주요 연구성과
NEW 이재현 교수팀, 미세균열 제어를 통한 무결점 그래핀 박리법 개발
- 2020-11-17
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우리 학교 이재현 교수가 차세대 전자소재인 흑연으로부터 그래핀을 결점 없이 떼어내는 새로운 박리법을 개발했다.
이재현 교수(신소재공학과, 사진)와 목포대 손석균 교수, 삼성디스플레이 조성호 상무가 참여한 공동 연구팀은 층수가 제어된 대면적 그래핀 박리법을 개발했다고 밝혔다. 관련 내용은 ‘Layer-engineered large-area exfoliation of graphene’이라는 논문으로 <사이언스 어드밴시스(Science Advances)>10월28일 자에 게재됐다. 우리 학교 문지윤 학생과 맨체스터대학교 김민수 박사는 제1저자로 참여했다.
고무처럼 잘 휘어지고 투명한 소재인 그래핀은 뛰어난 전기전도성 덕에 두루마리처럼 둘둘 마는 TV나 스마트폰 등에 응용될 수 있는 꿈의 소재로 주목받아왔다. 그러나 그래핀은 탄소가 벌집모양으로 결합한 단일층의 평면으로 10만층을 쌓아야 머리카락 굵기가 될 정도로 매우 얇다.
그동안 탄소가 층층이 결합한 흑연의 표면을 테이프로 반복해 떼어내서 그래핀을 얻었으나, 반복작업인데다 작업자의 숙련도에 의존할 수밖에 없어 그래핀의 면적과 층수, 수율을 제어하는 것이 사실상 불가능했다.
이재현 교수 연구팀은 이에 착안해 테이프로 떼어낼 때 생기는 균열의 크기와 방향을 원자 수준에서 제어해 원하는 면적과 층수의 그래핀을 얻는데 성공했다. 흑연 위에 특정 성질의 필름을 증착해, 균열의 깊이와 방형을 무작위가 아니라 선택적으로 제어한 것.
연구팀이 개발한 방법을 이용하면 수 mm면적의 단일층부터 이중층, 그리고 최대 40층까지 층수가 제어된 그래핀을 얻을 수 있다. 기존 박리법과 비교해 약 4200배 넓은 면적의 단일층 그래핀을 얻어낸 셈이다. 또 단위면적당 단일층 그래핀의 밀도가 최대 6000배 가량 증가할 정도로 높은 수율도 확보해냈다.
이번 연구를 통해 그래핀의 산업적 응용에 한계로 여겨져 왔던 무결점 그래핀 확보를 위해 새 대안이 제시될 수 있을 전망이다. 한편 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구실사업과 생애 첫 연구의 지원으로 수행됐다.
