IBS, 2개층 그래핀의 낮은 반응성 해결…고강도 코팅 등에 활용
(대전=연합뉴스) 박주영 기자 = 국내 연구진이 반도체 신소재 '그래핀'(graphene)을 다이아몬드 박막으로 합성하는데 한걸음 다가섰다.
기초과학연구원(IBS) 다차원탄소재료연구단 로드니 루오프 단장 연구팀은 그래핀에 기능기를 추가하는 방법을 개발해 다이아몬드 박막을 만들 수 있는 가능성을 제시했다고 29일 밝혔다.
그래핀은 흑연의 한 층에서 떼어낸 2차원의 탄소나노물질로, 전기적·화학적 특성이 우수해 반도체 분야 '꿈의 신소재'로 불린다.
이론적으로는 동일하게 탄소로 만들어진 다이아몬드 박막도 될 수 있지만, 인공적으로 합성하는 것은 매우 어렵다.
연구팀은 2개의 층으로 이뤄진 그래핀을 이용하면, 층간 반응을 통해 물성 전환이 가능할 수 있을 것으로 추정했다.
이를 위해 그래핀의 층간 결합을 유도해야 하는데, 이중층의 그래핀은 다른 원자가 결합하기 힘든 에너지적으로 안정적인 상태여서 화학 반응을 유도하기 어렵다는 문제가 있다.
연구팀은 환원성을 띄는 알칼리 금속 용액을 활용해 그래핀을 전자가 풍부한 환원상태로 만들어 상온에서도 쉽게 반응이 일어날 수 있도록 했다.
또 그래핀의 위·아래층을 각각 다른 탄소 동위원소로 표지해 위층과 아래층 그래핀이 모두 반응에 참여했다는 것을 밝혀냈다.
이 같이 기능기가 추가된 그래핀은 기존 반응하기 어려운 다른 분자들과도 추가적인 결합이 가능해, 그래핀의 물성을 바꿀 수 있는 화학적 통로가 될 수 있다고 연구팀은 설명했다.
루오프 단장은 "이번 실험을 통해 그래핀이 촉매, 센서, 발색단 등 다양한 기능성 물질과 쉽게 결합할 수 있음을 밝혀냈다"며 "그래핀으로 다이아몬드 박막을 합성할 수 있게 되면 바이오 센서나 고강도 코팅 등 분야에 다양하게 활용할 수 있을 것"이라고 말했다.
이번 연구 결과는 국제 학술지 '미화학학회지'(Journal of the American Chemical Society) 온라인판 지난 13일 자에 실렸다.
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