두둥! 그래핀 위에서 저절로 자라는 나노와이어 발견

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김관표 UNIST 교수팀, 그래핀 나노리본 제작…기존 학설 뒤집어

연구진이 발견한 나노와이어(막대모양)과 이를 이용해서 만든 그래핀 나노리본. - UNIST 제공

연구진이 발견한 나노와이어(막대모양)와 이를 이용해 만든 그래핀 나노리본. - UNIST 제공

국내 연구진이 그래핀 위에서 금속 나노와이어가 저절로 만들어지는 현상을 관찰하고 이를 이용해 세계 최초로 ‘그래핀 나노리본’을 만드는 데 성공했다.

그래핀은 탄소 원자 한 개 층으로 이루어진 얇은 막 형태의 나노물질이다. 특히 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고 강철보다 200배 이상 강해 ‘꿈의 신소재’라고도 불린다. 세계 각국 연구진은 그래핀을 이용해 휘어지는 투명 전극을 비롯해 다양한 재료를 개발 중이다.

김관표 UNIST 자연과학부 교수팀은 그래핀과 금 입자를 산성용액 안에 넣으면 그래핀의 원자구조 형태를 따라 지그재그 방향으로 시안화금 나노와이어가 생성된다는 사실을 발견했다고 24일 밝혔다.

이번 연구에 참여한 과학자들. 왼쪽부터 박정원 하버드대 박사, 이훈경 건국대 교수, 이원철 동경대 박사, 김관표 UNIST 교수, 정후영 UNIST 교수. - UNIST 제공

이번 연구에 참여한 과학자들. 왼쪽부터 차례대로 박정원 미 하버드대 박사, 이훈경 건국대 교수, 이원철 도쿄대 박사, 김관표 UNIST 교수, 정후영 UNIST 교수다. - UNIST 제공

이번 연구 결과는 기존 학설을 뒤집는 획기적인 발견이다. 지금까지는 그래핀의 표면 위에서 특정 무기물질이 스스로 정렬되거나 조립되지 않는다고 알려져 있었다. 무기물질 나노와이어는 이제 막 연구되기 시작한 신물질로 전기 화학적 특성이 뛰어난 경우가 많아 반도체와 생물 및 의학 분야 등에 활용할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.

그래핀 구조를 따라서 생긴 나노와이어(왼쪽)와 이를 확대한 모습. - UNIST 제공

특히 연구진은 그래핀 위에 생성된 나노와이어를 이용해서 세계 최초로 ‘그래핀 나노리본’을 만드는 데 성공했다. 그래핀 나노리본이란 평면 형태의 그래핀 표면을 폭이 10nm 정도인 좁은 띠 형태로 만든 것으로 그래핀 자체가 도체임에도 불구하고 반도체와 같은 특징을 나타내는 특징이 있다. 하지만 제작방법이 까다롭다는 단점이 있었다.

연구진은 금 나노와이어가 생성된 그래핀을 플라스마 가스와 반응시켜 그래핀 나노리본을 얻어내는 데 성공했다. 금 나노와이어가 플라스마로부터 그래핀을 보호하는 역할을 한 것이다.

김 교수는 “시안화금의 결정과 그래핀 결정 모양과 크기가 마치 레고 블록처럼 딱딱 맞아서 나노와이어가 만들어지는 것으로 추정된다”며 “다른 무기물을 이용해서 나노와이어를 만드는 연구도 진행할 계획”이라고 말했다.

동아사이언스

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