'꿈의 신소재' 그래핀 저온 합성 국내연구진이 성공…해외 유명 학술지 게재

[중앙일보] 입력 2015.12.17 

‘꿈의 신소재’인 그래핀을 저온에서 만드는 기술을 국내연구진이 개발했다. 광주과학기술원(GIST)는 반도체 소자의 물리적 손상 없이 섭씨 50~300도에서 그래핀을 합성할 수 있는 새로운 공정기술 개발했다고 17일 밝혔다. 그래핀은 탄소 원자들이 벌집 모양으로 연결된 얇은 막 형태의 나노 소재다. 영국 맨체스터대 연구팀이 2004년 처음 흑연에서 분리했고, 2010년 그 공로로 노벨상을 받았다. 구리보다 전기가 150배 잘 통하고 강철보다 200배 강하다. 터치스크린 등에 쓰이는 인듐주석산화물(ITO)만큼 투명하면서 유연성은 20배나 좋다.

그래핀은 일반적으로 섭씨 800~1000도의 저압화학기상증착법으로 합성한다. 높은 온도를 유지하기 위해 생산 과정에서 비용이 많이 들어가고 고온에 취약한 기기를 사용할 수 없다는 단점이 있었다.

GIST 함문호 신소재공학부 교수 연구팀은 그래핀 저온 합성을 위해 ‘상압화학기상증착시스템’을 적용했다. 기체 상태의 화합물을 가열한 기판 위에 반응시켜 그래핀을 합성하는 방법이다. 연구팀은 그래핀 합성 공정 전에 진공펌프를 이용해 합성 장치 내부 공기를 제거하고 아르곤 가스를 주입했다. 이 과정을 통해 내부 불순물을 제거했다. 이어 섭씨 300도에서 촉매금속 위에 5분 동안 벤젠을 주입해 그래핀을 합성하는데 성공했다.

함 교수는 “그래핀 저온 합성 기술은 현재 사용되는 반도체 공정과 호환이 가능해 반도체 소자 위에서 그래핀을 직접 합성할 수 있다”며 “그래핀 기반 전자소자 실용화를 앞당기는 데 기여할 것으로 기대된다”고 말했다. 이번 연구 결과는 과학 학술지 사이언티픽 리포츠(Scientific Reports)를 통해 지난 10일 발표됐다.

강기헌 기자