울산=뉴시스】조현철 기자 = UNIST(총장 조무제)는 23일 이종훈(기계신소재공학부) 교수와 김관표(美 UC 버클리대 물리학과 박사과정) 연구원 연구팀이 주도한 ‘다결정(多結晶) 그래핀의 결정입계 규명’ 관련 논문이 나노 분야의 대표저널인 ‘ACS NANO’지 22일자에 COVER 및 연구전망 논문(PERSPECTIVE)으로 발표, 상용화를 위한 그래핀 연구의 새장을 연 것으로 평가되고 있다고 밝혔다.

이 논문은 그래핀 구조가 단결정(單結晶)이라는 학계의 일반적 관념을 확대한 것. 즉 상용화단계에서 필요한 대면적(大面積) 합성과정을 거친 그래핀이 단결정(單結晶)이 아니라 합성된 물성에 결정적인 영향을 미칠 수 있는 결정입계가 존재하는 다결정(多結晶)체라는 사실을 밝혀냈다.

아울러 통상적 그래핀 구조인 육각형 배열에서 벗어나 오각형과 칠각형이 연속되는 원자배열을 갖게 된다는 사실을 개별 탄소 원자관찰을 통해 규명했다.

실제 그래핀의 반도체 소자 상용화를 위해선 결정입 크기를 제어하는 고품질 대면적 그래핀 합성기술과 그 구조규명이 필수과제다.

UNIST는 이번 연구와 관련, 첨단융합학문을 장려하고 연구능력을 향상시키기 위해 그래핀의 구조 및 결함 규명에 핵심적으로 사용될 저전압용 ‘원자분해능 수차보정 투과전자현미경’을 아시아에선 처음으로 도입할 예정이어서 그래핀의 기초연구부터 상용화하는데까지 기여할 전망이다.

이종훈 교수는 “논문은 화학 합성된 단원자층 그래핀을 전자현미경의 나노전자회절과 암영상 촬영법, 탄소 단원자 촬영 등을 이용해 결정입의 크기와 형태, 결정입계의 구조를 명확히 구별해낼 수 있는 방법을 고안했다”며 “다결정 그래핀의 존재를 명확히 보여줬다는 것에 의미가 있다”고 전했다.

ACS NANO지 연구전망의 저자인 야콥슨(미국 라이스대학) 교수는 “최신 전자현미경 분석기술을 포괄적으로 이용해 다결정 그래핀의 존재와 결정입계 구조를 명확하게 처음으로 보여준 논문”이라며 “논문의 분석결과는 이론적으로 예측했었던 결정입계 구조모델과 일치한다”고 평가했다.

그래핀(graphene)은 탄소원자가 육각형으로 결합해 벌집형태를 이루는 단원자 두께의 화합물을 말한다.

원자분해능 수차보정 투과전자현미경 (atomic resolution aberration-corrected transmission electron microscopy)은 전자현미경의 해상도를 제한하는 문제점이었던 렌즈 수차들을 전자기적으로 보정해 단원자를 관찰할 수 있는 정도의 분해능을 구현한 전자현미경이다.

나노전자회절은 전자빔 크기를 줄여 나노 영역의 결정에 조사할 때 회절되는 현상을 이용해 나노결정구조를 분석하는 기술이다.

암시야상 촬영법은 결정에서 나오는 전자 회절빔 하나만을 조리개로 선택해 결상하는 촬영법.

탄소 단원자 촬영법은 단원자층으로 이뤄진 그래핀상의 개별 탄소 원자들을 전자빔 위상 콘트라스트로 결상하는 촬영법이다

• [울산제일일보]UNIST 그래핀 상용화 약진
• [디지털타임스]대면적 그래핀 결정구조 규명
• [뉴시스]UNIST 이종훈 교수, 그래핀 상용화 새장 개척