국내 연구진이 강철 같이 강하고, 종이처럼 가벼운 탄소소재를 만들 수 있는 AA`(에이에이 프라임) 규칙을 가진 새로운 흑연 구조체를 개발했다.
이재갑 한국과학기술연구원(KIST) 광전소재연구단 박사팀은 김진규 기초과학지원연구원 박사팀, 김용일 표준과학연구원 박사팀, 민봉기 영남대 박사팀, 이우영 연세대 교수팀, 필립 존 영국 헤리어트와트대 교수팀과 공동연구로 새로운 물성을 가지는 흑연 구조체인 AA` 흑연을 보고했다.
흑연은 그래핀 적층체다. 탄소재료 역사상 흑연은 그래핀이 ABAB 규칙으로 겹쳐진 AB 적층구조인 AB 흑연이 유일한 결정 구조로 알려졌다.
공동연구팀은 나노크기의 그래핀 분말을 원료로 사용해 적정 조건에서 열처리를 하거나 플라즈마로 처리했다. 그래핀 나노분말이 AA` 흑연으로 재결정화 되는 것을 엑스레이로 분석하고 고해상투과전자현미경(HRTEM) 시뮬레이션과 에너지 계산으로 규명했다.
AA` 흑연은 기존에 알려진 AB 흑연보다는 조금 불안정하지만, AA` 2층 그래핀 핵의 방향성 성장으로 1차원 형태(나노 끈)로 나타난다. 이 흑연 나노 끈은 단결정이어서 강하고 유연해 이를 기초소재로 활용한다면 강철같이 강하고 종이처럼 가벼운 고탄성 탄소구조체를 설계·제조할 수 있을 것으로 전망된다. KIST는 이 결과는 상대적으로 취약한 국내 기초연구의 의미 있는 성과라고 설명했다.
AA` 흑연은 도체인 AB 흑연과 달리 반도체 특성을 가져 새로운 광·전자소자로 널리 응용될 것으로 기대된다.
이재갑 KIST 박사는 “모방이 익숙한 기초연구분야에서 창조를 말할 수 있는 의미있는 결과”라면서 “새로운 물성을 갖는 흑연 구조체를 제조할 수 있는 탄소연금술의 초석을 마련했다”고 말했다.
연구결과는 과학저널 `사이언티픽 리포트(Scientific Reports)`에 21일 온라인 게재됐다.
송혜영기자 hybrid@etnews.com
