꿈의 소재 그래핀을 에너지 재료에 응용할 수 있는 실마리가 마련됐다.

한국연구재단은 국민대 이현정 교수·박현우 박사 연구팀이 그래핀 에너지 준위를 조절할 수 있는 기초현상을 규명했다고 2일 밝혔다.

그래핀은 우수한 전기적 특성을 갖고 있어 전자·에너지 재료 분야에서 새로운 소재로 주목 받는다.

하지만 많은 장점에도 제로 밴드 갭(zero band-gap), 정공 같은 특이사항을 조절하기 어려워 실제 응용에는 한계를 보인다.

밴드 갭은 반도체 물질의 고유 물리량이다. 전류를 막는 '에너지 장벽'에 비유할 수 있다.

0에 가까우면 전류가 너무 쉽게 흘러 도체가 되고, 아주 크면 절연체가 된다.

그래핀 에너지 구조를 제어할 수 있는 기술은 학계에서도 주요 연구 분야다.

연구팀은 산화 그래핀 환원 정도를 조절하거나 산화 그래핀 격자 내에 붕소·질소 불순물을 치환하는 방식으로 다양한 에너지 준위를 가지는 소자를 만들었다.

이를 통해 환원 그래핀 에너지 준위를 조절할 수 있는 기초적인 현상을 규명했다.

환원 산화 그래핀은 각각 다른 에너지를 가지고 있어 전자 재료나 에너지 재료에 응용할 수 있는 기초적인 중요한 정보를 제공할 수 있다. 특히 폐열을 이용해 전기에너지를 얻는 열전에너지 소자 개발에 도움을 줄 수 있을 것으로 전망했다.

이현정 교수는 "탄소 기반의 전자 또는 에너지 재료를 이용하기 위해 필요한 에너지 준위나 전기적 특성은 다르다"며 "이번 연구가 관련 분야 연구에 단초를 제공할 수 있을 것"이라고 말했다.

연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업 지원으로 수행했다.

두 편의 관련 논문은 'ACS 서스테이너블 케미스트리 앤 엔지니어링'(ACS Sustainable Chemistry & Engineering) 6월 4일자와 영국왕립화학회 'JMCA'(Journal of Materials Chemistry A) 지난달 28일자에 각각 게재됐다.

조재근 기자 jack333@cctoday.co.kr
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