새로운 개념의 무결점, 대면적 그래핀을 직접적으로 성장시키는 제조기술이 개발됐다. 그래핀이 전자소자에 응용될뿐만 아니라 기존의 금, 구리 같은 금속 전극을 대체하는 등 적용 범위가 넓어질 전망이다. 

 충남대 신소재공학과 윤순길 교수 연구팀이 그래핀을 가공할 때 필수적이던 전사공정을 생략한 채 새로운 고품질 대면적 그래핀을 합성할 수 있는 기술을 개발했다고 한국연구재단이 22일 밝혔다. 타이타늄을 이용해 저온에서 그래핀을 합성하는 신기술이다. 

꿈의 나노 물질로 불리는 그래핀은 전기전도도와 열 전도성이 높고, 기계적 강도가 강며, 유연성과 투명성도 뛰어나다. 그래핀이 이차전지, 디스플레이 등 다양한 분야에 응용될 것으로 기대를 모으는 이유다. 반면 그래핀을 일반적인 화학증착법(제조공정에서 원료 증기를 기판 위에 흐르게 하고 외부 에너지를 가해 박막을 형성하는 기술)으로 합성할 때 반드시 다른 기판 위에 옮기는 전사공정이 필요한데 이로 인한 내부 결함이나 그래핀 결정면의 영역(도메인) 크기와 경계면의 제어의 어려움, 기판과의 접착 문제, 그래핀 표면에 발생한 주름으로 인한 특성 저하 등 여러 문제가 발생한다.

연구팀은 타이타늄이 그래핀을 구성하는 탄소와 동일한 결정구조를 가지며 탄소와의 결합력도 뛰어나다는 점에 주목했다. 이어 타이타늄으로 그래핀의 주름을 제거하는 연구성과를 활용해 10nm(나노미터) 두께의 타이타늄 층 위에 그래핀을 합성하는 기술을 개발했다.

특히 이 기술은 150℃의 낮은 온도에서 고품질의 그래핀을 넓은 면적으로 합성할 수 있어 공정의 효율성과 응용 가능성을 크게 개선한 것으로 평가 받는다.

윤 교수는 이번 연구 성과에 대해 "기존 그래핀 소재의 단점을 보완한 새로운 개념의 무결점, 대면적 그래핀을 직접적으로 성장시키는 제조기술을 개발한 것"이라며 "그래핀이 투명하고 유연한 전자소자에 응용될뿐만 아니라 기존의 금, 구리 등 금속 전극을 대체할 수 있도록 할 것"이라고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업 지원으로 수행됐으며, 연구 성과는 나노 분야 권위의 국제학술지 'ACS 나노(ACS Nano)' 2월 1일자에 실렸다.

송강섭 기자 successnews@successnews.co.kr

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