건국대는 물리학부 박배호 교수 연구팀이 한국표준과학연구원 김원동 박사, 고등과학원 손영우 교수 연구팀과 공동으로 신소재인 그래핀 위에 전기적·화학적 성질이 서로 다른 나노회로를 그릴 수 있는 전기적 나노 화학펜 방법을 개발했다고 9일 밝혔다.

이번 연구는 그래핀이 복합 센서 같은 다양한 기능을 갖게 하거나, 그래핀 기반 소재만으로 구성된 전자소자 연구 등 그래핀의 활용도를 크게 높일 것으로 기대된다.

그래핀은 산소 혹은 수소와 결합하면 활용도가 크게 증가하지만 산화, 수소화 공정이 어렵고 만들어진 그래핀의 특성을 세밀히 조절하기 어렵다는 한계가 있었다.

건국대 연구팀은 미세한 물질의 표면을 영상화해 내는 ‘원자간힘 현미경’의 나노탐침을 활용해 그래핀의 원하는 부분만 선택적으로 산화 또는 수소화시키는 방법을 개발했다.

이 방법을 이용하면 기존 화학적 처리 방식보다 나노미터 크기의 정확도로 그래핀에 수소 혹은 산소 작용기(유기화합물의 성질을 결정하는 원자단)를 붙일 수 있을 것으로 기대된다.

한국표준과학연구원 연구팀은 X선을 쬐어 그래핀에서 방출되는 전자들의 화학적 상태를 분석한 결과 탐침에 가하는 전압의 세기에 따라 그래핀의 화학적 상태를 정밀하게 조절할 수 있음을 알아냈다. 고등과학원 연구팀은 이 실험결과를 설명하는 이론적 해석을 제시했다.

이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 리더연구자지원사업의 지원을 받아 진행됐으며, 영국 과학전문지 ‘네이처’의 자매지 ‘NPG 아시아 머티리얼즈(NPG Asia Materials)’지 5월 23일 자에 게재됐다.

박배호 교수는 “이 결과를 응용해 그래핀 층 각 부분의 산화 상태를 서로 다르게 만들면 복합기능을 갖는 그래핀 기반 나노 집적 소자를 형성할 수 있다”고 설명했다.