국내연구진 ‘부도체 그래핀’ 개발

2차원 소재 범위 확장 가능

전기전도성이 좋아 주로 고성능 전자소재로 각광받았던 그래핀과 달리 전기전도성이 낮은 새로운 종류의 그래핀 ‘형제 물질’이 개발됐다.

성균관대학교는 황동목 공과대학 신소재공학부 교수와 이재현 박사 연구팀이 황성우 삼성전자 종합기술원 전문, 주원제 박사 등과 공동으로 ‘2차원 비정질 소재’ 원천기술을 세계 최초로 개발했다고 11일 밝혔다.

기존의 그래핀은 탄소 원자들이 벌집 모양으로 규칙 배열된 물질이다. 배열이 규칙적이고 두께가 단일원자층(원자 하나 두께)이라서 ‘결정성 2차원 물질’이라고 부른다.

전기전도성과 열전도성이 좋고, 다른 물질을 전혀 투과시키지 않는 차단막의 특성도 갖고 있다. 인장(引張) 강도가 높아 잘 찢어지지도 않는다. 이 때문에 고성능 전자소재로 특히 주목받았다.

반면 이번 성균관대-삼성전자 연구팀이 원자간 결함구조를 이용해 개발한 신소재는 두께는 그래핀과 같지만, 원자들이 불규칙적으로 배열된 소재다. ‘비정질 2차원 물질’이라고 부른다.

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이 신소재는 전기전도성이 거의 부도체라고 할 정도로 낮은 것이 특징이다. 열 전도성도 낮고 차단막 특성도 그래핀과는 다른 것으로 알려졌다.

이에 따라 그간 그래핀과 인연이 없던 분야에서도 활용할 수 있다는 것이 연구진의 설명이다.

가령 다른 물질을 전혀 투과시키지 않는 그래핀과 달리 물은 투과하고 이온은 투과시키지 않는 비정질 2차원 물질이 개발된다면 해수 담수화 기술에 응용할 수 있다고 말했다.

황 교수는 “이번 성과는 차세대 산업 핵심소재로 부각되는 2차원 소재 범위를 대폭 확장했다는 의미가 있다”며 “기존 결정성 2차원 소재와는 다른 비정질 2차원 소재의 새로운 특성을 바탕으로 새로운 응용분야를 개척할 수 있을 것”이라고 기대했다.

이 연구결과를 담은 논문은 국제학술지 ‘과학진보(Science Advances·사이언스 어드밴시스)’지 온라인판에 최근 게재됐다.

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