UNIST연구진 고품질 흑연 개발... 스마트폰 성능 향상 기대

로드니 루오프 특훈교수팀 
결정 그래핀 열처리 공정 통해
결정 나란한 흑연 제조 기술 개발

【울산=최수상 기자】 스마트폰 제작에 쓰이는 ‘고품질 흑연’이 UNIST 연구진에 의해 새로 개발했다. 배터리 전극이나 스마트폰의 방열판에는 ‘흑연’이 쓰이는 데 흑연 품질이 높아지면 제품 성능도 좋아진다.

울산과학기술원(UNIST)은 6일 로드니 루오프(Rodney S. Ruoff) UNIST 자연과학부 특훈교수(IBS 다차원 탄소재료 연구단장)가 이끄는 연구팀이 단결정 그래핀(Graphene)을 사용한 열처리 공정으로 흑연 결정이 나란하게 정렬된 ‘고품질 흑연’을 제조하는 기술을 개발했다고 밝혔다.

UNIST에 따르면 흑연을 포함한 대부분의 재료는 다결정 구조를 가진다. 재료를 이루는 결정 속 원자 배열이 다양하다는 뜻이다.

각각 다른 원자 배열을 가진 작은 결정들이 연결돼 하나의 물질을 이룬다고 생각하면 쉽다. 이런 다결정 재료는 결정들이 만나는 경계면에 결함이 존재한다. 따라서 물질 고유의 특성도 저하된다.

자연에서 발견되는 흑연은 물론 인공적으로 합성한 인조 흑연도 다결정 구조다. 아직까지 대면적 단결정 흑연을 만드는 기술은 개발되지 못했다. 현재 기술 수준은, 단결정에 가까운 ‘고배향성 열분해 흑연(Highly Oriented Pyoytic Graphite, HOPG)’가 연구 목적으로 중요하게 사용되는 수준이다. 하지만 HOPG도 고온.고압 조건에서 제조되기 때문에 제조비가 비쌌다.

현재 대면적 단결정 흑연 합성은 굉장히 도전적인 과제다. 이번 연구는 이를 위한 선행기술로서의 의미도 가진다.

고품질 흑연 제작법을 개발한 연구진의 모습_왼쪽부터 빈 왕 박사, 로드니 루오프 교수, 벤자민 커닝 박사 /사진=UNIST

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 재료 분야에서 권위 있는 국제 학술지인 머티리얼즈 호라이즌스(Materials Horizons) 게재됐다.

연구 수행은 기초과학연구원(IBS)의 지원으로 이뤄졌다.

[e-mail] 최수상 기자