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토호쿠(東北)대학 국제방사광혁신스마트연구센터, 산업기술종합연구소(AIST), 미국 로스앨러모스(Los Alamos) 국립연구소 등의 국제 공동 연구그룹이 그래핀에 고속의 산소 분자를 조사(照射)한 바, 산소 분자가 그래핀을 망가뜨리지 않고 투과하는 현상을 발견함. 원자 한개 층 두께의 탄소 그물인 그래핀은 산소를 투과시키지 않는다고 알려져 있었음. 연구진은 그래핀의 가스 장벽을 손상시키는 요인의 하나로 대기 중에 존재하면서 고속으로 움직이고 있는 ‘산소 분자’에 착안함. 특정 속도를 갖는 산소 분자만을 생성할 수 있는 ‘초음속 분자 빔 발생 장치’를 사용하여 그래핀 막에 고속 산소 분자가 닿았을 때의 영향을 ‘실시간 광전자 분광법’으로 조사함. 그 결과, 그래핀 안에 있는 탄소 원자가 결여된 부분(결함)에서 산소 분자가 그래핀을 투과하는 것을 확인함. 분자의 속도에 따라 그래핀을 투과시키는 현상은 세계 최초의 발견으로, 향후 연구를 통해 더 큰 산소 분자의 투과 현상 발견도 기대됨. 그래핀을 투과하는 고속의 산소 분자는 우리 생활 속에 존재하고 있으며, 투과를 방지함으로써 식품의 열화 및 금속의 녹을 방지하는 보호 필름이 개발될 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 ‘The Journal of Physical Chemistry Letters’ (“Gas barrier properties of chemical vapor deposited graphene to oxygen imparted with sub –eV kinetic energy”) 지에 게재됨.