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'꿈의 소재 그래핀' 에너지 재료 응용 실마리 발견

송고시간2018-09-02 12:00

국민대 연구팀 "그래핀 에너지 준위 조절 기초현상 규명"

국민대 이현정 교수(왼쪽)와 박현우 박사 [한국연구재단 제공=연합뉴스]

국민대 이현정 교수(왼쪽)와 박현우 박사 [한국연구재단 제공=연합뉴스]

(대전=연합뉴스) 이재림 기자 = 한국연구재단은 국민대 이현정 교수·박현우 박사 연구팀이 그래핀 에너지 준위를 조절할 수 있는 기초현상을 규명했다고 2일 밝혔다.

그래핀은 우수한 전기적 특성을 갖고 있어 전자·에너지 재료 분야에서 새로운 소재로 주목받고 있다.

활용도가 높을 것이라는 점에서 '꿈의 신소재'라고 부르기도 한다.

하지만 제로 밴드 갭(zero band-gap)이나 정공 같은 특이사항을 조절하기 어려워 실제 응용에는 한계를 보인다.

밴드 갭은 반도체 물질의 고유 물리량이다. 전류를 막는 '에너지 장벽'에 비유할 수 있다.

0에 가까우면 전류가 너무 쉽게 흘러 도체가 되고, 아주 크면 절연체가 된다.

그래핀 에너지 구조를 제어할 수 있는 기술은 이 때문에 학계에서도 주요 연구 분야다.

그래핀의 기초적인 에너지 구조를 이해하는 연구 역시 절실하다.

산화 그래핀 환원 정도를 조절해 상대적인 에너지 준위에 대한 변화를 환인할 수 있다. [한국연구재단 제공=연합뉴스]

산화 그래핀 환원 정도를 조절해 상대적인 에너지 준위에 대한 변화를 환인할 수 있다. [한국연구재단 제공=연합뉴스]

국민대 연구팀은 산화 그래핀 환원 정도를 조절하거나 산화 그래핀 격자 내에 붕소·질소 불순물을 치환하는 방식으로 다양한 에너지 준위를 가지는 소자를 만들었다.

나아가 환원 그래핀 에너지 준위를 조절할 수 있는 기초적인 현상을 밝혀냈다.

환원 산화 그래핀은 각각 다른 에너지를 가지고 있다.

이는 전자 재료나 에너지 재료에 응용할 수 있는 중요한 정보를 확인할 수 있다는 뜻이라고 연구팀은 설명했다.

연구팀은 특히 폐열을 이용해 전기에너지를 얻는 열전에너지 소자 개발에 도움을 줄 수 있을 것으로 전망했다.

이현정 교수는 "탄소 기반의 전자 또는 에너지 재료를 이용하기 위해 필요한 에너지 준위나 전기적 특성은 다르다"며 "이번 연구는 관련 분야에 실마리를 제공한다고 볼 수 있다"고 말했다.

그래핀을 통한 열전소자 개략도. 영국왕립화학회 'JMCA'에 실린 연구 성과 두 번째 논문 속표지 이미지다. [한국연구재단 제공=연합뉴스]

그래핀을 통한 열전소자 개략도. 영국왕립화학회 'JMCA'에 실린 연구 성과 두 번째 논문 속표지 이미지다. [한국연구재단 제공=연합뉴스]

연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업 지원으로 수행했다.

두 편의 관련 논문은 'ACS 서스테이너블 케미스트리 앤 엔지니어링'(ACS Sustainable Chemistry & Engineering) 6월 4일 자와 영국왕립화학회 'JMCA'(Journal of Materials Chemistry A) 지난달 28일 자에 각각 실렸다.

walden@yna.co.kr

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