 |
| 단결정 그래핀을 사용한 열처리 공정으로 흑연 결정이 나란하게 정렬된 고품질 흑연을 제조하는 새로운 방법을 제시한 IBS 등 연구는 머티리얼즈 호라이즌스(Materials Horizons, IF 13.183)에 1월 24일 게재됐다.(자료제공=IBS) |
기초과학연구원(IBS)은 다차원 탄소재료 연구단 연구팀이 신태주 울산과학기술원(UNIST) 연구지원본부장과 공동으로 단결정 그래핀을 사용한 열처리 공정으로 흑연 결정이 나란하게 정렬된 고품질 흑연을 제조하는 새로운 방법을 제시했다고 7일 밝혔다.
자연에서 발견되는 흑연은 물론 인공적으로 합성한 인조 흑연도 다결정 구조이며, 아직까지 대면적 단결정 흑연을 만드는 기술은 개발되지 않았다.
현재 기술 수준은 단결정에 가까운 ‘고배향성 열분해 흑연(Highly Oriented Pyoytic Graphite, HOPG)’가 연구 목적으로 사용되는 수준이다. 하지만 HOPG도 고온·고압 조건 하에서 제조할 수 있어 제조비가 비싸다는 한계가 있었다.
이번 연구팀은 이러한 한계점을 해결하기 위해 화학기상증착법(Chemical Vaper Deposition, CVD)으로 성장시킨 단결정 그래핀을 흑연 재료가 되는 탄소 기반 물질 내부에 위치시키고 그다음 높은 온도로 열처리하자 탄화(Carbonization)와 흑연화(Graphatization)가 진행됐다.
이 현상은 뜨거운 열 때문에 다른 물질은 사라지고 탄소만 남아 흑연으로 변하는 것으로, 이때 단결정 그래핀에 가까운 영역에서부터 고배향성을 가진 고품질 흑연이 형성됨을 확인했다.
제1저자인 벤자민 커닝(Benjamin V. Cunning) 연구위원은 “그래핀 단결정은 열처리 과정에서 일종의 ‘템플릿’ 역할을 했다”며, “고온에서 탄소 물질 내 무질서하게 배열돼 있던 탄소 원자들이 그래핀의 탄소 원자가 이루는 완벽한 육각형 구조를 복사해 재배열됐다”고 설명했다.
또한 이번 연구에서 포항방사광가속기의 ‘UNIST-PAL’ 빔라인을 이용해 흑연 구조연구를 진행한 신태주 연구지원본부장은 “그래핀이 흑연 결정을 나란히 배열하게 한다는 것을 방사광 스침각 X-선 회절기법을 이용해 밝혔다”고 말했다.
이 연구는 영국왕립화학회(RCS)가 발행하는 재료 분야 권위지인 머티리얼즈 호라이즌스(Materials Horizons, IF 13.183)에 1월 24일 게재됐다.
