▲ 김수영 중앙대 화학신소재공학부 교수.

국내 연구진이 그래핀 합성 후 버려지는 구리 식각용액을 전기도금 방법으로 재사용하는 방법을 개발해 원가절감을 통한 그래핀 상용화 촉진에 기여할 전망이다.

미래창조과학부는 연구자지원사업(핵심연구)을 통해 중앙대 화학신소재공학부 김수영 교수와 포항공대 신소재공학과 이종람 교수가 주도하고, 화학신소재공학부 석사과정 연구원 권기창(제 1저자), 신소재공학과 박사과정 연구원 함주영, 김성준 박사가 ‘구리 식각용액의 재활용을 통한 친환경적 그래핀 합성 기술 개발’에 성공했다고 밝혔다.

뛰어난 전기전도도와 투과도, 강한 기계적 내성을 가지고 있는 그래핀은 지난 10년간 ITO(인듐주석산화물)를 대체할 투명전극 소재로 주목받으며 수많은 연구가 진행돼 왔다.

양질의 그래핀 합성을 위해서는 화학증기증착법을 통해 구리촉매 기판에서 그래핀을 분리하는 작업이 필요한데 이때 사용되는 구리 이온이 들어있는 식각용액을 화학처리로 폐기해야 하는 단점이 있었다.

연구진은 사용된 구리 식각용액을 전기도금의 전해질로 재사용해 구리촉매 기판을 얻어 그래핀을 합성해 투명전극으로의 응용에 성공했다.

전기도금으로 만들어진 구리촉매 기판은 그래핀의 육각형 구조와 비슷한 결정모양을 많이 포함하고 있어 그래핀 합성의 촉매로서 뛰어나다는 설명이다.

실제 이렇게 만들어진 그래핀을 이용해 유기발광 다이오드와 유기 태양전지를 제작한 결과 ITO 전극을 이용한 것 대비 각각 103%의 발광효율과 98%의 광전변환효율을 나타냈다.

연구진은 그래핀이 깨어지기 쉽고 고가인 기존 ITO 투명전극을 대체해 휘어지는 디스플레이, 터치스크린, 박막형 태양전지 등 다양한 전자소자에 사용할 수 있을 것으로 전망하고 있다.

김 교수는 “이번 연구결과를 통해 그래핀 합성 단가를 낮춤으로써 향후 ITO를 대체할 그래핀 응용소자의 상용화를 앞당길 것으로 기대한다”고 밝혔다.

한편 이번 연구결과는 네이처 자매지 사이언티픽 리포트誌(Scientific Reports) 4월 29일자 온라인판에 게재됐다.