동아대학교(총장 이해우)는 화학공학과 BK-21FOUR 교육연구단 이헌상 교수팀이 4세대 나노카본으로 유망한 ‘그래핀 메소튜브(graphene mesotube)’ 대량생산 방법을 개발했다고 6일 밝혔다.

그래핀 메소튜브의 탄성실험 및 형성과정

이현상 교수

이 교수팀은 전단흐름(shear flow, 전단 응력에 따라 생기는 유체의 흐름)에서 산화그래핀 다면체 구조형성의 유변학적 원리 및 산화환원반응 메커니즘을 규명하는 성과를 거뒀다.

이번 연구결과는 재료 분야 상위 5% 저널인 ‘ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS(어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈, IF 18.8)’에 온라인 게재됐다. 동아대 최경민 박사통합과정생이 제1저자, 박민지(석사과정이 공동 제1저자, 이헌상 교수가 교신저자로 이름을 올렸고, 서울대 김소연 교수·심율희 박사가 참여저자다.

이 교수팀은 산화그래핀이 큰 원통형으로 말리면 2차원 특성이 유지되는 2차원 다면체 구조(2D manifolds)가 될 것으로 예측하고, 전단흐름에서 다면체 구조의 형성 원리를 밝혀냈다. 이번 연구로 산화그래핀 다면체 구조인 그래핀 메소튜브의 대량생산이 가능해질 것으로 기대된다.

‘나노카본’은 양자효과와 함께 뛰어난 화학적·물리적·전기적 성질로 탄소의 0차원 나노구조인 ‘풀러렌(1세대)’과 1차원 나노구조인 ‘탄소나노튜브(2세대)’, 2차원 나노구조인 ‘그래핀(3세대)’ 등 많은 연구가 이뤄지고 있다. 하지만 나노구조의 특성이 유지되면서 손으로 만질 수 있는 3차원 재료를 형성하는 것은 난제로 알려져 왔다.

이 교수팀이 개발한 그래핀 메소튜브는 1차원 탄소나노튜브와는 다르게 2차원 특성이 유지돼 소프트 젤과 같이 말랑하고, 10만 번 이상 구부려도 원형이 회복되는 탄성을 가지고 있다. 작은 밴드갭(optical band gap)을 가진 반도체 특성도 있어 ‘소프트 로보틱스’와 ‘전자피부’, ‘센서’, ‘촉매’ 등 다양한 용도로 활용될 수 있다.

이 교수는 “원자 단일층 두께의 그래핀 시트(graphene sheet)를 수백 마이크로 직경의 원통형으로 만드는 어려운 작업이었지만, 나노입자 회전에 대한 내 이론을 바탕으로 우리 학생들이 끝까지 포기하지 않고 도전해 이뤄낸 성과”라며 “2차원 다면체구조의 재료 및 공정을 개발한 이번 연구는 차세대 나노재료 연구의 새 장을 조금 연 셈이다”고 말했다.

이어 “더 임팩트 있는 후속 연구가 진행되고 있는 만큼, 새로운 연구 분야의 장을 확실히 열어 세계적으로 관련 연구를 선도할 수 있도록 후학들과 함께 도전해나겠다”고 말했다. 이준혁 기자 jnhykk@kookje.co.kr