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그래핀 결함, 녹자국으로 간단하게 찾는다
200℃ 이하 열처리 자국 관찰
단순히 공기 중에서 저온 열처리 공정을 이용해 시각화된 나노 크기의 다양한 그래핀 결함 이미지와 선택적 구리 산화 메커니즘 모식도.
국내 연구진이 그래핀의 결함을 한눈에 찾는 기술을 개발했다. 그래핀의 상태를 간편하게 진단할 뿐만 아니라 그래핀 결함이 생기는 원리와 과정까지 규명해 그래핀 상용화에 기여할 전망이다.

UNIST(총장 정무영)는 권순용 신소재공학부 교수팀과 김성엽 기계항공 및 원자력공학부 교수팀은 구리(Cu) 기판에 성장시킨 그래핀 결함을 광학현미경과 전자현미경으로 간단히 찾아내는 기술을 개발했다고 29일 밝혔다.

그래핀(Graphene)은 탄소 원자 한 층의 얇은 물질로 강철보다 단단하고, 열이나 전기를 잘 전달하며, 유연한 성질이 있어 투명전극·에너지용 전극·차세대 반도체 등에 쓰일 ‘꿈의 신소재’로도 불린다.

하지만 대면적 그래핀은 제작하는 과정에서 생기는 결함 때문에 상용화가 어려웠다. 기존의 대면적 그래핀 제작 공정은 구리위에 그래핀을 성장시키는 화학기상증착(CVD)기술로 만드는데 이때 반드시 생성되는 나노크기의 결함을 손쉽고 빠르게 알아내야하는 기술이 필요했다.

이러한 결함을 찾아내기 위해서 그래핀 위에 액정(LCD)을 코팅하거나, 자외선(UV)를 쪼여 달라진 부분을 확인했지만 이 기술들은 다른 물질이나 장비가 필요한데다 복잡하다는 단점이 있었다.

이에 연구진은 그래핀을 공기 중에서 200℃ 이하로 열처리하면서 나타난 현상을 관찰하는 간단한 방법을 개발했다.

그래핀에 결함이 있으면 공기 중 수분이 스며들어 구리 기판을 산화시키는데, 이때 생긴 녹 자국을 전자현미경으로 촬영해 나노미터(㎚, 1㎚=10억 분의 1m) 크기로 시각화하는 것이다.

특히 이번 연구는 그래핀 결함을 파악하기 위한 실험 결과를 전산모사기법으로 시뮬레이션하면서 의미 있는 결과를 거뒀다. 화학기상증착으로 그래핀을 생성할 때 결함이 생기는 원리와 과정을 원자 수준에서 규명한 것이다.

그래핀 결함이 구리 기판의 방향성과 화학증착 조건에 크게 영향을 받는다는 점도 이번에 규명됐다. 이 연구를 주도한 두 교수는 향후 고품질 대면적 그래핀을 성장시키고, 결함을 미세하게 제어하는 데 이 기술이 크게 기여할 것으로 내다봤다.

권순용 교수는 “앞으로 구리 기반 전자소자 연결 소재 영역에서 그래핀을 도입할 발판을 마련했다”며 “고품질 그래핀 시트(sheet)를 기반으로 다양한 차세대 전자소자에 그래핀을 적용하는 연구가 가속화될 것”이라고 연구의의를 밝혔다.

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