배명호 한국표준과학연구원(KRISS) 양자측정센터 박사, 박윤 서울대학교 물리천문학가부 교수, 김영덕 서울대 박사 등은 15일 전구의 필라멘트처럼 그래핀을 공중에 띄우는 방법을 이용해 0.3나노미터 두께의 그래핀 자체가 스스로 다양한 빛을 낼 수 있다는 사실을 확인했다고 밝혔다. 0.3나노미터는 현재까지 개발한 그래핀 가시광원으로는 세계에서 가장 얇은 수준이다.
그래핀은 꿈의 신소재로 불리는 물질로 높은 전도도와 열전도율, 신축성과 투명성을 갖추고 있어 차세대 발광소자로 주목받고 있다. 물체에 전자를 이동시킬 때 전자의 에너지는 빛에너지나 열에너지로 변환되는데 그래핀은 전환된 열에너지를 다시 전자로 뜨겁게 해 빛을 만든다. 다만 이전까지는 그래핀을 기판 위에 올려놓고 전류를 흘려보냈기 때문에 대부분의 전자에너지가 기판의 열에너지로 빠져나가는 문제가 있었다. 이 경우 그래핀 내부의 전자 온도를 높일 수가 없었다.
연구팀은 공중에 떠 있는 마이크로미터 사이즈의 그래핀을 제작해 전압을 가한 결과 내부 전자의 온도가 3,000 켈빈(2727 ℃)까지 높아져 매우 밝은 가시광선을 방출한다는 것을 증명했다. 또 그래핀과 기판과의 거리를 조절하면 다양한 색도 구현할 수 있다는 사실도 밝혀냈다. 그래핀에서 방출된 빛이 기판바닥으로부터 반사돼 나오는 효과 덕분이다.
< 저작권자 ⓒ 서울경제, 무단 전재 및 재배포 금지 >
