그래핀은 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하면서도 구부려도 전기전도성이 유지돼 실리콘 반도체를 대체할 차세대 전자소자는 물론 휘어지는 디스플레이, 입는 컴퓨터 등 다양한 분야에 활용될 수 있어 '꿈의 신소재'로 불립니다.
또 강철보다 200배 이상 강한 물성을 갖고 있어 기계 분야에도 응용가능성이 매우 높습니다.
그러나 마찰력과 접착력 등과 같은 기계적 성질이 미해결 과제로 남아있습니다.
■ KAIST EEWS대학원 박정영 교수가 나노과학기술대학원 김용현 교수와 공동으로 하나의 원자층으로 이루어진 그래핀을 불소화해 마찰력과 접착력을 제어하는 데 성공했습니다.
원자단위에서 그래핀에 대한 마찰력의 원리를 규명하고 제어하는 데 성공한 것은 이번이 세계 최초입니다.
이번 연구결과는 앞으로 나노 크기의 로봇 구동부 등 아주 미세한 부분의 윤활에 응용될 전망입니다.
연구팀은 그래핀을 플루오르화크세논(XeF₂) 가스에 넣고 열을 가해 하나의 원자층에 불소 결함을 갖고 있는 불소화된 개질 그래핀을 얻어냈습니다.
개질된 그래핀을 초고진공 원자력현미경에 넣고 마이크로 탐침을 사용해 시료의 표면을 스캔하는 방법으로 마찰력과 접착력 등의 역학적 특성을 측정했습니다.
불소화를 이용한 그래핀의 마찰력 제어를 보여줌
연구팀은 이번 실험 결과를 바탕으로 불소화된 그래핀은 기존보다 6배의 마찰력과 0.7배의 접착력을 나타내는 것을 밝혀냈습니다.
이와 함께 전기적인 측정을 통해 불소화를 확인하고 마찰력과 접착력의 원리를 분석해내 그래핀의 마찰력 변화에 대한 이론을 정립했습니다.
이번 연구결과는 나노과학분야 권위 있는 학술지 '나노레터스(Nano Letters)' 6월 21일자 온라인판에 게재됐습니다.
용 어 설 명
그래핀 (graphene)
그래핀은 흑연의 탄소 원자 배열과 같은 모양(6각형의 벌집모양)을 가지면서 원자 하나 정도의 두께를 가진 2차원 탄소나노 구조체이다.
보통 흑연의 표면층을 가장 얇게 한 겹을 떼어낸 것이라 생각하면 이해가 쉽다.
그래핀은 실리콘이나 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고, 강도도 강철보다 200배 이상 강하며 최고의 열전도성을 자랑하는 다이아몬드보다 2배 이상 열 전도성이 높다. 게다가 신축성이 뛰어나 늘리거나 구부려도 전기전도성이 유지된다.
그래핀의 이러한 특성으로 인해 많은 사람들이 그래핀을 전자소자와 휘어지는 디스플레이, 입는 컴퓨터에 적용하기 위해 연구를 진행 중에 있고, 산업적으로도 다양하게 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있다.
원자힘 현미경 (Atomic Force Microscope)
극히 높은 배율의 현미경으로 마이크로 탐침을 사용하여 시료 표면을 스캔한다. 탐침 끝의 원자와 시료 표면의 원자들 사이에 작용하는 반발력을 이용하여 나노미터 이하의 표면을 스캔하여 촬영하거나 마찰력, 접착력 등의 역학적 특성을 측정할 수 있다.
| <박정영 교수>
 ○ 주소: 대전시 유성구 대학로 291 (구성동 373-1) 한국과학기술원 (KAIST) EEWS 대학원 ○ Homepage: http://scale.kaist.ac.kr 2. 학력 |
| <김용현 교수>
 ○ 주소: 대전시 유성구 대학로 291 (구성동 373-1) 한국과학기술원 (KAIST) 나노과학기술대학원 ○ Homepage: http://qnmsg.kaist.ac.kr
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