LOPC 합성과정 시뮬레이션. IBS 제공상온에서는 반도체, 저온에서는 금속인 새로운 탄소 소재가 등장했다.
기초과학연구원(IBS, 원장 노도영) 다차원 탄소재료 연구단 로드니 루오프 단장 연구팀은 중국 과학기술대와 공동으로 새로운 탄소 소재를 합성하고 'LOPC(Long-range Ordered Porous Carbon, 장주기 규칙성을 갖는 다공성 탄소)'로 이름지었다.
지난 2010년 루오프 단장이 보고한 '3가 결합'을 토대로 이번에 중국 연구진이 LOPC 합성에 성공했다.
12일 IBS에 따르면 평면 혹은 볼록했던 기존 형태와 달리 오목한 형태인 LOPC는 분말 형태의 풀러렌을 알파리튬질소화합물과 혼합한 뒤 550℃까지 가열하는 과정에서 풀러렌이 그래핀과 같은 2차원 소재로 변하면서 생성된 구조로 확인됐다.
물리적 특성을 분석한 결과 전기전도도가 낮은 풀러렌을 사용했음에도 상온에서는 반도체 소자 수준의 전기전도도를 나타낸 반면 30K(-243.15℃) 미만의 저온에서는 금속 수준의 전기전도도를 보였다.
얀우 추 중국 과기대 교수는 "독일 수학자 헤르만 슈왈츠는 비눗방울 표면을 연구하는 과정에서 음(-)의 곡률을 갖는 구조의 가능성을 제시했고 많은 과학자들이 이 같은 구조를 갖는 탄소 소재인 '탄소 슈왈차이트'를 합성하기 위해 노력해왔다"며 "루오프 단장 연구팀의 선행 연구에서 아이디어를 얻어 탄소 슈왈차이트와 결합이 비슷한 새 소재를 합성할 수 있었다"고 말했다.
이번 LOPC 합성은 탄소 슈왈차이트 합성을 위한 중요한 단서로 평가되면서 산업적 응용 가치에 대한 기대도 높아지고 있다.
루오프 단장은 "이번 연구는 신물질인 LOPC를 수 그램(g) 수준의 대용량으로 합성하고 그 구조를 명확하게 규명한 첫 사례로 앞으로 킬로그램(kg) 규모까지 확장할 수 있을 것"이라며 "이상적 물질인 '탄소 슈왈차이트' 합성에 한 발 더 다가서게 됐다"고 말했다.
연구결과는 1월 12일 새벽1시(한국시간) 국제학술지 '네이처(Nature, IF 69.504)' 온라인 판에 실렸다.
한편 새로운 탄소 구조의 발견은 학술적으로도 가치가 높다. 1996년 노벨 화학상은 탄소 원자 60개가 공 구조를 이룬 '풀러렌' 개발의 공로로, 2010년 노벨 화학상은 그래핀 개발 공로로 수여됐다.