기초과학연구원이 알칼리 금속을 활용해 이중층 그래핀에 새로운 물성을 더하는 기술을 개발했다. 앞으로 추가 연구를 거쳐 그래핀으로 다이아몬드 박막을 합성하는 등 다양한 고기능성 그래핀 기반 소재 개발이 앞당겨질 전망이다.
기초과학연구원(원장 김두철·IBS)은 로드니 루오프 다차원 탄소재료 연구단장팀이 이중층 그래핀의 원자구조를 바꿔 새로운 물성을 부여하는 실험에 성공했다고 29일 밝혔다.
그래핀은 흑연에서 채취한 2차원 물질이다. 물질 강도가 세고 전기 전도도가 뛰어나 '꿈의 나노물질'로 주목받는다. 요즘에는 그래핀에 다른 원자나 유기물을 결합시키는 연구가 진행된다. 다른 물질을 생성하거나 물성을 부여하기 위해서다. 그동안 학계는 주로 단일층 그래핀에 새로운 물성을 더하는 연구를 주로 진행했다. 이중층 그래핀의 경우 단일층에 비해 화학적으로 안정돼 있기 때문이다. 화학 반응성이 낮아 합성 반응을 유도하기 어려웠다.
연구팀은 알칼리 금속 용액인 소듐·포타슘으로 이중층 그래핀의 합성 반응을 끌어냈다. 소듐·포타슘은 이중층 그래핀이 풍부한 전자를 품게 한다. 전자는 화학반응을 가속시켜 그래핀을 환원상태로 만든다. 이 방법을 활용해 '유기할로겐 분자' 합성반응 실험에도 성공했다. 유기할로겐 분자가 이중층 그래핀 표면에 합성되는 것을 확인했다.
연구팀은 이 기술을 활용하면 머지않아 이중층 그래핀으로 다이아몬드 박막을 합성할 수 있다고 설명했다. 다이아몬드는 그래핀과 마찬가지로 탄소로 이뤄졌다. 이론적으로는 그래핀으로 얼마든지 다이아몬드를 합성할 수 있다. 하지만 다이아몬드 합성에는 이중층 그래핀의 층간 탄소원자 결합이 필수여서 성과를 낼 수 없었다.
그래핀을 다른 분자와 결합, 전에 없던 화학반응을 끌어내는 것도 가능하다.
로드니 루오프 단장은 “이번 실험으로 그래핀을 촉매, 센서, 발색단 등 다양한 기능성물질과 결합시키는 화학적 통로를 제시했다”면서 “특히 반도체 특성이나 광학적 특성을 띠는 다이아몬드 박막을 합성하는 등 그래핀의 응용범위를 크게 확장할 수 있다”고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
