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김기강 교수, ‘2차원 물질’ 이종합성의 난제 풀었다

김 교수 연구, 우리대학 최초 세계 최고 수준의 국제학술지 사이언스지 게재

김기강교수

과학기술정보통신부(장관 유영민)는 융합에너지신소재공학과 김기강 교수, 한국과학기술연구원 김수민 박사, 기초과학연구원 나노구조물리연구단 이영희 연구단장의 공동연구를 통해 전기·열이 통하지 않는 특성을 지닌 2차원 물질인 '질화붕소'(hBN)의 합성기술을 개발했다고 16일 밝혔다.

연구팀이 개발한 핵심 기술은 다결정 구조인 '질화붕소'를 단결정으로 만드는 것이다. 다결정 구조는 질소와 붕소의 원자결합이 불완전해 절연 특성이 떨어지는 문제가 있었다. 이에 연구팀은 대면적 엑상 금 표면 위에서, 질화붕소의 결정립이 동일한 결정 방향으로 형성되는 ‘자가 줄맞춤’ 현상을 이용해 ‘질화붕소’ 원자 구조를 단순하게 만들었다.

또한, 제작된 단결정 질화붕소 박막을 기판으로 활용해, 반금속성 소재인 그래핀, 반도체성 소재인 이황화몰리브덴(MoS2), 이황화텅스텐(WS2) 등 다른 2차원 소재들도 단결정으로 합성했다. 나아가 그래핀과 질화붕소의 이종 적층구조를 직접 합성하는 데 성공했다. 이와 더불어, 대면적 단결정 질화붕소는 가스 장벽으로 활용할 수 있음을 증명했다.

이번 연구결과는 세계 최초로 이종 원소로 구성된 2차원 소재를 대면적 단결정으로 합성할 수 있는 원천기술 개발한 것일 뿐만 아니라, 다양한 2차원 소재의 이종 적층구조를 대면적 단결정으로 성장할 수 있는 새로운 연구 패러다임을 제시한 것으로 평가받고 있다. 이를 바탕으로, 차세대 투명 유연 전자 소자 및 가스 배리어, 센서, 필터 등의 개발에 큰 혁신을 줄 것으로 기대된다.

한편, 김 교수는 우리대학 최초로 세계 최고수준의 국제학술지인 사이언스 (제목: Wafer-scale single-crystal hexagonal boron nitride film via self-collimated grain formation, 2018.11.16.)에 공동교신 저자로 이름을 올렸다.

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