그래핀은 우수한 전기적 특성을 갖고 있어 전자·에너지 재료 분야에서 새로운 소재로 주목받고 있다.
활용도가 높을 것이라는 점에서 '꿈의 신소재'라고 부르기도 한다.
하지만 제로 밴드 갭(zero band-gap)이나 정공 같은 특이사항을 조절하기 어려워 실제 응용에는 한계를 보인다.
밴드 갭은 반도체 물질의 고유 물리량이다. 전류를 막는 '에너지 장벽'에 비유할 수 있다.
0에 가까우면 전류가 너무 쉽게 흘러 도체가 되고, 아주 크면 절연체가 된다.
그래핀 에너지 구조를 제어할 수 있는 기술은 이 때문에 학계에서도 주요 연구 분야다.
그래핀의 기초적인 에너지 구조를 이해하는 연구 역시 절실하다.
국민대 연구팀은 산화 그래핀 환원 정도를 조절하거나 산화 그래핀 격자 내에 붕소·질소 불순물을 치환하는 방식으로 다양한 에너지 준위를 가지는 소자를 만들었다.
나아가 환원 그래핀 에너지 준위를 조절할 수 있는 기초적인 현상을 밝혀냈다.
환원 산화 그래핀은 각각 다른 에너지를 가지고 있다.
이는 전자 재료나 에너지 재료에 응용할 수 있는 중요한 정보를 확인할 수 있다는 뜻이라고 연구팀은 설명했다.
연구팀은 특히 폐열을 이용해 전기에너지를 얻는 열전에너지 소자 개발에 도움을 줄 수 있을 것으로 전망했다.
이현정 교수는 "탄소 기반의 전자 또는 에너지 재료를 이용하기 위해 필요한 에너지 준위나 전기적 특성은 다르다"며 "이번 연구는 관련 분야에 실마리를 제공한다고 볼 수 있다"고 말했다.
연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업 지원으로 수행했다.
두 편의 관련 논문은 'ACS 서스테이너블 케미스트리 앤 엔지니어링'(ACS Sustainable Chemistry ＆ Engineering) 6월 4일 자와 영국왕립화학회 'JMCA'(Journal of Materials Chemistry A) 지난달 28일 자에 각각 실렸다.