박사과정 학생이 1저자로 참여했다. 미래창조과학부 리더연구자지원사업인 다차원 나노조립제어 창의연구단 지원을 받아 연구를 수행했다.
연구 결과를 담은 논문은 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)' 1월22일 자 온라인 판에 실렸다.
walden@yna.co.kr(끝)<저 작 권 자(c)연 합 뉴 스. 무 단 전 재-재 배 포 금 지.>
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