그래핀 이 산소 와 만나 면 반도체 ? – Sciencetimes 
 그래핀 이 산소 와 만나 면 반도체 ? 
 중국 연구 진 , ' 스스로 움직이 는 종이 ' 선보여 
 2015 . 12 . 01 09 : 28 이슬기 객원 기자 
 스스로 움직이 는 종이 가 있 다면 어떨까 . 불과 얼마 전 까지 만 해도 말 도 안 되 는 일 이 라고 생각 했 다 . 하 지만 ‘ 그래핀 ’ 이 라는 새로운 물질 이 등장 하 면서 ‘ 스스로 움직이 는 종이 ’ 는 현실 이 되 었 다 . 
 지난 11 월 초 , 중국 둥 화 대학 ( 东 华 大 学 ) 연구 진 은 흥미 로운 동영상 을 하나 공개 했 다 . 동영상 속 종이 는 스스로 이동 하 거나 회전 을 했 고 , 나비 가 날개 를 접 었 다 펴 는 것 처럼 스스로 접혔 다 펴지 기 를 반복 했 다 . ( 관련 영상 ) 
 평범 한 종이 처럼 보이 지만 이 종이 는 ‘ 산화 그래핀 ’ 으로 만들 어 진 종이 이 다 . 그래핀 은 탄소 층 1 개 가 낱개 로 있 는 것 을 의미 한다 . 산화 그래핀 ( graphene oxide ) 은 그래핀 표면 에 산화 가 일어나 는 현상 을 말 한다 . 
 그래핀 은 맨 처음 흑연 을 스카치테이프 에 붙인 후 그것 을 떼 었 다 붙이 기 를 반복 하 는 방법 으로 만들 었 다 . 이후 다양 한 방법 들 이 연구 됐 다 . ⓒ Gabriel Hildebrand / Nobelmuseet , Wikipedia 
 산화 그래핀 으로 만들 어 진 이 종이 는 열 을 가하 면 독특 한 현상 이 일어난다 . 내 구성 이 강철 보다 200 배 강해 지 며 , 대기 중 에서 흡수 한 수증기 를 수분 으로 내뿜 고 스스로 접히 거나 움직이 게 된다 . 반 대로 온도 가 낮 아 지 면 다시 펴지 고 움직임 을 멈춘다 . 
 연구 팀 은 외신 과 의 인터뷰 를 통해 체온 이나 주변 환경 , 외부 로부터 의 자극 에 따라 형태 가 바뀌 는 신 소재 개발 에 응용 될 수 도 있 을 것 이 라고 밝히 기 도 했 다 . 그래서 인공 근육 이나 센서 등 여러 기술 에 접목 할 수 있 다 . ( 원문 링크 ) 
 이번 연구 가 주목 받 는 이유 는 무엇 보다 경제 성 이 좋 다는 데 에 있 다 . 일반 그래핀 은 값 이 비싸 고 만드 는 데 많 은 시간 이 걸린다 . 하지만 이번 에 개발 한 신 소재 는 산화 그래핀 을 이용 했 고 , 1 g 당 가격 이 16 센트 ( 약 180 원 ) 에 불과 하 기 때문 이 다 . 
 절연체 역할 을 하 게 되 는 산화 그래핀 
 이번 신 소재 개발 의 핵심 은 바로 ‘ 산화 그래핀 ’ 이 다 . 흑연 에 황산 과 같 은 강한 산 을 넣 고 반응 시키 면 그래핀 이 산화 되 면서 산소 로 치환 되 고 , 이것 이 바로 ‘ 산화 그래핀 '( graphene oxide ) 이 된다 . 
 김희원 과학 커 뮤 니케 이터 ( 연세대 학교 대학원 신 소재 공학 과 졸업 ) 는 “ 이렇게 되 면 흑연 의 각 층 의 결합력 이 떨어져 잘 분산 되 고 , 이것 이 산화 그래핀 의 장점 ” 이 라고 설명 했 다 . 
 이번 둥 화 대학 의 연구 는 산화 과정 을 통해 그래핀 각 층 의 결합력 이 떨어지 면서 잘 분산 되 었 고 , 이 로 인해 더욱 유연 한 형태 를 가지 게 되 었 다는 것 을 알 수 있 다 . 온도 에 따라 자유 롭 게 움직일 수 있 는 바탕 이 된 것 이 다 . 
 그렇 다면 그래핀 을 산화 시키 는 이유 는 무엇 일까 . 바로 절연체 로 만들 기 위함 이 다 . 그래핀 자체 는 상온 에서 구리 보다 100 배 많 은 전류 를 전달 할 수 있 을 정도 로 전기 전도성 이 매우 우수 하 다 . 하지만 층 의 수 에 따라 전기 전도도 가 달라지 는 독특 한 물질 이 다 . 
 김희원 과학 커 뮤 니케 이터 는 단층 그래핀 의 경우 에 는 전기 가 잘 흐르 지만 , 두 겹 이 쌓여 이중 층 이 되 면 상대 적 으로 전하 의 이동도 가 떨어지 면서 전기 가 덜 흐르 게 된다고 설명 했 다 . 반도체 같 은 성질 을 갖 게 된다는 것 이 다 . 
 그래핀 이 산화 되 면서 탄소 결합 사이 에 산소 가 끼어들 어 가 게 되 는데 , 이것 이 바로 산화 그래핀 이 다 . ⓒ 김희원 
 그래핀 메모리 소자 의 작동 원리 도 밝혀져 
 일종 의 반도체 성격 을 띠 고 있 는 그래핀 산화물 ( graphene oxide ) 은 저항 변화 메모리 ( RRAM ) 를 만드 는 데 도 활용 된다 . 저 항변 화 메모리 는 차세대 비휘발성 메모리 소자 로 주목 받 고 있 는데 , 지금 까지 왜 이런 저항 변화 가 일어나 는지 밝혀 지 지 않 았 다 . 
 지난 10 월 이정용 기초 과학 연구원 박사 팀 과 정 후영 울산 과학 기술원 박사 팀 은 학술지 ‘ Advanced functional materials ’ 를 통해 관련 연구 를 발표 했 다 . 그래핀 산화물 박막 이 금속 전극 으로 활용 된 알루미늄 과 만나 면서 새로운 산화물 층 이 생겼 고 , 여기 에 전류 가 흐르 는 것 을 밝혀냈 다 . ( 원문 링크 ) 
 절연체 의 경우 , 전기 저항 이 매우 크 다 . 반 대로 도체 는 전기 저항 이 작 다 . 그래서 만약 수십 나노미터 ( nm ) 두께 의 그래핀 산화물 을 박막 형태 로 금속 전극 사이 에 삽입 하 게 되 면 반도체 와 같 은 성질 을 띠 게 된다 . 
 이 전기 저항 을 임의 로 낮출 수 만 있 다면 전기 가 흐를 수 있 다는 것 을 의미 한다 . 평소 에 는 전류 가 흐르 지 않 다가 , 일정 전압 이상 으로 전기 자극 을 주 면 저항 변화 가 생기 면서 전류 가 흐르 게 되 는 것 이 다 . 
 이번 연구 는 금속 전극 과 그래핀 산화물 박막 사이 에서 새로운 산화물 이 만들 어 지 면서 저항 변화 를 설명 했 다 . 더불 어 그래핀 산화물 박막 이 다양 한 전자 소자 분야 로 응용 될 수 있 는 계기 가 된다는 점 에서 의의 가 있 다 . 
 김희원 과학 커 뮤 니케 이터 는 그래핀 이 2004 년 도 에 발견 되 었 고 , 이제 겨우 10 년 남짓 된 새로운 물질 이 기 때문 에 선행 연구 가 많이 없 다는 점 은 어려움 으로 남 아 있 다고 밝혔 다 . 그래핀 유도체 들 의 성질 에 관한 물리 · 화학 적 지표 가 마련 되 어 있 지 않 아 , 생물학 적 응용 에 조금 어려움 이 있 다는 점 도 있 다고 설명 했 다 . 
 하지만 그래핀 은 계속 해서 발전 하 고 있 으며 , 특히 바이오 분야 에서 는 암 과 관련 된 항암 제약 연구 가 활발 하 게 진행 중 이 라고 설명 했 다 . 약물 전달 의 매개체 로 쓰 거나 , 그래핀 과 약물 을 결합 해 혼합물 질 을 만들 어 나노 크기 의 약 을 만드 는 연구 가 활발 하 게 진행 될 것 으로 보이 기 때문 이 다 . 
 저작 권 자 2015 . 12 . 01 ⓒ ScienceTimes