전사공정 없앤 新고품질 대면적 그래핀 합성기술 개발

타이타늄(10nm) 위에 저온에서 직접 성장된 그래핀 시뮬레이션 결과© News1

(대전ㆍ충남=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 그래핀을 가공할 때 필수였던 전사공정을 없앤 새로운 고품질 대면적 그래핀 합성 기술을 개발했다.

한국연구재단은 충남대 윤순길 교수 연구팀이 타이타늄을 이용해 저온에서의 신개념 그래핀 합성 기술을 개발했다고 19일 밝혔다.

꿈의 나노 물질로 불리는 그래핀은 전기전도도와 열 전도성이 높고 기계적 강도가 강하며, 유연성과 투명성도 우수하다.

그래핀은 이차전지, 디스플레이 등 다양하게 응용될 것으로 기대되며, 세계적으로 활발히 연구되고 있다.

그러나 일반적인 화학 증착법으로 그래핀을 합성할 때에는 반드시 다른 기판 위에 옮기는 전사공정이 수행되는데 이 때 내부 결함, 그래핀 결정면의 영역(도메인) 크기와 경계면의 제어의 어려움, 기판과의 접착 문제, 그래핀 표면에 발생한 주름으로 인한 특성 저하 등의 문제가 발생한다.

화학 증착법(CVD)은 제조공정에서 원료 증기를 기판 위에 흐르게 하고 외부에너지를 가해 박막을 형성하는 기술이다.

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

이 기술은 150도의 낮은 온도에서 고품질의 그래핀을 넓은 면적으로 합성할 수 있어 공정의 효율성과 응용 가능성을 크게 개선했다.

윤순길 교수는 “이번 연구를 통해 기존 그래핀 소재의 단점을 보완한 새로운 개념의 무결점, 대면적 그래핀을 직접적으로 성장시키는 제조기술을 개발했다”며 “그래핀이 투명하고 유연한 전자소자에 응용될 뿐만 아니라 기존의 금, 구리 등 금속 전극을 대체할 수 있도록 기여할 것“이라고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(중견연구자) 지원으로 수행됐다.

이번 연구 성과는 나노분야의 권위 있는 국제학술지 ‘ACS 나노(ACS Nano)’ 지난 1일자에 게재됐다.
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