이영희 교수팀 ‘네이처’ 게재

국내 연구진이 ‘꿈의 신소재’로 불리는 ‘그래핀’의 특성을 일반 광학현미경으로 파악할 수 있는 원천기술을 개발했다. 차세대 반도체나 디스플레이 개발을 가속화할 수 있는 획기적인 기술로 주목된다.

이영희(57) 성균관대 에너지과학과 교수팀은 “탄소나노물질인 그래핀 조각의 경계면과 크기의 분포를 일반 광학현미경으로 동시에 관찰할 수 있는 방법을 개발했다.”고 3일 밝혔다. 연구결과는 세계 최고 권위의 과학전문지 ‘네이처’ 최신호에 실렸다.

그래핀은 탄소 원자 한 층으로 구성된 판(板) 형태로 두께는 나노미터(㎚·10억분의 1ｍ)에 불과하지만 다이아몬드보다 강도(强度)가 세고 전기 전도성이 높은 데다 자유롭게 구부러지는 성질을 가진 물질이다. 현재 전 세계에서 가장 많은 연구비가 투입되고 있는 분야로 꼽힌다. 그래핀은 구리 등의 금속판 위에서 작은 그래핀 조각들을 키우고 이어붙여 디스플레이나 터치스크린, 반도체 등에 사용할 만한 넓이로 합성한다. 그러나 그래핀을 대면적으로 만들면 전기저항이 10배 이상 커져 전기 전도성이 크게 떨어진다. 이는 그래핀 조각들이 서로 맞물릴 때 경계면을 정확하게 살필 수 없어 생기는 5각형, 7각형 모양의 경계면이 전기저항의 원인이 되기 때문이다. 일부 연구진들이 대당 수십억원이 넘는 투과전자현미경으로 경계면 구조를 파악해왔지만 볼 수 있는 범위가 좁다는 한계가 있었다.

이 교수팀은 습도를 조절한 공기를 자외선에 노출시킨 뒤 구리 기판에 위에 놓인 그래핀 조각들에 닿게 하는 방법으로 경계면과 맞닿은 구리 기판을 동시에 산화시켰다. 이 구리 기판은 얇은 그래핀과 달리 일반적으로 널리 사용되는 광학현미경으로도 관측이 가능했다. 이 교수는 “이 기술을 이용하면 광학현미경을 소유하고 있는 중소형 실험실이나 산업체 등에서도 비교적 쉽게 그래핀을 대량 합성할 수 있다.”면서 “경제적인 효과가 큰 기술”이라고 밝혔다.

박건형기자 kitsch@seoul.co.kr