'꿈의 신소재' 그래핀과 탄소나노튜브(CNT)를 3차원 구조로 조립하는 기술을 국내 연구진이 처음으로 개발했다.

KAIST 신소재공학과 김상욱 교수 연구팀은 25일 분자조립 나노기술을 이용해 그래핀과 CNT를 입자 단위로 분리한 후 새로운 3차원 형태로 조립하는 데 성공했다고 발표했다. 김 교수는 24일(현지시간) 미국 샌프란시스코 모스콘 컨벤션센터에서 열린 국제재료학회(MRS)에서 연구성과를 발표했다. 이 논문은 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈'에 표지논문으로 실렸다.

이번 연구성과는 태양전지 · 2차전지 전극 등 에너지 관련 소재의 표면적을 획기적으로 넓힐 수 있는 가능성을 제공한 것이다. 연구진은 뭉쳐 있는 탄소 화합물을 용매를 사용해 그래핀 입자로 분리시키고 나노 조립 기술을 사용, 고순도 그래핀 유도체를 분리하거나 그래핀 위에 CNT를 연결하고 성장시키는 데 성공했다.

이 3차원 구조물은 차세대 디스플레이인 '전계방출디스플레이(FED)'의 전자총 소재나 '플렉서블 디스플레이'의 투명전극 소재로도 활용이 가능하다는 게 연구진의 설명이다. 전극소재나 촉매는 표면적이 넓을수록 전기전도도 등 반응성이 좋아지고 전기 저장량도 늘어난다. 탄소원자가 2차원 평면상에 벌집 모양으로 결합된 그래핀은 강도와 전기전도도, 탄성도 등이 현존하는 물질 중 가장 뛰어난 것으로 알려져 있으며 지난해 노벨물리학상의 주제이기도 하다.

김 교수는 "에너지 소재는 대부분 2차원 필름이나 박막 형태였는데 3차원 구조로 가면 표면적이 넓어지면서 효율이 극대화된다"며 "그래핀 관련 물질의 표면적을 획기적으로 넓혔다는 점에서 의미가 크며 앞으로 에너지 · 디스플레이 분야에서 다양한 응용이 가능할 것"이라고 설명했다.

이해성 기자 ihs@hankyung.com