탄화규소 기판 위의 비정질 필름 위에서 제작된 단방향의 그래핀을 주사 투과 전자 현미경(Scanning transmission electron microscopy) 으로 본 그림. 사진=연구재단 제공 꿈의 신소재로 불리는 '그래핀'의 품질과 생산성을 모두를 높일 수 있는 방법이 개발됐다. 그래핀은 구리와 실리콘보다 전기와 전자 이동성이 100배 이상 빠르고 강철보다 200배 단단해 반도체나 고효율 태양전지 등에 쓰인다. 한국연구재단은 10일 안종열 성균관대 연구팀이 방향성이 존재하지 않는 기판인 '비정질 박막' 위에서 한 방향만 가지는 그래핀을 성장시켰다고 밝혔다. 탄소원자로 이뤄진 그래핀은 전기전도성, 열전도성, 투명성이 우수한 특성이 있어 산업계에서 각광받는 물질이지만, 현재까지 개발된 성장 방법으로는 질이 낮거나, 다른 기판으로 옮기기 쉽지 않아 생산성이 낮은 한계가 있다. 앞서 2006년 발표된 탄화규소를 활용한 자연 성장 방법으로 생산된 그래핀은 질적으로 우수하지만, 다른 기판으로 전이가 쉽지 않는 문제를 안고 있다. 2008년 발표된 금속 위에서 화학 기상 증착법(cvd)을 이용한 그래핀은 대량생산과 기판 전이가 쉽지만, 질적 우수성이 떨어진다. 이에 2개의 성장기법의 단점을 줄여나갈 수 있을지에 대한 연구가 활발하게 이뤄지고 있다. 연구팀은 비정질 박막 위에서 그래핀을 성장시켜 질적 우수성을 높이고, 다른 기판으로 전이를 쉽게 할 수 있도록 했다. 세부적으로 비정질의 탄화규소 위에 팔라듐을 증착시키고, 남은 탄소들이 그 위에서 자연스럽게 단방향을 가진 그래핀으로 성장되도록 유도했다. 이는 그래핀을 포함한 한 방향의 단결정 물질을 성장시키기 위해서는 사용되는 기판도 단결정이어야 한다는 일반적인 통념을 깬 것. 안 교수는 "이 연구는 세계 최초로 비정질 박막에서 단결정 그래핀을 성장시킴으로서 그래핀을 포함한 다양한 단결정 성장 방법론 개발에서의 근본적인 한계를 극복한 것"이라며 "이후 자기적 특성과 광학 특성, 초전도현상, 전자구조 현상 등 그래핀의 질이 중요하고, 기판에 자유로운 물성들의 후속연구로 이어질 것으로 생각한다"고 말했다. 정재훈 기자
안종열 성균관대 연구팀이 방향성이 존재하지 않는 기판인 '비정질 박막' 위에서 한 방향만 가지는 그래핀을 성장시키면서 꿈의 신소재로 불리는 그래핀의 질적 우수성과 생산성을 모두 높일 수 있도록 했다.