IBS 연구진 "화학적 반응성 커…평면구조와 다른 특성 규명"
(대전=연합뉴스) 이주영 기자 = 원자 하나 두께의 평면구조인 그래핀(graphene)을 올록볼록한 엠보싱 형태로 만들면 어떻게 될까. 국내 연구진이 그래핀을 볼록한 엠보싱 형태로 만들고 평면구조에서는 나타나지 않는 새로운 특성들을 규명했다.
기초과학연구원(IBS) 다차원 탄소재료 연구단 로드니 루오프 단장(UNIST 특훈교수) 연구팀은 10일 '엠보싱'을 넣은 것처럼 볼록한 반구 형태의 엠보싱 그래핀을 제작, 기존 평면 그래핀보다 화학적 반응성이 크다는 사실을 실험적으로 확인했다고 밝혔다.
또 '엠보싱 그래핀'내부의 원하는 부위만 온도를 높여 선택적으로 반응을 유도할 수 있다는 사실도 밝혀냈다.
이 연구결과는 물리학 분야 국제학술지 '피지컬 리뷰 레터스(PRL, 5월 3일자)에 게재됐다.
연구진은 물질에 레이저를 쏘여 분석하는 라만분광법을 이용한 이 연구가 반응성이 높아 잠재적인 활용가치가 높지만 제작이 어려웠던 '엠보싱 그래핀'의 물리적, 화학적 물성을 발현시키는 실마리를 제공할 수 있을 것으로 기대한다고 밝혔다.
탄소가 6각형 벌집 형태로 결합해 평면 격자 구조를 이루는 그래핀은 구조를 변형하면 탄소 원자의 반응성이 달라져 새로운 물성이 나타날 수 있지만 이 과정에 수반하는 복잡한 공정들로 그래핀이 손상되는 경우가 많아 관련 연구가 활발히 이루어지지 못했다.
연구진은 이 연구에서 실험 중 나타나는 사소한 현상을 놓치지 않고 천착해 엠보싱 그래핀을 만들고 그 특성까지 규명해내는 성과를 얻었다.
실험에 사용할 평면 그래핀을 준비하기 위해 흑연에서 떼어낸 그래핀을 실리콘 기판 위에 얹어 열처리하는 과정에서 그래핀 표면에 지름 20∼30㎛, 높이 수㎛ 크기의 올록볼록한 엠보싱이 생긴 것이다.
분석결과 실리콘 기판에 흡착돼 있던 분자들이 열처리 과정에서 기화되며 그래핀 안에 갇히면서 볼록하게 돌출된 엠보싱이 형성된 것으로 나타났다.
연구진은 볼록한 형태의 엠보싱 그래핀을 라만분광법으로 분석, 탄소 원자 간 거리가 늘어나고 장력이 생기면서 결합력이 약해져 화학적 반응성이 커진다는 사실을 확인했다.
또 라만분광법에서 사용하는 단일 파장 레이저를 엠보싱 그래핀에 쪼일 때, 빛을 쪼이는 위치에 따라 온도 변화가 다르고, 레이저 빛의 강도에 따라서도 온도 변화 폭이 달라진다는 사실을 확인, 엠보싱 그래핀의 온도를 자유자재로 제어하는 데에도 성공했다.
루오프 단장은 "이 연구는 엠보싱 그래핀의 온도 조절을 통해 선택적인 반응이 유도되는 메커니즘에 대한 새로운 시각을 제공한다"며 "엠보싱 그래핀에 대한 물리적 성질을 더 이해한다면 엠보싱 그래핀 안에 특정 가스를 채워 레이저로 내부에서만 화학적 반응을 일으키는 초소형 반응기 등과 같은 더욱 다양한 응용처를 찾을 수 있을 것"이라고 말했다.
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