국내 연구진이 꿈의 신소재로 불리는 그래핀의 새로운 형태인 비정질 그래핀의 대면적 합성 기술을 개발, 대표적인 차세대 신소재인 2차원 소재의 응용범위 확산에 새로운 전기를 마련했다.

성균관대학교는 공과대학 신소재공학부의 황동목 교수, 이재현 박사 등 성균관대 연구팀이 삼성전자 종합기술원 황성우 전무, 주원제 박사 등과 공동으로 반도체 웨이퍼 위 ‘대면적의 단원자층 비정질 그래핀 합성’ 원천기술을 세계 최초로 개발했다고 11일 밝혔다.

그래핀은 탄소원자가 육각형의 격자를 이루며 규칙적으로 배열된 구조를 가진 단일원자층 두께의 대표적인 결정성 2차원 물질이다. 뛰어난 전기적, 기계적 특성을 가지고 있어 꿈의 신소재로 불린다.

지난 2004년 그래핀의 우수한 특성이 알려진 이후 다양한 2차원 물질이 세계적으로 매우 활발하게 연구되어 왔다. 지금까지의 2차원 물질의 연구는 물질 내 구성원자가 규칙적으로 배열되어있는 결정성 물질에 국한됐다.

공동연구팀은 지난 2014년도에 반도체 기판 위에 단결정 그래핀을 대면적으로 합성하는 원천기술을 개발해 학계 및 산업계에서 주목을 받은 바 있다. 이번 후속연구를 통해 2차원물질내의 원자간 결함구조를 조절, 2차원 평면상에서 탄소원자가 불균일하게 연결된 비정질 그래핀을 대면적으로 합성하는 데 성공했다.

성균관대 황동목 교수는 “이번 성과는 차세대 산업의 핵심소재로 부각되고 있는 2차원 소재의 범위를 대폭 확장한 것이라는 의미를 가지고 있으며 기존 결정성 2차원 소재와는 다른 비정질 2차원소재의 새로운 특성을 바탕으로 새로운 응용분야를 개척할 수 있을 것”이라고 전망했다.

한편 이번 연구결과 논문은 사이언스 어드밴스(Science Advances)지 온라인판에 지난 10일(현지시간) 게재됐다. 이 논문에 공동 제1저자로 참여한 성균관대 이재현 박사는 한국연구재단의 대통령포스닥사업의 지원을 받고 있다.

<이수환 기자>shulee@ddaily.co.kr