엠보싱 그래핀, 새로운 꿈의 나노물질로 뜰 수 있을까

로드니 루오프 기초과학연구원 (IBS) 다차원 탄소재료 연구단 단장(UNIST 특훈교수) 연구진이 엠보싱을 넣은 것처럼 볼록하게 돌출된 반구 형태의 그래핀이 기존의 평면 그래핀보다 높은 화학적 반응성을 갖고 있음을 확인했다. 또한 연구진은 제작이 어려웠던 엠보싱 그래핀을 고품질로 만드는데 성공해 향후 활용 가능성을 높이는데 성공했다.
그래핀은 탄소 원자가 육각형 격자를 이루는 형태로 만들어진 2차원 평면구조다. 두께가 약 0.2nm(나노미터·1nm는 10억분의 1m)에 불과하지만 기계적 강도는 강철의 200배로 잘 부러지지 않으면서도 유연해 잘 휘어진다. 구리보다 10배 더 전기가 잘통하고 실리콘보다 전자 이동 속도가 100배 빨라 꿈의 물질로 불렸다.
연구진은 흑연에서 떼어낸 고품질의 그래핀으로 연구에 적합한 크기와 높이를 가지는 엠보싱 그래핀을 만드는데 성공했다. 기판 위에 그래핀 박막을 올린 후 가열해 기판표면에 흡착되어 있던 불순물 분자들을 기화되며 그래핀 안에 갇히어 볼록하게 돌출된 엠보싱 그래핀을 만들었다. 연구진은 "평평한 그래핀 격자에 굴곡이 생기면 탄소 원자간 거리가 늘어나고 장력(tension)이 생기면서 탄소 원자간 결합력이 약해져 화학적 반응성이 높아지는 것을 확인했다"며 "마치 고무줄을 계속 잡아당기면 양 끝단의 거리가 늘어나고 팽팽해지면서 결국 끊어지게 되듯이, 원자간 결합이 약해지기 때문에 외부 요소에 의한 반응이 일어날 가능성이 높아진다"고 설명했다.
루오프 단장은 "이번 연구는 라만분광법만으로 쉽게 그래핀의 높은 열전도성을 확인할 수 있다는 것을 보였다"며 "엠보싱 그래핀 온도 조절을 통해 선택적인 반응이 유도되는 메카니즘에 대한 새로운 시각을 제공한다"고 말했다. 그는 ""또한 엠보싱 그래핀에 대한 물리적 성질을 더 이해한다면, 더욱 다양한 응용처를 찾을 수 있을 것"이라고 말했다.
연구결과는 국제학술지 '피지컬 리뷰 레터스' 지난 3일자에 게재됐다.
[원호섭 기자]