다기능성 화이트 그래핀을 합성하는 기술이 개발됐다. 김명종 한국과학기술연구원(KIST) 전북분원 복합소재기술연구소 양자응용복합소재연구센터 박사팀은 고분자 원료인 보라진 중합체(borazine oligomer)를 촉매 금속에 코팅하고 열처리하는 방법으로 대면적의 화이트 그래핀을 합성하는 기술을 개발했다. 보라진 중합체는 벤젠 탄소가 붕소와 질소로 치환된 형태의 분자가 중합한 형태다.
보론 나이트라이트(h-BN), 일명 `화이트 그래핀`은 탄소 원자들이 벌집 모양으로 연결된 그래핀에서 탄소 대신 붕소와 질소를 채워 넣은 것으로 육안으로 하얗게 보인다. 화이트 그래핀은 절연성과 높은 열전도도를 가진다. 900도까지 산화되지 않고 열을 견디는 내산화성, 중성자를 흡수해 차단하는 중성자 차폐성, 보론과 나이트로젠 사이 이중극자로 구조가 변형될 때 전기를 발생하는 압전 특성, 원자외선 발광특성, 복합소재 필러로 사용됐을 때 계면 안정성 등 탄소소재에서는 보이지 않는 특성을 갖는다.
이런 특성은 절연방열, 열 차폐, 중성자 차폐, 압전소자 등 응용기술로 연계돼 전자, 자동차, 우주항공, 원자력 등 대형시장에 영향력을 끼칠 것으로 기대되는 소재다.
그러나 화이트 그래핀의 원료 물질이 비교적 제한돼 있고, 합성 공정이 그래핀보다 어려워 많은 연구가 이뤄지지 못했다. 연구팀은 원료물질인 고분자(보라진 올리고머)를 니켈 촉매 기판에 떨어뜨려 고속으로 회전시켜 얇게 퍼지게 하는 스핀 코팅방법으로 진행했다. 이를 1000도 정도에서 열처리해 고결정성의 화이트 그래핀(h-BN)을 얻었다.
김명종 KIST 박사는 “촉매 효과로 상대적으로 낮은 온도에서 고결성의 화이트 그래핀을 확보할 수 있는 것과 관련 메커니즘을 규명한 것”이라고 말했다.
연구 결과는 사이언티픽 리포츠(Scientific Reports) 1월자에 온라인 게재됐다. 이 기술은 원천성을 인정받아 국내와 미국에 특허 등록됐다.
송혜영기자 hybrid@etnews.com
