꿈의 소재 ‘그래핀’ 제조 공정 효율화 기술 개발

국내 연구진이 그래핀을 가공할 때 필요했던 전사 공정을 생략하면서도 고품질 대면적 그래핀을 합성할 수 있는 기술을 개발했다. 그래핀 제조 공정의 효율성과 응용 가능성을 대폭 끌어올릴 것으로 기대된다.

윤순길 충남대 교수(사진) 연구팀은 타이타늄을 이용해 저온에서 그래핀을 합성할 수 있는 기술을 개발했다고 19일 밝혔다.

꿈의 소재로 불리는 그래핀은 전기전도도와 열 전도성이 좋고 기계적 강도도 우수하다. 때문에 2차전지나 디스플레이 등 다양한 분야에 응용될 것으로 기대되고 있다.

탄소 기반 물질인 그래핀을 합성할 때 보통 화학증착법(CVD, Chemical Vapor Deposition)으로 다른 기판 위에 옮기는 전사 공정이 필요하다. 화학증착법은 원료 증기를 기판 위에 흐르게 하고 외부에너지를 가해 박막을 형성하는 기술이다. 이때 내부에 결함이 생기거나 기판과의 접착 문제, 그래핀 표면에 생기는 주름으로 인한 특성 저하 문제 등이 생긴다.

연구팀은 타이타늄이 그래핀을 구성하는 탄소와 동일한 결정구조를 지니며 탄소와의 결합력도 우수하다는 점에 주목했다. 타이타늄으로 그래핀의 주름을 제거하는 기존 연구 성과를 활용해 10나노미터(nm, 10억분의 1미터) 두께의 타이타늄 층을 만들고 그 위에 그래핀을 합성하는 기술을 개발하는 데 성공했다. 그래핀 특성을 저하시키는 전사 공정을 생략하는 데 타이타늄을 활용한 것이다.

특히 연구팀이 개발한 기술은 150도의 낮은 온도에서도 고품질 그래핀을 대면적으로 합성할 수 있는 게 특징이다.

윤순길 교수는 “이번 연구는 기존 그래핀 소재의 단점을 보완한 새로운 개념의 무결점, 대면적 그래핀을 직접 제조하는 기술을 개발한 것”이라며 “이 기술로 그래핀이 투명하고 유연한 전자소자에 응용되고 기존 금, 구리 등 금속 전극을 대체할 수 있을 것“이라고 설명했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(중견연구자) 지원으로 수행됐으며 연구 논문은 나노 분야 국제 학술지 ‘ACS 나노(ACS Nano)’에 게재됐다.

김민수 기자(reborn@chosunbiz.com)

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