그래핀 10만 겹 쌓아 흑연 합성..차세대 배터리·휴대폰에 쓴다

펑 딩 UNIST 교수팀, 중국 북경대 교수팀과 흑연 합성

[이데일리 강민구 기자] 그래핀을 10만 겹 이상 쌓아 만든 가장 완벽한 흑연이 나왔다. 일반 흑연보다 열·전기 전도성이 우수하고, 얇고 유연해 붙이거나 접는 배터리와 휴대전화에 쓰일 전망이다.

펑 딩 울산과학기술원 신소재공학과 특훈교수가 탄소 모형을 손에 들고 있다.(사진=울산과학기술원)

울산과학기술원(UNIST)은 펑 딩(Feng Ding) 신소재공학과 교수 연구팀이 중국 북경대 연구팀과 함께 단결정 흑연을 합성했다고 30일 밝혔다.

흑연은 판상형 물질인 그래핀이 쌓여 있는 형태다. 그래핀 층들을 서로 고정하는 힘은 스카치테이프로 떼어낼 수 있는 수준으로 약하다.

이러한 특성 때문에 그래핀을 쌓는 방식으로는 고품질 흑연을 합성하기 어렵다. 층 사이가 잘 고정되지 않아 그래핀들이 쉽게 다결정 형태로 으스러지기 때문이다.

연구팀은 천연흑연이나 기존 인조 흑연과 달리 완벽한 단결정 형태의 흑연 필름을 합성했다. 합성 과정에서 기체가 아닌 고체 상태 탄소원료를 활용하는 새로운 합성법을 이용했다. 원료가 기판 뒤에서 공급되는 방식으로 기판으로는 특수 니켈 필름을 썼다.

그래핀이 조밀할수록 강도 등이 뛰어난데 내부 불순물도 0에 가깝고, 그래핀 층간 간격도 기존 흑연보다 조밀하게 나타났다. 두께는 35마이크로미터 정도로, 그래핀을 10만 층 쌓아 올린 두께다.

펑 딩 교수는 “인조 흑연 합성 기술이 나온 지 100년이 지났지만 이 정도로 완벽한 수준의 흑연 필름이 유의미한 크기로 합성된 적이 없었다”며 “이번에 합성한 흑연은 차세대 전자기기의 재료로 쓸 수 있다”고 말했다.

연구 결과는 나노기술 분야 국제 학술지 ‘네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)’에 지난 27일자로 게재됐다.

강민구 (science1@edaily.co.kr)