KAIST 연구진이 차세대 꿈의 신소재로 불리는 그래핀의 기계적 특성을 밝히는 데 성공했다. KAIST는 박정영(EEWS 대학원)·김용현(나노과학기술대학원) 교수는 공동으로 하나의 원자층으로 이뤄진 그래핀을 불소화해 마찰력과 접착력을 제어하는 데 성공했다고 2일 밝혔다.
이번 연구는 교육과학기술부와 한국연구재단의 세계 수준의 연구중심대학(WCU) 육성사업과 중견 연구자 지원사업의 지원을 받아 이뤄졌다. 세계적으로 원자 단위에서 그래핀 마찰력 원리를 밝히고 제어하기는 이번이 처음이다.
그래핀은 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하면서도 구부려도 전기 전도성이 유지돼 실리콘반도체를 대체할 차세대 전자소자로 꼽혀왔다. 강철보다 200배 이상 강한 물성으로 기계 분야에도 응용 가능성이 매우 높았지만, 그간 마찰력과 접착력 등과 같은 일부 기계적 성질 규명은 미해결 과제로 남아있었다.
박 교수팀은 그래핀을 플루오르화크세논(XeF₂) 가스에 넣고 열을 가해 하나의 원자층에 불소 결함을 갖고 있는 불소화된 개질 그래핀을 얻어낸 후 초고진공 원자력 현미경에 넣고 마이크로 탐침을 사용해 마찰력과 접착력 등 역학적 특성을 측정했다. 실험 결과를 바탕으로 연구진은 불소화된 그래핀이 기존에 비해 마찰력과 접착력이 각각 6배, 0.7배 높아진 사실을 밝혀냈다. 또 전기적인 측정을 통해 불소화를 확인하고, 마찰력과 접착력의 원리를 분석해 그래핀의 마찰력 변화에 대한 이론을 정립했다. 박정영 교수는 “이번 연구를 통해 그래핀이 나노 크기의 로봇 구동부 등 아주 미세한 부분의 윤활에 활용될 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
연구 성과는 지난달 21일자 나노과학 학술지 `나노레터스` 온라인판에 게재됐다.
대전=신선미기자 smshin@etnews.com