그래핀 나노 소재 '효율적 결함 분석' 기술 개발(03.30)

안종현 교수 연구팀, 그래핀 소재 상업화 밑거름 기대

▲ 그래핀 결정면의 광학상 변화. ⓒ 2014 HelloDD.com

국내 연구진이 차세대 투명전극 소재로 주목받고 있는 그래핀 나노소재의 전기·기계적 특성에 큰 영향을 미치는 결정면과 결함 발생 분포를 효율적으로 분석할 수 있는 기술을 개발했다.

미래창조과학부는 글로벌프론티어사업 '나노기반소프트일렉트로닉스연구단'의 안종현 연세대 전지전자공학부 교수와 진왕철 포스텍 신소재공학과 교수, 손정호 삼성디스플레이 책임연구원, 백승재 연세대 전기전자공학부 연구원이 복잡한 공정 없이 그래핀의 결정면과 내부 결함분포를 관찰하는 기술을 개발했다고 30일 밝혔다.

탄소원자 단일층으로 이뤄진 그래핀은 유연한 특성 때문에 차세대 투명전극 소재로 주목받는 물질이다. 국내외 연구자와 기업들은 그래핀을 착용형 전자기기 등에 적용하기 위해 상용화에 노력하고 있다.

그래핀이 실제 전자소자에 응용되기 위해서는 그래핀 구성 결정면들의 분포상태와 내부 결함의 발생과정과 분포상태를 관찰하는 방법이 필요하나, 지금까지의 관찰방법은 전자현미경을 통한 복잡한 공정을 거쳐야해 효율적 관찰이 어려웠다. 

그래핀의 구조를 분석하기 어려운 이유는 1나노미터(㎚) 미만인 얇은 두께 때문이다. 박막의 두께가 너무 얇고 박막 형성 과정이 복잡해 그 구조를 분석하고 제어하기가 어렵다.

연구팀은 액정 소재를 이용해 그래핀 박막의 결정 구조와 내부결함 분포를 광학적으로 분석하는 기술을 개발했다. 이를 토대로 외부 기계적 응력 변화에 따른 그래핀 내부의 결함 발생 과정을 관찰하는데 성공했다.

LCD 디스플레이에 널리 사용되는 액정은 액체와 고체의 중간 상태를 이루고 있어 외부의 약한 자극에도 방향성이 쉽게 바뀐다. 또 빛이 투과할 때 빛의 양과 굴절도가 바뀌면서 독특한 광학적 문양을 나타낸다.

연구팀은 액정 소재를 그래핀 박막 위에 코팅하면 액정이 그래핀의 결정면을 따라 배향되는 것을 확인했다. 이를 통해 별도의 복잡한 공정 없이 그래핀의 결정면을 손쉽게 관찰하고, 변화한 액정의 이미지를 보고 결함 유무를 확인할 수 있다.

미래부 관계자는 "이 기술은 대면적 그래핀의 특성을 분석하는데 드는 시간과 비용을 획기적으로 줄이기 때문에 유연한 그래핀 기반 투명전극을 상용화하는 데 기여할 것"이라고 기대했다.

한편 이번 연구결과는 나노과학 분야의 세계적 학술지인 '네이처 커뮤니케이션스'(Nature Communications) 3월 24일자 온라인판에 게재됐다.