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| [사진설명=고품질 흑연 제작법을 개발한 연구진의 모습. 왼쪽부터 빈 왕 박사, 로드니 루오프 교수, 벤자민 커닝 박사] |
[헤럴드경제(울산)=이경길 기자] 울산과학기술원(UNIST, 총장 정무영) 연구팀이 ‘고품질 흑연’을 만드는 새 방법을 개발했다.
UNIST는 6일 로드니 루오프(Rodney S. Ruoff) 자연과학부 특훈교수(IBS 다차원 탄소재료 연구단장)가 이끄는 연구팀이 단결정 그래핀(Graphene)을 사용한 열처리 공정으로 흑연 결정이 나란하게 정렬된 ‘고품질 흑연’을 제조하는 기술을 개발했다고 밝혔다.
자연에서 발견되는 흑연은 다결정 구조로 아직까지 대면적 단결정 흑연을 만드는 기술은 개발되지 못했다. 현재 기술 수준은 단결정에 가까운 ‘고배향성 열분해 흑연(Highly Oriented Pyoytic Graphite, HOPG)’이 연구 목적으로 중요하게 사용되는 수준이다.
이번 연구에서는 화학기상증착법(Chemical Vapor Depositon, CVD)으로 성장시킨 단결정 그래핀을 흑연 재료가 될 탄소 기반 물질 내부에 위치시켰다. 이후 높은 온도로 열처리하자 탄화(Carbonization)와 흑연화(Graphatization)가 진행됐다. 뜨거운 열 때문에 다른 물질은 사라지고 탄소만 남아 흑연으로 변하는 것이다. 그런데 이때 단결정 그래핀에 가까운 영역에서부터 고배향성 흑연을 가진 고품질 흑연이 형성됐다.
열처리 온도가 더 높아지자 그래핀 단결정의 템플릿 효과가 더 커졌다. 아직 흑연으로 만들어지지 않은 탄소 원자들도 그래핀 주변의 고배향성 흑연의 영향을 받아 전체적으로 비슷한 결정 방향을 가지게 된 것이다. 이는 단결정 그래핀부터 시작된 일종의 도미노 현상이다.
현재 대면적 단결정 흑연 합성은 굉장히 도전적인 과제다. 이번 연구는 이를 위한 선행기술로서의 의미도 가진다.
연구결과는 재료 분야에서 권위 있는 국제 학술지인 머티리얼즈 호라이즌스(Materials Horizons) 1월 24일 자로 게재됐다. 연구 수행은 기초과학연구원(IBS)의 지원으로 이뤄졌다.
hmdlee@heraldcorp.com
