"탄소 역사 새로 쓴다"...가볍고 강한 흑연(AA) 구조체 개발

KIST 이재갑 박사팀 개발..."탄소연금술의 초석"

국내 연구진이 강철같이 강하고 종이처럼 가벼운 탄소소재를 만들 수 있는 새로운 흑연 구조체를 개발했다.

한국과학기술연구원(원장 이병권·KIST) 광전소재연구단 이재갑 박사팀은 기초과학지원연구원 김진규 박사팀, 표준과학연구원 김용일 박사팀, 영국 필립 존 교수팀 등과의 공동연구로 새로운 물성을 가지는 흑연 구조체인 ‘AA’(에이에이 프라임) 흑연을 개발했다고 28일 밝혔다.

공동 연구팀은 나노크기의 그래핀 분말을 원료로, 이를 적정 조건에서 열처리 또는 플라즈마 처리시켜 그래핀 나노분말이 AA 흑연으로 재결정화 된다는 사실을 x-레이 분석, 고해상투과전자현미경(HRTEM) 등으로 규명했다. 흑연은 AB 적층구조인 AB 흑연이 유일한 결정 구조로 알려졌지만, 열처리와 플라즈마 처리로 전혀 새로운 특성을 갖는 탄소소재를 개발한 것이다.

AA 흑연의 고해상도 투과전자현미경 사진

AA 흑연은 기존에 알려진 AB 흑연보다는 조금 불안정하지만, 흑연 나노 끈이 단결정이어서 강하고 유연해 이를 기초소재로 활용하면, 강철같이 강하고 종이처럼 가벼운 고탄성 탄소구조체를 설계, 제조할 수 있다. 특히, AA 흑연은, 도체인 AB 흑연과 달리, 반도체 특성을 가져 새로운 광전자 소자로 널리 응용될 것으로 기대된다.

KIST 이재갑 박사는 “모방이 익숙한 기초연구분야에서 창조라고 말할 수 있는 의미있는 결과”라면서 “새로운 물성을 갖는 흑연 구조체를 제조할 수 있는 탄소연금술의 초석을 마련했다”고 강조했다.

이번 연구는 미래창조과학부 지원으로 KIST 기관고유사업으로 수행되었으며, 연구결과는 세계적 우수 과학저널인 ‘Scientific Reports’ 온라인에 21일 게재됐다.