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주름 없이 그래핀 옮기는 전사기술 개발
물대신 표면장력 낮은 유기액체이용
기존比 전하이동도 2배↑·구부림안정성 3배↑
(左부터)학공학과 조길원 교수, 김현호 박사, 이승구 박사, 이성규 연구원
국내 연구진이 투병 플렉서블 디스플레이에 가장 크게 적용될 신소재로 주목 받는 소재 ‘그래핀’을 깔끔하게 옮기는 전사기술이 개발했다. 균일한 품질의 그래핀 적용이 가능해져 향후 다양한 기기등에서의 그래핀의 활용이 기대된다.

포항공과대학교는 지난18일 조길원 화학공학과 교수와김현호 박사, 이승구 박사, 이성규 연구원으로 구성된 연구팀이 그래핀을 전사할 때 생기는 주름의 매커니즘을 규명해 어떤 표면에서도 그래핀을 결함없이 깔끔하게 옮기는 기술 개발에 성공했다고 밝혔다.

그래핀을 다양한 플렉서블 디스플레이에 활용하기 위해서는 어느 소재로든 깔끔하고 균일하게 그래핀을 옮겨붙여야 한다. 전자들이 고르게 잘 분포시키고 전하의 이동도가 높여 전류의 빠른 흐름과 몇 번을 구부리고 휘어도 전기적 특성이 오래 유지하기 위해서다.

스마트폰 화면에 기포 없이 보호 필름을 붙이는 것이 쉽지 않은 것처럼, 제작된 그래핀을 기판에 주름이나 기포 없이 옮기는 일은 매우 어려워 그래핀 상용화의 큰 걸림돌이 되어 왔다.

기존에는 금속 촉매위에 합성된 그래핀과 고분자층을 물위에 띄워 그대로 다른기판에 올려 건조시키는 방법을 사용했지만, 전사될 때 그래핀과 기판사이의 물방울이 증발해 그래핀에 주름이 생기는 등 물리적인 손상에 의한 그래핀 특성이 저하되는 단점이 있었다.

이에 연구팀은 물과 달리 표면장력이 낮은 유기액체가 어떤 표면에도 방울이 만들어지지 않고 매끈하게 퍼진다는 원리에 착안해 미세 결함 없이 균일한 고품질의 그래핀을 제조하는데 성공했다.

물 위의 그래핀을 먼저 뜰채와 같은 틀에 옮겨 물기를 제거한 후 유기액체를 바른 기판 위에 올리면, 유기액체가 기판과 그래핀의 매개체 역할을 하여 그래핀이 기포나 주름 없이 매끄럽게 기판위에 붙게 되는 원리이다.

연구팀의 실험 결과에 의하면, 개발된 전사 방법을 이용해 제작된 그래핀은 기존의 그래핀보다 전하이동도가 2배 이상 증가하는 등 전기적 특성이 크게 향상됐다. 또, 반복적으로 구부렸을 때 끊어지지 않고 전기적 특성이 계속 유지됨을 뜻하는 구부림 안정성은 기존 대비 3배 이상 좋아진 것으로 알려졌다.

연구를 주도한 POSTECH 조길원 교수는 “이번 연구는 그래핀을 이용한 웨어러블 전자소자의 안정성과 기계적인 특성을 향상시키는 방법을 제시했으며, 더 나아가 그래핀 뿐만 아니라 최근 각광받고 있는 차세대 신소재의 성능 향상에도 기여할 것”이라고 기대를 표했다.

한편, 이번 연구성과는 미래창조과학부 글로벌프론티어 사업 ‘나노기반 소프트일렉트로닉스연구단’의 지원으로 수행됐으며 이번 연구는 어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈 (Advanced Functional Materials) 최신호의 표지논문으로 게재되며 학계의 뜨거운 관심을 받았다.

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편집국 기자 (webmaster@amenews.kr) [기자의 다른 기사보기]
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