단국대, 크랙 결함 없는 나노셀룰러 그래핀 개발

[이데일리 신하영 기자] 단국대 연구진이 꿈의 신소재로 불리는 그래핀의 크랙 결함을 없앤 나노셀룰러(나노 크기의 3차원 연속 연결) 구조의 그래핀 개발에 성공했다.

사진=단국대 제공

단국대는 주수현(사진) 신소재공학과 교수팀이 이러한 연구 성과를 거뒀다고 18일 밝혔다.

그래핀은 전기 전달이 우수하고 화학적으로 안정돼 배터리 음극재 등 다양한 응용 분야에서 주목받고 있다. 그래핀 제작에는 흑연의 산화·환원 특성을 활용한 화학적박리법과 화학기상증착 합성법(CVD) 등이 주로 사용된다. 그러나 기존에 개발된 나노구조의 그래핀들은 나노구조 사이의 연결성이 떨어지고 서로 간의 결합력이 약해 틈새(crack)가 발생하는 등의 단점이 있었다.

주 교수팀은 일본 도호쿠대 가토 히데미(Hidemi Kato) 교수팀과 공동으로 탈성분법(원소 간 결합 선호도 차이를 활용한 새로운 공정)과 망간·탄소를 증착해 얻은 비정질합금막을 활용, 크랙이 전혀 없는 나노셀룰러 구조의 그래핀을 만드는 데 성공했다.

연구팀이 제작한 나노셀룰러 구조 그래핀은 기존의 그래핀보다 전기전도도가 2배 이상 높고 인장강도도 10배 이상 높다. 플렉시블 나트륨 배터리의 음극재로 활용 시 7000번의 충·방전 후에도 충전용량이 유지되는 성능 향상을 이뤄냈다.

주수현 교수는 “새로운 공정을 통해 다양한 고기능성 재료들이 추가적으로 개발될 수 있을 것” 이라며 “배터리 음극재, 플렉시블 디스플레이, 웨어러블 기기 등에 훨씬 높은 성능을 제공할 것으로 기대된다”고 했다.

이번 연구는 한국연구재단의 이공분야 기초연구사업 우수신진연구 지원을 받아 수행했다. 연구 결과는 국제 저명 학술지(Advanced Materials)에 게재됐다.