▲ ▲그래핀과 탄소니노튜브로 이루어진 3차원 구조체. ▲그래핀과 탄소니노튜브로 이루어진 3차원 구조체

꿈의 신소재라 불리는 ‘그래핀’과 ‘탄소나노튜브’를 3차원 형태로 조립하는 원천기술이 국내 연구진에 의해 개발돼 화제다.

분자조립 나노기술의 세계적 연구그룹인 KAIST(총장 서남표) 신소재공학과 김상욱 교수 연구팀은 이와 같은 기술 개발에 성공했다고 26일 밝혔다.

그래핀과 탄소나노튜브는 탄소원자가 2차원적 평면상에 벌집 모양으로 결합된 화학구조로 돼있다.

또 열전도성은 다이아몬드보다 2배 이상 높고, 기계적 강도는 강철보다 200배 이상 강하다.

특히 전도성을 유지한 상태로 잘 구부러지는(Flexibility) 특성이 있다.

투명하면서도 전기가 잘 통하는 등 기존 소재들이 갖지 못한 우수한 성질이 있지만, 자연 상태에서는 뭉쳐있거나 층층의 흑연을 이루고 있어 개별적으로 분리해내기 어려운 문제점이 있었다.

연구팀은 그동안 축적해 온 분자조립 나노기술을 이용해 이번에 그래핀과 탄소나노튜브를 입자 단위로 분리한 후, 새롭게 3차원 형태로 조립하는 데 성공한 것이다.

또 이 과정에서 천연 흑연에서 단일 층의 그래핀 유도체를 매우 높은 순도로 얻어내는 성과도 냈다.

▲ ▲그래핀과 탄소나노튜브의 맞춤형 조립에 관한 모식도. ▲그래핀과 탄소나노튜브의 맞춤형 조립에 관한 모식도

김상욱 교수는 이번 연구내용을 4월말 미국 샌프란시스코에서 개최되는 국제재료학회(Materials Research Society)에서 강연 할 예정이다.

김상욱 교수는 “이번 연구로 그래핀계 탄소소재가 가진 넓은 표면적, 우수한 전기전도성, 기계적 유연성 등의 우수한 물성을 차세대 이차전지·태양전지·디스플레이 등에 이용하기 위해 필요한 중요한 기술적 진보를 이뤘다”며 “이번 논문 게재로 연구팀이 탄소소재 연구에서 세계적 선도그룹으로 인정받고 있음을 다시 한 번 확인했다”고 말했다.

한편, 이번 연구결과는 신소재분야 세계적 학술지인 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)’ 4월22일자에 특집기획 초청논문(Invited Feature Article)으로 발표됐다.

논문이 소개된 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈’의 특집 초청논문은 세계적인 연구그룹의 최신 연구동향을 엄격한 심사를 통해 선별, 초청하는 기획논문이다.