세상에서 가장 얇으면서 단단한 물질로 꿈의 신소재라 불리는 그래핀의 응용범위를 확대할 수 있는 기술이 개발돼 주목된다.

기초과학연구원(IBS, 원장 김두철) 다차원탄소재료 연구단(단장 Rodney S. Ruoff)이 단일층·이중층 그래핀의 물성을 효과적으로 바꿀 수 있는 방법을 개발해 향후 그래핀의 응용범위 확대가 기대된다고 밝혔다.

이 방법은 그래핀 외에도 2차원 물질을 다양한 기능성 분자로 물성전환하는 데 사용될 수 있어 새로운 특성을 갖는 2차원 물질을 개발할 수 있는 가능성을 제시했다.

특히 이번 연구에서는 단일층 그래핀 뿐만 아니라 기존에는 어려웠던 이중층 그래핀의 반응에 성공하여 박막 소재의 화학적 반응 경로를 규명하고 물성 개선 방법 등을 제시하였다는 점에서 의의가 크다는기 기초과학연측의 설명이다.

그래핀1은 두께가 약 0.2 나노미터(nm, 1nm=10억 분의 1미터)로 인공적으로 만든 물질 중 가장 얇다고 알려져 있다. 그럼에도 기계적 강도가 강철의 200배에 달해 여간해선 부러지지 않고 잘 휘어진다. 구리보다 10배 더 전기가 잘 통하고 실리콘보다 전자 이동 속도가 100배 빠르다. 그래서 꿈의 나노물질로 주목받고 있는 차세대 2차원 물질이다.

연구진은 환원성을 띄는 알칼리 금속 용액을 활용하여 그래핀을 전자가 풍부한 환원상태로 만들어 상온에서도 유기할로겐 분자와 쉽게 반응이 일어날 수 있도록 하였다.

또한 여태껏 분명하지 않았던 이중층 그래핀의 반응 기작을 규명하기 위하여 그래핀의 위, 아래층을 각각 다른 탄소 동위원소로 표지하여 위층과 아래층 그래핀이 모두 반응에 참여하였음을 밝혀냈다.

추가적인 시뮬레이션 결과, 이중층 그래핀이 단일층 그래핀보다 반응성이 떨어지기는 하지만, 생성물이 반응물보다 에너지가 낮아 적절한 반응환경에서 반응이 일어날 수 있다는 것을 증명했다.

이번 연구결과는 과학저널 미화학학회지(Journal of the American Chemical Society , IF 13.038) 온라인판에 3월 13일 게재됐다.