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이런 게 ‘일석이조 다이오드’

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이런 게 ‘일석이조 다이오드’

2014.07.16 18:00
연구진이 개발한 다이오드는 전압이 1~4V일 때(왼쪽 아래)는 산소 이온이 장벽처럼 저항 역할을 해 전류가 일정하게 유지되지만, 4V를 넘어가면(오른쪽 아래) 전자가 벽을 뚫고 지나가 물을 분해해 수소를 만든다. - 아주대 제공
연구진이 개발한 다이오드는 전압이 1~4V일 때(왼쪽 아래)는 산소 이온이 장벽처럼 저항 역할을 해 전류가 일정하게 유지되지만, 4V를 넘어가면(오른쪽 아래) 전자가 벽을 뚫고 지나가 물을 분해해 수소를 만든다. - 아주대 제공

 


 

  국내 연구진이 전류를 제어하는 스위치 역할과 동시에 수소도 만들 수 있는 ‘일석이조’ 다이오드를 개발했다.

 

  서형탁 아주대 에너지시스템과·신소재공학과 교수팀과 전기준 인하대 환경공학과 교수팀은 공동으로 원하는 대로 저항을 조절하고 수소도 발생시키는 ‘그래핀 촉매 다이오드’를 개발했다고 16일 밝혔다.

 

  다이오드는 전류를 한 방향으로만 흐르게 하면서 전압이 커지면 전류도 커지게 만드는 반도체 소자다. 연구진은 기존 실리콘 반도체에 환원그래핀산화물(RGO)을 접합시킨 형태의 다이오드를 새롭게 개발했다. RGO는 여러 겹의 탄소 원자층에 산소가 일부 결합된 구조로 두께가 3~5nm(나노미터, 1nm는 10억분의 1m)에 불과한 물질이다.

 

  연구진이 이번에 개발한 다이오드에 전압을 걸었더니 1~4V의 전압에서는 전류가 일정하게 유지되는 현상이 나타났다. 이유를 분석한 결과 RGO의 산소가 실리콘반도체와 반대방향으로 이동하면서 전류의 흐름을 방해하는 ‘저항’ 역할을 한다는 사실을 밝혀냈다. 때문에 전압이 1V를 넘어서면 저항도 같이 커져 전류가 일정하게 유지된다는 것이다.

 

  그런데 전압이 커진다고 해서 저항이 계속 커지진 않았다. 전압이 4V를 넘어서면 에너지가 큰 전자들이 RGO의 산소 장벽을 그대로 뚫고 나가 RGO 표면에 있는 물을 수소로 전기분해하는 것으로 나타났다.

 

  서 교수는 “다이오드 하나로 원하는 대로 저항을 조절해 전류를 제어하는 ‘스위치’ 역할을 할 수 있다는 점에서 새로운 소자나 센서 분야에 적용할 수 있고, 적은 에너지로 수소를 만들 수 있다는 점에서는 새로운 에너지원 개발에 도움을 줄 수 있을 것”이라고 설명했다.

 

  이 연구결과는 ‘네이처’ 자매지 ‘사이언티픽 리포트’ 10일 온라인판에 실렸다.

 

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