대면적 그래핀 직접 성장시키는 신개념 기술 개발

윤순길 충남대 연구팀 "타이타늄 이용해 전사공정 없이 저온서 합성"

(a) 타이타늄(Ti, 10㎚) 위에 직접 성장된 그래핀 시뮬레이션 결과. (b) 타이타늄 층 위에 직접 성장된 그래핀 라만스펙트럼과 라만 맵핑 결과. 저온에서 고품질 그래핀이 성장한 것을 확인했다. [한국연구재단 제공=연합뉴스]

(대전=연합뉴스) 이재림 기자 = 한국연구재단은 윤순길 충남대 교수 연구팀이 타이타늄을 이용해 낮은 온도에서 그래핀을 직접 성장시키는 신개념 기술을 구현했다고 19일 밝혔다.

전기전도도와 열 전도성이 높은 그래핀은 기계적 강도 역시 강하고다 유연성과 투명성이 우수하다.

'꿈의 나노 물질'로 불리는 이유다.

이차전지나 디스플레이 등 분야에 다양하게 응용될 것으로 기대되면서 세계적으로 활발한 연구가 진행 중이다.

그래핀을 합성하려면 일반적으로는 화학 증착법을 쓴다.

화학 증착법은 원료 증기를 기판 위에 흐르게 하고서 외부에너지를 가해 얇은 막(박막)을 형성하는 기술이다.

이를 위해선 반드시 다른 기판 위에 옮기는 작업인 전사공정을 수행해야 한다.

그러나 전사공정 과정에서는 내부 결함, 그래핀 결정면 영역(도메인) 크기와 경계면 제어의 어려움, 기판과의 접착 문제, 그래핀 표면 주름에 따른 특성 저하 등 문제가 뒤따른다.

연구팀은 타이타늄이 그래핀을 구성하는 탄소와 동일한 결정구조를 가지며 탄소와의 결합력도 우수한 점에 주목했다.

타이타늄으로 그래핀 주름을 제거하는 성과에서 착안한 연구팀은 10㎚(나노미터) 두께 타이타늄층 위에 그래핀을 합성하는 기술을 만들었다.

이 기술을 활용하면 전사공정 없이 150도의 비교적 낮은 온도에서 고품질 그래핀을 넓은 면적으로 합성할 수 있다.

그래핀 직접성장은 일반적으로 고품질 생산이 어려우나, 연구팀은 많은 양의 문헌 조사와 수많은 실험, 측정·결과 분석을 바탕으로 성과를 낼 수 있었다고 설명했다.

윤순길 교수는 "기존 그래핀 소재 단점을 보완한 새로운 개념의 기술"이라며 "그래핀이 투명하고 유연한 전자소자에 응용될 뿐만 아니라 기존 금이나 구리 등 금속 전극을 대체할 수 있도록 지속해서 연구를 발전시킬 것"이라고 말했다.

연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(중견연구자) 지원으로 수행했다.

성과를 담은 논문은 국제학술지 ACS 나노(ACS Nano) 1일 자에 실렸다.

walden@yna.co.kr

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