UNIST 연구진, 단결정 그래핀 사용해 '고품질 흑연' 제조 기술 개발

【울산=뉴시스】박일호 기자 = 울산과학기술원은 자연과학부 로드니 루오프(Rodney S. Ruoff) 특훈교수가 이끄는 연구팀이 단결정 그래핀(Graphene)을 사용한 열처리 공정으로 흑연 결정이 나란하게 정렬된 '고품질 흑연'을 제조하는 기술을 개발했다고 6일 밝혔다. 사진은 고품질 흑연 제작법을 개발한 연구진의 모습. 왼쪽부터 빈 왕 박사, 로드니 루오프 교수, 벤자민 커닝 박사. 2019.02.06. (사진=울산과학기술원 제공) [email protected]

【울산=뉴시스】박일호 기자 = 울산과학기술원(UNIST) 연구진이 배터리 전극이나 스마트폰 방열판에 쓰이는 '흑연'을 고품질로 만드는 기술을 개발했다.

UNIST는 자연과학부 로드니 루오프(Rodney S. Ruoff) 특훈교수가 이끄는 연구팀이 단결정 그래핀(Graphene)을 사용한 열처리 공정으로 흑연 결정이 나란하게 정렬된 '고품질 흑연'을 제조하는 기술을 개발했다고 6일 밝혔다.

연구팀은 이번 연구에서 화학기상증착법(Chemical Vapor Depositon, CVD)으로 성장시킨 단결정 그래핀을 흑연 재료가 될 탄소 기반 물질 내부에 위치시켰다.

화학기상증착법은 화학 물질을 플라즈마나 열을 이용해 박막으로 형성시키는 방법이다.

이후 높은 온도로 열처리를 하자 탄화와 흑연화가 진행됐다. 뜨거운 열 때문에 다른 물질은 사라지고 탄소만 남아 흑연으로 변하는 것이다.

이 과정에서 단결정 그래핀에 가까운 영역에서부터 고배향성 흑연을 가진 고품질 흑연이 형성됐다.

그래핀 단결정은 열처리 과정에서 일종의 템플릿 같은 역할을 했고, 고온에서 탄소 전구체 내 무질서하게 배열돼 있던 탄소 원자들이 그래핀의 탄소원자가 이루는 완벽한 육각형 구조를 복사해 재배열됐다.

템플릿은 플라스틱이나 아크릴로 만든 얇은 판에 여러 크기의 원 또는 타워 등과 같은 기본도형이나 각종 문자기호 등을 그리는 제도 용구다.

열처리 온도가 더 높아지자 그래픽 단결정의 템플릿 효과가 더 커졌고, 아직 흑연으로 만들어지지 않은 탄소 원자들도 그래핀 주변의 고배향성 흑연의 영향을 받아 전체적으로 비슷한 결정 방향을 가지게 됐다.

【울산=뉴시스】박일호 기자 = 울산과학기술원은 자연과학부 로드니 루오프(Rodney S. Ruoff) 특훈교수가 이끄는 연구팀이 단결정 그래핀(Graphene)을 사용한 열처리 공정으로 흑연 결정이 나란하게 정렬된 '고품질 흑연'을 제조하는 기술을 개발했다고 6일 밝혔다. 사진은 단결정 그래핀(붉은 상자) 주변에 결정 방향이 비슷한 고품질 흑연이 만들어지는 장면. 2019.02.06. (사진=울산과학기술원 제공) [email protected]

그래핀이 흑연 결정을 나란히 배열하게 한다는 것은 방사광 스침각 X-선 회절기법을 통해 밝혀졌다.

이번 연구는 현재까지 굉장히 도전적인 과제로 알려진 대면적 단결정 흑연 합성을 위한 선행기술로서의 의미도 가진다.

루오프 교수는 "흑연의 수많은 응용 분야와 수요를 감안했을 때 품질이 좋은 대면적 단결정 흑연 필름은 중요한 기술"이라며 "지금까지 작은 조각 형태로 제조됐던 흑연을 대면적 필름 형태로, 더 나아가 단결정으로 합성하게 되면 산업에도 큰 기여를 할 것이다"고 전망했다.

이번 연구는 지난달 24일자로 재료 분야에서 권위 있는 국제 학술지인 머티리얼즈 호라이즌스(Materials Horizons)에 게재됐다. 연구 수행은 기초과학연구원(IBS)의 지원으로 이뤄졌다.

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