울산과기대 이종훈 교수팀, 상용화에 필요한 그래핀 구조 규명

울산과기대는 이종훈 교수(기계신소재공학부)와 김관표 연구원(미국 UC 버클리대 물리학과 박사과정) 팀이 그래핀의 상용화 연구에 필요한 그래핀 구조를 규명했다고 23일 밝혔다. 이 교수팀은 ‘다결정 그래핀의 결정입계 규명’이라는 제목의 논문으로 나노분야 과학저널인 ‘ACS NANO’의 22일자 표지커버와 연구전망 논문 주제로 소개됐다. 이 교수팀의 논문은 그래핀 구조가 단결정이라는 학계의 일반적 관념을 깬 것. 논문에 따르면 그래핀은 합성된 물성에 결정적인 영향을 미칠 수 있는 결정입계가 존재하는 다결정체이며 통상적인 그래핀 구조로 알려진 육각형 배열에서 벗어나 오각형과 칠각형이 연속되는 원자배열을 하고 있다는 사실을 규명한 것이다. 그래핀을 반도체 소자로 상용화하려면 결정입자의 크기를 제어하는 고품질의 대면적 그래핀 합성기술과 구조 규명이 필수 과제다. 이로 인해 이 교수팀의 연구결과가 그래핀 결정입계의 이론 해석과 상용화 등 응용 연구에 크게 이바지할 것으로 평가받고 있다. 이 교수는 “화학적으로 합성된 단원자층 그래핀을 전자현미경의 나노전자 회절과 암 영상 촬영법, 탄소 단원자 촬영 등을 이용해 결정입자의 크기와 형태, 결정입계의 구조를 명확히 구별할 방법을 고안했고 다결정 그래핀의 존재를 명확히 보여줬다는 데 의미가 있다”고 설명했다. 울산과기대는 이 교수팀의 연구와 관련, 그래핀의 구조와 결함 연구에 핵심적으로 사용될 '저전압용 원자 분해능 수차보정 투과 전자현미경'을 아시아 최초로 도입해 그래핀 연구에 주력할 방침이다. 그래핀은 ‘2차원 결정체’로 현존하는 물질 중 가장 단단하고 얇은 물질이다. 상온에서 열 전도율이 매우 우수하고 구리보다 전류밀도(단위면적 당 전자를 보낼 수 있는 양)가 100만배 이상 뛰어나다. 이런 이유로 그래핀은 지금보다 수백 배 이상 빠른 반도체를 만들 수 있는 꿈의 신소재로 주목받고 있으며 종이처럼 구길 수 있는 ‘플렉서블 디스플레이’의 원천 기술로 주목받고 있다.