[천지일보=김빛이나 기자] 울산과학기술원(UNIST) 연구진이 배터리 전극이나 스마트폰 등의 방열판에 사용되는 ‘고품질 흑연’을 만드는 방법을 개발했다.
로드니 루오프 자연과학부 특훈교수가 이끄는 연구팀은 단결정 그래핀(Graphene)을 사용한 열처리 공정으로 흑연 결정이 나란하게 정렬된 고품질 흑연을 제조하는 기술을 개발했다고 6일 밝혔다.
흑연을 포함한 대부분 재료는 다결정 구조를 가진다. 재료를 이루는 결정 속 원자 배열이 다양하다는 것이다. 이런 다결정 재료는 결정들이 만나는 경계면에 결함이 존재한다. 따라서 물질 고유의 특성도 저하된다.
자연에서 발견되는 흑연은 물론 인공적으로 합성한 인조 흑연도 다결정 구조로 아직까지 대면적 단결정 흑연을 만드는 기술은 개발하지 못했다. 현재 기술 수준은 단결정에 가까운 ‘고배향성 열분해 흑연’이 연구 목적으로 사용되는 수준이지만 HOPG도 고온·고압 조건에서 제조되기 때문에 제조비가 비싸다.
이번 연구에서는 화학기상증착법(CVD: Chemical Vapor Depositon)으로 성장시킨 단결정 그래핀을 흑연 재료가 될 탄소 기반 물질 내부에 위치시켜 높은 온도로 열처리해 탄화와 흑연화를 촉진했다. 뜨거운 열 때문에 다른 물질은 사라지고 탄소만 남아 흑연으로 변해 단결정 그래핀에 가까운 영역에서부터 고배향성 흑연을 가진 고품질 흑연이 형성됐다.
루오프 교수는 “흑연의 수많은 응용 분야와 수요를 감안했을 때, 품질이 좋은 대면적 단결정 흑연 필름은 중요한 기술”이라며 “지금까지 작은 조각(Flake) 형태로 제조됐던 흑연을 대면적 필름 형태로, 더 나아가 단결정으로 합성하게 되면 산업에도 기여할 것”이라고 전망했다.
이번 연구결과는 머티리얼즈 호라이즌스(Materials Horizons) 지난 1월 24일자에 게재됐다. 연구 수행은 기초과학연구원(IBS)의 지원으로 이뤄졌다.