인천대 이한보람 교수 공동연구팀 그래핀 결함 치료 방법 개발
2015-09-10 이춘만 기자
[매일일보] 구멍 난 양말에 바느질 하듯 그래핀 결함을 치료하는 방법이 개발됐다.그래핀은 탄소원자가 육각형으로 결합해 벌집 형태를 이루는 화합물로 기초 전자소재를 대체할 차세대 신소재이다.인천대 신소재공학과 이한보람(34) 교수와 UNIST 자연과학부 김관표(32) 교수 미국 스탠포드 대의 제난 바오, 스테이시 벤트 교수 공동 연구팀은 특정 금속을 그래핀 결함에 선택적으로 증착해 결함을 치유하는 방법을 개발했다고 10일 밝혔다.그래핀은 이차원 탄소 원자구조를 갖는 나노재료로 기계적, 전기적 특성이 매우 뛰어나 ‘꿈의 신소재’로 평가 받고 있다.그래핀을 태양전지나, 디스플레이, 센서 등에 적용하기 위해서는 대면적으로 제작해야 하나 대면적 그래핀의 경우 결정 사이 경계면이 생기거나 금이 가는 등 결함이 발생해 그래핀의 우수한 특성이 저하된다.이같은 결함을 해결하기 위해 그래핀에 금속을 증착하려는 시도들이 있었으나, 기존의 방법으로는 그래핀의 결함 위치와 관계없이 비선택적으로 금속이 증착돼 결함 치유가 효과적이지 못했다.
공동연구팀은 대면적 그래핀의 결함에서만 발생하는 특수한 화학적 특성을 이용해 특정 금속을 정교하게 결합시켜 그래핀의 결함을 치유했다.
그래핀 결함 부위는 가스(Gas)와 반응성이 커 ‘백금 전구체’ 가스를 흘려줄 경우 결함 부분에 선택적으로 흡착된다. ‘백금 전구체’는 고온에서 산소와 반응 시 백금을 생성하는 가스이다.이를 통해 전도도가 높은 백금을 결함 부위에만 생성시켜 결함을 치유하고 성능을 향상시켰다. 그 결과 기존 그래핀보다 3배 이상 향상된 전극 및 가스 센서의 성능을 보여주었다.아울러 그래핀은 실리콘에 비해 100배 이상 전자가 자유로이 이동할 수 있으며 강도는 강철보다 100배 강하고 면적의 20%를 늘려도 끄떡없을 정도로 신축성이 강한것이 특징이다.또한 구부리거나 늘려도 전기 전도성이 사라지지 않는다. 열전도율도 금속인 구리의 10배가 넘고, 빛의 98%를 통과시킬 정도로 투명하다.이한보람(34) 교수는 “본 기술은 그래핀을 이용해서 태양전지나 디스플레이 소자를 제작하는 대면적 기술에 사용하기 위해서는 필수 불가결한 후속 공정 기술이 될 것이며, 백금 뿐만 아니라 다른 값싼 금속도 적용가능하다”라며 “현재 다른 값싼 금속으로 본 결함치유 특성을 얻는 연구결과가 완성 단계”라고 말했다.이번 연구결과는 세계적 과학 저널인 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 에 “Selective metal deposition at graphene line defects by atomic layer deposition”라는 제목으로 지난 2일 게재됐다.한편 그래핀은 실리콘으로는 더 이상 진척이 없던 반도체 정보 처리속도를 획기적으로 높여줄 뿐만 아니라, 고성능 태양전지 개발, 유기 반도체 등 다양한 분야에서 활용 가능한 물질이다.