사람에게는 ‘독’이 되는 스트레스가 신소재의 합성에는 ‘약’이 될 수 있다는 연구결과가 나왔다. 기초과학연구원(IBS) 다차원 탄소재료 연구단 로드니 루오프 단장 연구팀은 스트레스가 그래핀에 기능기를 추가하는 반응을 촉진시킨다는 연구결과를 발표했다.

그래핀은 흑연의 한 층에서 떼어낸 2차원 탄소물질로 전기·화학적 특성이 우수해 차세대 반도체 소재로 각광받는다. 그래핀에 각종 기능기를 추가하면 물성을 바꿔 다재다능한 소재로 만들 수 있다.

▲ 구리(111) 기판(a) 위에서 그래핀의 기능화 반응이 가장 활발하게 일어나는 것을 확인할 수 있다.

연구진은 그래핀 합성에 사용되는 구리 기판의 결정구조가 기능화반응 속도에 영향을 준다는 사실을 밝혀냈다. 이번 연구에서는 결정 구조가 다른 세 종류(구리(001), 구리(110), 구리(111))의 구리 기판 위에서 그래핀 기능화반응을 진행했다. 그 결과 구리(111)를 기판으로 사용했을 때 기능화 반응이 가장 빠르고 균일하게 진행됨을 확인했다.

연구진은 구리(111) 위에서 성장할 때 그래핀이 가장 스트레스를 많이 받기 때문이라고 설명했다. 그래핀이 스트레스를 받으면 압축 변형이 더 잘 일어나는데, 변형률이 높을수록 반응에 필요한 에너지가 줄어들어 반응이 더 쉽게 일어나기 때문이다.

루오프 단장은 “이 같은 원리를 이용하면 그래핀의 물성을 변화시키는 반응을 조절해 다양한 기능을 갖춘 그래핀을 더 편리하게 제조할 수 있을 것”이라고 말했다. 이번 연구결과는 재료화학분야 국제 학술지인 ‘케미스트리 오브 머터리얼스(Chemistry of Materials)’ 10월 17일자 온라인 판에 실렸다.

IBS 커뮤니케이션팀
권예슬