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그래핀 대체할 2차원 고분자 나온다

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그래핀 대체할 2차원 고분자 나온다

2016.06.14 18:00
UNIST 제공
UNIST 제공
국내 연구진이 ‘꿈의 신소재’로 불리던 그래핀을 대체할 새로운 2차원 물질을 개발했다.

 

백종범 울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부 교수(사진)팀은 2차원 고분자물질로 선형 대비 전기가 100억 배 잘 흐르는 소재를 만드는 데 성공했다고 14일 밝혔다.

 

전기가 흐르는 전도성 고분자는 전자기기 소재 등에 다양하게 활용할 수 있다. 하지만 현재까지 개발된 2차원 전도성 고분자는 그래핀이 유일하다. 이마저도 가격이 비싸고 대면적으로 만들기 어렵다는 단점 때문에 대체제가 필요한 상황이었다.

 

그래핀(a)과 연구진이 개발한 2D PANI(b)의 구조. 둘다 벌집 모양이지만 탄소(회색 구)로만 이뤄진 그래핀과 달리 2D PANI는 탄소와 질소(파란색 구)가 일정하게 배열된 상태다. - UNIST 제공
그래핀(a)과 연구진이 개발한 2D PANI(b)의 구조. 둘다 벌집 모양이지만 탄소(회색 구)로만 이뤄진 그래핀과 달리 2D PANI는 탄소와 질소(파란색 구)가 일정하게 배열된 상태다. - UNIST 제공

연구진은 그래핀과 유사한 벌집 모양의 구조이면서도 가공이 쉬운 ‘폴리아닐린’에 주목했다. 실제로 열분해를 통해 탄소 3개당 질소 1개가 규칙적으로 배열된 구조의 2차원(2D) 전기전도성 고분자 ‘2D PANI’를 합성하는 데도 성공했다.

 

폴리아닐린은 안정성이 높고 가공이 쉽다는 장점 때문에 부각됐지만 금속보다 전도성이 낮아 활용도가 높지 않았다. 또 소재로 활용하기 위해서는 ‘2차원’ 평면 상태로 만들어야 하는데 지금까지는 ‘선’ 형태로만 존재했다.

 

연구진이 개발한 ‘2D PANI’는 선 형태의 폴리아닐린보다 전기전도성이 100억 배 큰 것으로 나타났다. 전자소재로 활용하기 위해 염화수소(HCI)로 도핑하는 공정을 거친 뒤에도 전도성이 1960배나 뛰어났다.

 

백 교수는 “2D PANI는 실험실에서 화학반응으로 쉽게 합성할 수 있어 다양한 분야에 응용될 것”이라며 “5년 내 상용화돼 그래핀의 자리를 위협할 수 있을 것으로 보인다”고 말했다.

 

연구결과는 ‘미국국립과학원회보(PNAS)’ 15일자에 실렸다.

 

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