July 16,2018

그래핀 복합체, 종이처럼 접어 강도 높여

기초과학연구원 연구팀 성과

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그래핀 복합체를 12번 접는 모습  ⓒ IBS

그래핀 복합체를 12번 접는 모습 ⓒ IBS

기초과학연구원(IBS)은 로드니 루오프 다차원 탄소 재료 연구단장(울산과학기술원 자연과학부 특훈 교수) 연구팀이 12번까지 그래핀 복합체를 접어 기계적 강도를 높였다고 12일 밝혔다.

연구는 2002년 미국 고등학생이었던 브리트니 갤리반 실험에서 비롯됐다.

당시 브리트니는 1천200m 길이 종이를 12번 반으로 접었다.

 ’최대 7번까지 반으로 접을 수 있다’는 수학자의 계산을 깬 결과다.

루오프 교수는 이 실험에서 영감을 받아 그래핀 복합체를 만드는 방법으로 접기를 선택했다고 IBS 측은 설명했다.

연구진은 화학기상증착법(CVD)로 제조한 A5 크기 그래핀에 400㎚ 두께의 폴리카보네이트 필름을 코팅했다.

이 상태에서 12번 접는 데 성공해 그래핀-폴리카보네이트 적층 복합체(그래핀 복합체)를 구현했다.

연구 논문 제1저자인 빈 왕 IBS 연구위원은 “그래핀은 다른 판상 물질보다 훨씬 얇아서 고분자 박막에 붙여서 여러 번 접을 수 있었다”며 “12번 접힌 그래핀 복합체는 4천96층을 가진 약 3㎜ 두께의 흥미로운 덩어리 물질이 됐다”고 설명했다.

연구진은 실험을 통해 기계적인 특성도 확인했다.

실험을 위한 시료는 10번 접은 것으로 준비했다.

물질의 세 부분을 구부리며 관찰하는 삼 점 굽힘(3-point bending) 시험 결과 기계적 특성이 크게 강화한 것으로 나타났다.

영계수(Young’s Modulus), 강도(Strength), 인성(Toughness) 계수는 각각 73.5%, 73.2%, 59.1%만큼 향상했다.

한국과학기술원(KAIST) 류승화 교수와 스테파노 시네티 박사의 유한요소 모델링을 통한 구부러짐 모의실험에서도 그래핀을 10번 접어서 1천24층이 된 경우가 단순히 쌓아서 1천24겹을 올린 구조보다 훨씬 강한 ‘굽힘 강성’을 가진다는 게 확인됐다.

루오프 단장은 “2차원 물질을 쌓아 3차원 다층 복합체를 설계하는 데 큰 도움이 될 것”이라며 “특별한 기능성을 갖는 다양한 2차원 나노물질을 결합해 에너지 저장, 변환, 열 관리 등으로 응용할 크기의 재료를 확보할 수 있을 것”이라고 전망했다.

논문은 어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials) 11일 자 온라인판에 실렸다.

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