에너지과학과 김성웅 교수 연구팀,

결정구조 차원 설계로 새로운 2차원 신소재 개발

- 그래핀을 뛰어넘을 수 있는 새로운 2차원 소재 개발의 가능성 제시

- 국제학술지 사이언스 어드밴시스 (Science Advances) 6월 28일자 온라인 게재

본교는 에너지과학과 김성웅 교수 연구팀(제1저자 송준성 박사과정)이 결정구조의 차원 설계 기술을 통해 자연계에 존재하지 않는 새로운 2차원 신소재를 개발하였다고 밝혔다. 이 연구는 과학기술정보통신부‧한국연구재단 미래소재디스커버리지원사업 (No.2015M3D1A1070639) 및 기초과학연구원(IBS-R011-D1) 등의 지원을 받아 수행되었으며, 세계적으로 권위 있는 학술지 중의 하나인 Science Advances(IF=12.804)에 6월 28일 온라인 게재되었다.

연구팀은 3차원 결정구조 소재에 잉여(excess) 전자(electron)룰 부여할 수 있는 알칼리 금속과 합금화하여 2차원 층상구조로 변환시킨 다음 알칼리 금속 양이온만을 제거하여 원래의 3차원 결정구조로 변환되지 않고 2차원 층상구조가 유지되는 결정구조의 차원을 자유롭게 설계할 수 있는 기술을 개발하였다.

연구팀은 이러한 결정구조 차원 설계 기술로 그래핀과 같은 벌집구조형태의 결정구조를 가지는 2차원 층상구조 소재를 2원계 화합물에서 얻어내는 데 성공하였으며, 그래핀과 유사하거나 그래핀을 뛰어넘을 수 있는 새로운 2차원 소재 개발 가능성을 제시하였다.

김성웅 교수는 “고전적인 재료과학 연구방법에 전자(electron)를 화학적으로 주입할 수 있는 아이디어를 더해서, 소재 결정구조의 차원을 자유롭게 설계하거나 제어할 수 있는 기술을 개발하였고 이를 통해서 그래핀과 같은 2차원 소재를 다양한 물질에서 발견할 수 있다”고 말했다.

김성웅 교수는 새로운 저차원 소재, 전자화물, 열전소재 및 위상소재 개발을 포함한 신 물질 개발 분야에서 세계 최초 발견 혹은 세계 최고 성능의 소재를 합성하여 기초과학연구부터 응용연구까지 폭넓은 분야에서 세계적 수준의 연구를 진행하고 있다.

이 연구는 김성웅 교수와 송준성 박사과정(본교), 오상호 교수(본교), 김영국 교수(본교), 이주한 박사(한국기초과학지원연구원), 이규형 교수(연세대학교) 등 국내 공동연구를 통해 이뤄졌다.

[그림 1] 전자 전달과 합금화를 통해 결정구조 차원 설계로 3차원 결정구조 소재로부터 2차원 층상구조 소재 개발 모식도

[그림 2] 3차원 결정구조로부터 전자전달에 의해 2차원 층상구조로 변화하는 메커니즘 규명