IBS(기초과학연구원·원장 김두철)는 로드니 루오프 다차원탄소재료연구단 단장이 그래핀에 화학적 성질을 추가할 수 있는 새로운 방법을 개발해 다이아몬드 박막 합성에 한걸음 다가섰다고 29일 밝혔다.

그래핀은 인공적으로 만든 물질 중 가장 얇지만 강도가 강하고 전도도도 높아 꿈의 나노물질로 주목받고 있는 차세대 2차원 물질이다. 그래핀은 탄소로 만들어진 흑연에서 발견됐기 때문에 이론적으로는 같은 탄소로 만들어진 다이아몬드가 될 수 있다.

얇은 다이아몬드 박막은 제어 가능한 반도체성과 우수한 열 전도도를 가져 다양한 분야에 적용될 수 있지만, 실제로는 인공적으로 합성하기가 어려워 과학계에 난제로 남아있었다.

그래핀으로 다이아몬드 박막을 합성하기 위해서는 그래핀의 층간 결합을 유도해야 하는데 에너지적으로 안정된 그래핀 특성상 층간 결합 유도가 어려웠다.

또 지금까지 분명하지 않았던 이중층 그래핀의 반응작용을 규명하기 위해 그래핀의 위·아래층을 각각 다른 탄소 동위원소로 표지해 위·아래층 그래핀이 모두 반응에 참여함을 밝혀냈다.

이 방법으로 그래핀 외의 2차원 물질에도 적용할 수 있다. 연구팀은 물성전환으로 새로운 특성을 갖는 2차원 물질을 개발할 수 있다는 가능성도 제시했다.

로드니 루오프 단장은 "이번 실험은 그래핀이 촉매, 센서, 발색단과 같은 다양한 범위의 기능성 물질들과 용이하게 결합할 수 있음을 의미한다"라며 "그래핀으로 다이아몬드 박막을 합성할 수 있게 되면 반도체적 특성이나 광학적 특성을 가질 수도 있고 바이오 센서나 고강도 코팅에도 이용될 수 있다"고 말했다.

이번 연구결과는 과학저널 '미화학학회지(Journal of the American Chemical Society, IF 13.038)' 온라인판에 13일자로 게재됐다.