한국생산기술연구원이 5일 펄스 레이저를 이용한 물리적 방식으로 탄소나노튜브에서 그래핀 양자점을 제작할 수 있는 메커니즘을 세계 최초로 규명하는 데 성공했다고 밝혔다.
2004년 영국에서 발견된 그래핀(Graphene)은 열·전기 전도도 및 투명도가 매우 뛰어나 차세대 소재산업을 이끌 ‘꿈의 물질’로 불린다.
일반적 그래핀 양자점 제작엔흑연 덩어리를 강한 산이나 염기 등으로 잘게 조작내 벗기는 화학 공정이 주로 활용되지만 과정이 복잡하고 인체에 유해하며, 최종 제작품의 특성과 결정성이 우수하지 못한 단점이 있다.
생기원 기능성소재부품연구그룹 김강민 박사 연구팀은 펄스 레이저로 탄소 구조체를 파괴해 그래핀 양자점을 제작하는 물리적 공정에 주목했다.
해당 방식은 공정 자체가 간단하고 2차 화학잔여물이 생성되지 않아 친환경적이다. 다만 펄스 레이저와 재료 간 반응속도가 빠르고 온도 상승이 순식간에 이뤄져 그동안 메커니즘 규명이 어려워 실용화에 한계가 있었다.
이에 연구팀은 펄스레이저 에너지에 대한 실험 분석과 분자동역학 컴퓨터 시뮬레이션을 이용해 근본적 원리 규명에 착수했고, 그 결과 탄소나노튜브가 펄스 레이저 에너지 상승에 따라 순차적으로 분해돼 그래핀 양자점으로 제작되는 전주기적 과정을 면밀하게 관측·분석해냈다.
김강민 박사는 “이번 성과는 향후 저비용 고효율 수소촉매, 에너지 하베스팅(Energy harvesting), 초정밀 바이오 센서 등의 신산업 분야에 파급효과를 미칠 것으로 기대된다”며 “현재 관련 특허를 출원한 상태이며, 재료 특성을 계속 향상시켜 상용화 기술로 발전시킬 계획”이라고 밝혔다.
