UNIST(울산과학기술원) 신소재공학과 펑 딩 교수 연구팀이 탄소나노튜브 합성의 필수 단계인 ‘캡 솟아오름’ 현상을 설명하는 새로운 이론을 발표했다.

30일 연구팀에 따르면 탄소나노튜브는 전도성, 강도, 연성 등이 뛰어나 지난 1991년 발견된 이후 그래핀과 함께 가장 많이 연구된 탄소 물질이다. 메모리 반도체 소재인 실리콘을 대체할 물질로 주목받고 있다.

이 물질은 촉매 표면에서 수직 방향으로 성장해 속이 빈 원통 형태로 합성되는 특성이 있다. ‘캡 솟아오름’은 촉매 귀퉁이에 탄소가 모여 생긴 캡 구조가 돔 형태로 솟아오르는 현상으로, 합성 반응 초기에 생긴다.

이 현상이 없으면 탄소 원자와 촉매 입자가 구 형태 촉매 표면을 완전히 둘러싸는 형태로 반응이 끝난다. 연구팀은 이 현상이 캡 모서리와 촉매 표면 간 계면 에너지 감소에 따른 것으로 봤다.

연구팀은 시뮬레이션을 통해 캡의 벽면과 촉매 표면이 이루는 각도가 직각에 가까워질수록 계면 에너지가 줄어든다는 사실을 확인했다.

특히 계면 에너지는 캡 모서리와 촉매 입자가 이루는 접촉각에 영향을 받기 때문에 접촉각 크기로 캡 구조 솟아오름 여부를 예측할 수 있다는게 연구팀의 설명이다.

연구팀 관계자는 “지난 30년간 간과됐던 현상을 분자 시뮬레이션과 밀도범함수 이론 분석을 통해 밝혀냈다”며 “탄소나노튜브를 합성하는 촉매 구조 설계 연구에 도움이 될 것”이라고 말했다. 이왕수기자