▲ 울산과학기술원는 자연과학부의 로드니 루오프 특훈교수팀이 12번 `접어서` 그래핀 복합체를 만들고, 기계적 특성까지 높일 수 있다는 사실을 알아냈다고 12일 밝혔다. (사진 = 유니스트 제공)     © 편집부

`꿈의 신소재`라 불리는 그래핀 복합체를 종이처럼 접어서 기계적 특성을 강화시킨 연구 결과가 나왔다. 종이를 접을 수 있는 최대치가 12번이라고 알려져 있는데, 그래핀 복합체도 12번 접었다. 울산과학기술원(UNIST)는 자연과학부의 로드니 루오프 특훈교수(기초과학연구원 다차원 탄소재료 연구단장)팀이 12번 `접어서` 그래핀 복합체를 만들고, 기계적 특성까지 높일 수 있다는 사실을 알아냈다고 12일 밝혔다. 

이번 연구는 2002년 미국의 고등학생이었던 브리트니 갤리반의 실험에서 비롯됐다. 당시 브리트니는 1200m 길이의 종이를 12번이나 반으로 접었다. 당대 최고의 수학자들도 종이는 최대 7번까지 반으로 접을 수 있다고 생각했는데, 이를 뒤집은 것이다. 연구진은 A5 크기의 그래핀에 400나노미터(㎚) 두께의 폴리카보네이트 필름을 코팅하고, 12번 접어서 `그래핀-폴리카보네이트 적층복합체(그래핀 복합체)`를 만들었다. 그 결과 4096층을 가진 3㎜ 두께의 덩어리 물질이 만들어졌다.

이 물질의 기계적인 특성을 측정하자, 영 계수와 강도, 인성 계수가 각각 73.5%, 73.2%, 59.1%만큼 향상됐다고 연구진은 밝혔다. 그래핀이 1000분의 1도 첨가되지 않았는데 기계적 특성인 강도 등이 크게 강화된 것. 이는 접힌 구조물에 층간 상호작용이 나타나 변형 에너지를 더 많이 저장할 수 있기 때문으로 분석된다고 연구진은 설명했다.

루오프 교수는 "그래핀은 잡아 당겼을 때 강성이 가장 우수한 재료 중 하나로 만약 결함 없이 만든다면 제일 강도가 높은 재료"라며 "그래핀 접기로 나타난 적층은 복합체의 기계적 특성을 크게 강화시키는데, 이번 측정값들은 이론적 예측한 범위에서 가장 낮은 수준이므로 기계적 특성을 더욱 높일 수 있을 것"이라고 말했다.

이어 "이번 연구는 2차원 물질을 적층시켜 3차원 다층 복합체를 설계하는 데 큰 도움이 될 것"이라며 "특별한 기능성을 갖는 다양한 2차원 나노물질들을 결합해 에너지 저장과 변환, 열 관리 등으로 응용할 크기의 재료를 확보할 수 있을 것"이라고 전망했다.     허종학 기자