포항가속기연구소의 김봉수 박사팀과 KAIST 화학과의 김세훈 교수팀이 그라핀(Graphene) 층의 두께에 따른 탄소결합에너지 차이를 밝히는 영상을 포항방사광가속기를 활용하여 얻는 데 성공했다. 이 연구성과는 세계적인 재료과학전문지인 어드벤스드 머티리얼즈 10월호(10월 2일자)에 게재됐다.

흑연(Graphite, 그라파이트)을 원료로 2004년 처음 만들어진 그라핀은 투명한 물질로 두께가 원자 한개 수준에 불과해, 우주에서 가장 얇은 물질 중 하나로 알려져 있다. 불활성인 우수전도체로 전기광학장치 응용에 널리 사용되며, 그라핀에 분자나 금속을 첨가하면 전기적 특성을 변화시킬 수 있어 실리콘을 대체할 수 있는 차세대 후보물질로 각광받고 있다.

연구팀은 흑연을 붙인 셀로판테이프를 300nm 두께의 산화규소 기판에 접촉시킨 후 떼어내는 방법으로 그라핀을 준비하고, 포항방사광가속기의 광전자분광현미경(SPEM) 빔라인에서 그라핀의 두께에 따른 화학적 영상을 얻는 데 성공했으며, 단층·세층·다층 구조에서 층간 탄소결합에너지 차이를 측정했다.
그라핀의 전기적인 특성은 두께에 따라 매우 다르게 나타나기 때문에 그라핀의 두께에 대한 정보를 알아내는 것은 매우 중요한데, 이번 연구는 결합에너지 차이를 이용하여 그라핀의 두께를 추측할 수 있는 방법을 제시했다는 점에서 큰 의의를 가진다.

또한 그라핀에 분자나 금속을 첨가할 때 발생하는 전자적·화학적 구조변화는 그라핀을 활용한 장치의 성능과 직결되기 때문에, 이러한 구조변화에 대한 정보를 알아냈다는 것은 후속연구에 중요한 영향을 미치게 될 것이다.

이 연구의 주저자인 포항가속기연구소 김기정 박사는 “향후 그라핀을 활용한 디스플레이 소자, 각종 반도체 소자, 가스 센서, 수소저장장치, 태양광 소자, 스핀 소자 등의 연구분야에 광범위하게 적용될 것으로 예상된다”고 말했다.