기초과학연구원(IBS) 다차원 탄소재료 연구단은 울산과학기술원(UNIST), 성균관대와 함께 값싼 상용 다결정 금속 포일로부터 고부가가치의 단결정 금속 포일을 쉽게 제조할 수 있는 기술을 개발했다. 연합누스

다결정 금속 포일로부터 가치가 높은 단결정 금속 포일을 쉽게 제조할 수 있는 기술이 개발됐다.

단결정은 재료 전체의 원자가 규칙적으로 배열된 상태를 의미한다.

포일(foil)은 0.05mm 이하의 두께로 얇게 늘인 금속 박지(箔紙)다. 금 알루미늄 등의 금속을 종이처럼 얇게 편 것이 포일이다.

단결정 금속 포일은 다결정 금속 포일에 비해 표면이 균일하고 전기전도도가 좋다. 하지만 그간 제조비용이 비싸고, 제작이 쉽지 않아 일부 분야에만 제한적으로 사용됐다.

그런데 로드니 루오프 기초과학연구원(IBS) 다차원 탄소재료 연구단장과 신형준 울산과학기술원(UNIST) 교수, 유원종 성균관대 교수로 이뤄진 공동연구팀이 상용 다결정 금속 포일로부터 고부가가치의 단결정 금속 포일을 쉽게 제조하는 기술을 개발했다.

이런 개발이 가능한 것은 연구팀의 ‘무접촉 열처리’ 공정 덕분이다.

무접촉 열처리 기술은 다결정 금속 포일을 공중에 매단 상태에서 수소 대기 하에 고온의 열을 가하는 것이다.

이 공정을 통해 제조비용이 기존 보다 1000분의 1로 낮아졌으며,최대 32㎠의 대면적 단결정 금속 포일을 제조하는 게 가능해졌다.

이를 통해 제작된 단결정 구리 포일은 가결정 구리 포일에 비래 전기저항이 7% 정도 낮다.

또 연구진은 무접촉 열처리로 제작한 단결정 금속 포일을 기판으로 사용해서 다결정에 비해 전기·열적으로 성능이 우수한 단결정 그래핀을 만드는 데도 성공했다.

그래핀은 꿈의 신소재로 두께가 0.2nm로 얇아서 투명성이 높고, 상온에서 구리보다 100배 많은 전류를, 실리콘보다 100배 빨리 전달할 수 있다. 뿐만아니라 열전도성이 최고라는 다이아몬드보다 2배 이상 높다. 기계적 강도도 강철보다 200배 이상 강하지만 신축성이 좋아 늘리거나 접어도 전기전도성을 잃지 않는다. 이승륜 기자