UNIST(총장 조무제) 연구진이 물리적 방법으로 산소와 탄소 비율 조절을 쉽게 할 수 있는 산화 그래핀을 개발했다.
기존의 화학적 방법으로 형성된 산화 그래핀은 여러 개의 조각이 모인 형태로 산소와 탄소 비율 조절이 쉽지 않아 물리적 특성 조절이 어려웠고 미세소자 분야 등 다양한 적용이 어려웠으나 권 교수 공동연구팀은 이러한 점들을 획기적으로 개선했다.
권순용(38) UNIST 교수(신소재공학부)가 주도하고 주재환(31), 곽진성(37) 연구원 (공동 제1저자) 등이 참여한 공동 연구팀은 물리적인 방법으로 산화 그래핀을 형성해 그래핀 내의 산소와 탄소의 비율 조절을 가능하게 했다. 이를 통해 산화 그래핀의 광학적, 물리적 특성을 조절했다.
화학적인 방법으로 만들어진 산화 그래핀은 작은 산화 그래핀 조각들로 포개어 이루어져 있다. 이때 조각들이 겹쳐진 부분에서 접촉저항이 발생하는데, 접촉저항은 산화 그래핀 단일 층의 전기적 물성을 저하시킨다. 또한 하나의 조각이 아닌 여러 개의 조각이 모인 형태여서 물리적 특성의 조절이 어려워 미세소자 분야에 적용하기도 어렵다.
권순용 교수 공동 연구팀은 구리 내의 산소 농도를 열처리를 통해 미리 조절하고, 구리 내부의 결정입자 간의 틈을 통해 탄소 원자를 확산시켰다. 이 경우 산소와 탄소 원자가 자발적으로 결합해 최종적으로 저온의 구리 표면상에는 단일 판 형태의 산화 그래핀이 형성된다.
권순용 교수는 “이번에 개발한 산화 그래핀은 광학적, 물리적 특성의 조절이 가능해 광 반도체와 반도체 소자에 적용이 가능하다”라며 “필요에 따라서 산화 그래핀을 미세소자 분야 등 다양한 용도로 사용할 수 있는 발판을 마련했다”고 연구 의의를 말했다.
이번 연구는 주재환 박사과정, 곽진성 박사 연구원과 김성엽, 김지현, 박기복, 이종훈 연구원이 참여하고 김영운 서울대 교수팀이 공동 수행하였으며, 미래창조과학부(장관 최문기)와 한국연구재단(이사장 정민근)이 추진하는 중견연구자지원사업, 바이오의료기술개발사업 및 UNIST 미래도전과제 등의 지원으로 수행됐다.
이번 연구결과는 세계적 권위를 자랑하는 네이처의 자매지인 ‘네이처 커뮤니케이션즈 (Nature Communications)’에 지난 2월 28일(금) 게재됐다.
(논문명: Monolithic graphene oxide sheets with controllable composition)
