꿈의 물질 그래핀 ‘전자레인지’에 돌리면 땡?

↑ 매니시 초왈라 교수(왼쪽)와 양지은 박사 <사진=UNIST>

한국인 여성 과학자가 소속된 연구팀이 전자레인지를 이용해 고품질 그래핀을 손쉽게 대량생산할 수 있는 방법을 개발했다.
그래핀은 ‘대면적 그래핀’과 ‘그래핀 플레이크’로 구분된다. 대면적 그래핀은 스마트폰 터치패널 등에 사용되는 투명전극에 적합하다. 그래핀 플레이크는 가루나 용액이 대량으로 필요한 전도성 잉크, 촉매 등에 사용된다.
대면적 그래핀은 화학증기증착법으로 합성하고 그래핀 플레이크는 흑연을 산화시켜 산화그래핀을 만든 뒤 이를 환원하는 방법을 이용한다. 그래핀을 대량생산하려면 산화과정이 필요했다.
산화그래핀은 그래핀에 산소 기능기가 붙어있는 형태다. 산화과정에서 생긴 산소 기능기를 제거하는 환원과정을 거쳐야 전기가 통하는 그래핀을 만들 수 있다. 문제는 산화그래핀에 손상을 주지 않으면서 산소 기능기를 쉽게 제거하기가 어려웠다는 점이다. 그래핀에 결함이 생기면서 전기적 특성이 떨어질 수 있었다.
UNIST 출신 양지은 박사, 美 럿거스대 공과대학 매니시 초왈라 교수, UNIST 자연과학부 신현석 교수, UNIST 연구지원본부 정후영 교수 등 연구팀은 고품질 그래핀 플레이크를 만들기 위한 연구를 진행했고 마이크로파를 사용한 손쉬운 방법을 제시했다.
연구팀은 산화그래핀을 300도에서 부분적으로 환원시킨다음 전자레인지에 넣고 1~2초간 넣고 돌렸다. 부분적으로 환원된 산화그래핀은 전자레인지에서 나오는 마이크로파를 효과적으로 흡수했다. 덕분에 짧은 시간에 산소 기능기를 없애면서 동시에 그래핀 평면의 결함도 잡을 수 있었다.
연구팀이 확인한 결과 전자레인지에 넣고 돌린 산화그래핀의 산소함량은 4%에 불과했다. 기존 방식으로 환원한 그래핀의 산소함량(15~25%)보다 훨씬 낮았다. 결함도 매우 적어 높은 전하이동도를 보였다.
연구에 저자로 참여한 신현석 UNIST 교수는 “경제적으로 대량의 고품질 그래핀을 제조할 원천기술을 확보한만큼 그래핀 플레이크의 적용분야가 늘어날 것으로 기대된다”고 말했다.
[이영욱 기자]