꿈의소재 '그래핀' 기계적 특성 KAIST 연구진 세계 최초 규명

마찰력 제어기술 개발

▲ 김용현 교수

▲ 박정영 교수

KAIST 연구진이 차세대 '꿈의 신소재'로 불리는 그래핀의 기계적 특성을 밝히고 제어하는데 성공했다.

KAIST EEWS대학원 박정영 교수가 나노과학기술대학원 김용현교수와 공동으로 하나의 원자 층으로 이루어진 그래핀을 불소화해 마찰력과 접착력을 제어하는데 성공했다고 2일 밝혔다.

원자단위에서 그래핀에 대한 마찰력의 원리를 규명하고 제어하는 데 성공한 것은 이번 연구가 세계 처음으로 앞으로 나노 크기의 로봇 구동부 등 아주 미세한 부분의 윤활에 응용될 수 있을 것으로 기대된다.

그래핀은 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하면서도 구부려도 전기전도성이 유지돼 실리콘 반도체를 대체할 차세대 전자소자는 물론 휘어지는 디스플레이, 입는 컴퓨터 등 다양한 분야에 활용될 수 있어 '꿈의 신소재'로 불린다.

또 강철보다 200배 이상 강한 물성을 갖고 있어 기계 분야에도 응용가능성이 매우 높지만 마찰력과 접착력 등과 같은 기계적 성질에 대해서는 미해결 과제로 남아있었지만, 이번 연구를 통해 상당 부분 해소될 수 있을 것으로 전망된다.

박 교수연구팀은 그래핀을 플루오르화크세논 가스에 넣고 열을 가해 하나의 원자층에 불소결함을 가진 불소화된 개질그래핀을 얻은 뒤 개질된그래핀을 초고진공 원자력 현미경에 넣고 마이크로 탐침을 사용, 시료 표면을 스캔해 마찰력과 접착력 등의 역학적 특성을 측정했다

연구팀은 실험 결과를 바탕으로 불소화된 그래핀은 기존보다 6배의 마찰력과 0.7배의 접착력을 나타내는 것을 밝혀냈다.

이와 함께 전기적인 측정을 통해 불소화를 확인하고 마찰력과 접착력의 원리를 분석해내 그래핀의 마찰력 변화에 대한 이론을 정립했다.

권은남 기자