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그래핀처럼 테이프 붙였다 떼 냈더니…

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2015년 06월 16일 18:00 프린트하기

국내 연구진이 운모를 이용해 두께에 따라 전기전도성이 달라지는 신개념 2차원 나노소재를 개발했다.

 

김현우 한양대 신소재공학과 교수(사진)팀은 김상섭 인하대 교수 등 국제 공동연구진과 운모에 테이프를 붙였다 떼는 방식으로 두께를 조절해 반도체의 성질을 갖는 소재를 개발하는 데 성공했다고 16일 밝혔다.

 

전기공사 시 많이 활용되는 운모는 층상 구조를 이루고 있다. 전기가 전혀 통하지 않는 절연체이면서 매장량이 많아 가격이 저렴한 것도 장점이다.

 

연구진은 테이프를 이용해 운모를 단 몇 층만 분리해내면 반도체의 성질을 보인다는 사실을 알아냈다. 전기의 흐름을 결정하는 에너지 차이인 ‘밴드 갭(band gap)’이 달라지기 때문이다.

 

운모 나노소재의 제작과정. 층상구조의 운모에 테이프를 붙였다 떼어내는 방식으로 간단히 반도체의 성질을 가지는 신개념 나노소재를 제작할 수 있다. - 한양대 제공
운모 나노소재의 제작 과정. 층상구조의 운모에 테이프를 붙였다 떼어내는 간단한 과정으로 반도체 성질을 갖는 신개념 나노소재를 제작할 수 있다. - 한양대 제공

연구진은 운모의 층을 달리하며 전기적 특성을 확인한 결과, 두께가 얇아지면 밴드 갭이 줄어 전기가 잘 흐르고, 두께가 두꺼우면 밴드 갭이 커져 본래의 절연 성질을 보인다는 점을 알아냈다.

 

단일 층으로 만들어도 반도체의 성질을 유지했다. 이 결과는 두께가 얇아질수록 밴드 갭이 증가한다는 통상적인 ‘양자크기효과’가 운모에는 적용되지 않는 것이어서 더 주목받고 있다.

 

‘꿈의 신소재’로 불리는 그래핀의 경우 금속에 가까운 성질을 갖고 있어 도핑 등 조작을 거쳐야 반도체로 활용이 가능하다. 하지만 이 소재는 층 수만 바꾸고 약간의 화학적 처리만 거치면 반도체가 돼 제작 방법이 더 간단하다.

 

연구진은 이 소자가 태양광 발전용으로도 적합할 것으로 전망한다. 태양광 발전은 여러 파장의 빛을 흡수하기 위해 여러 가지 밴드 갭을 가진 재료를 섞어서 만드는 만큼 운모를 사용할 경우 층 수만 달리하면 쉽게 만들 수 있기 때문이다.

 

김 교수는 “운모는 어디서나 쉽게 구할 수 있다는 것이 장점”이라며 “양자크기효과가 왜 운모에는 적용되지 않는지, 실제 전자소자를 만들었을 때 어느 정도의 성능을 보이는 지에 대해서는 추가 연구가 필요하다”고 말했다.

 

연구 성과는 학술지 ‘케미스트리 오브 머터리얼즈’ 10일자 온라인판에 게재됐다. 

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