[11월의 KRISS인상] 나노소재평가센터 이승미 박사
-광학현미경으로 그래핀 조각 경계면 관찰 기술개발-
산업측정표준본부 나노소재평가센터 이승미 박사가 11월의 KRISS인상으로 선정됐다. 시상식은 12월 3일(월) 행정동 2층에서 강대임 원장의 주재아래 진행됐다.
이승미 박사는 ‘꿈의 신소재’로 불리는 그래핀*의 조각 경계면을 일반 광학현미경으로 관찰할 수 있는 기술을 성균관대 이영희 교수 연구팀과 공동으로 개발하였고 이는 지난 10월 세계적 학술지 Nature지에 게재되어 KRISS인상을 수상했다.
* 그래핀 : 탄소 원자 한 층으로 구성된 판(板) 형태로 두께는 나노미터(㎚ㆍ10억분의 1 m) 이하에 불과하지만 다이아몬드보다 강도가 세고 전기 전도성이 높은 데다 자유롭게 구부러지는 성질을 가진 물질.
그래핀을 대면적으로 성장 시에 단일한 면을 가진 그래핀으로 성장되지 못하고 여러 조각들과 조각의 경계면들이 형성되며, 조각 경계면은 전기적, 광학적, 화학적 물성에 많은 영향을 주기 때문에 그래핀 자체의 물성 연구에 많은 어려움이 있었다. 더욱이 그래핀 조각들의 크기는 폭의 수~수십 마이크로미터(백만분의 1미터)이지만 그래핀 조각의 경계면은 그 폭이 나노미터(십억분의 1미터) 이하이기에 경계면은 전자현미경을 써야만 관측할 수 있었다.
습도를 제어한 공기를 자외선에 노출하여 발생된 산소, 수분 등의 기능기들이 구리 기판 위의 그래핀 조각 경계면을 통해 확산되어 들어가 바닥에 있는 금속 구리판을 산화시켰다. 처리시간을 조절함으로써 산화된 금속 영역 크기가 수백나노미터가 되면 광학 현미경으로 관측 가능하다.
이 과정에서 이승미 박사는 그래핀 경계면의 칠각형 결함구조를 투과하여 구리 기판을 선택적으로 산화시키는 과정을 전자밀도범함수론**을 이용하여 이론적으로 해석 및 예측하였다.
** 전자밀도범함수론 : 양자역학적 전산모사법의 일종으로서 슈뢰딩거 방정식을 단순화하여 전자밀도함수의 함수로 표현한 콘-샴 방정식을 컴퓨터를 이용하여 푼다. 반도체나 표면, 나노구조 등 다체계의 물성에 대해 신뢰도 높은 결과를 보여주는 것으로 알려져 있으며, 1998년 방정식을 세운 콘 박사와 이를 컴퓨터 코드로 적용한 포플 박사가 함께 노벨화학상을 받은 주제이기도 하다.
이 관찰기술을 이용하면 비싼 전자현미경이 아닌, 상대적으로 저렴한 일반 광학현미경으로도 그래핀의 구조를 쉽고 빠르게 관측할 수 있기 때문에 중소형 실험실의 그래핀 연구, 나아가 산업체에서 그래핀을 이용한 생산라인에도 적용 가능하므로 산업적 파급력은 대단히 높다.
본 연구에 앞서 이승미 박사는 나노 구조체와 표면반응에 대한 다양한 연구를 지속적으로 진행하여 51편의 논문(SCI 논문 48편)을 발표, 그 중 9편은 100회 이상 인용되기도 했다.