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'양초' 성분으로 차세대 소재 그래핀 주름 없앤다

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'양초' 성분으로 차세대 소재 그래핀 주름 없앤다

2019.04.17 15:46
홍진용 한국화학연구원 탄소산업선도연구단 선임연구원이 실리콘 웨이퍼 위에 전사된 그래핀을 살펴보고 있다. 화학연 제공
홍진용 한국화학연구원 탄소산업선도연구단 선임연구원이 실리콘 웨이퍼 위에 전사된 그래핀을 살펴보고 있다. 화학연 제공

양초의 주성분인 파라핀을 이용해 그래핀 제조공정에서 생기는 주름과 불순물을 없애는 기술이 개발됐다.

 

홍진용 한국화학연구원 탄소산업선도연구단 선임연구원과 징콩 미국 메사추세츠공대(MIT) 교수 공동 연구팀은 그래핀을 원하는 기판으로 옮기는 과정에서 생기는 주름이나 기포, 불순물을 파라핀을 이용해 없애는 기술을 개발했다고 17일 밝혔다. 

 

흑연의 얇은 한 층인 그래핀은 실리콘보다 전자이동도가 100배 빠르고 강철보다 200배 강하며 다이아몬드보다 열전도성이 2배 높아 활용도가 높은 전자 소재로 주목받고 있다.  투명 플렉시블 디스플레이와 태양전지, 연료전지에서 사용될 것으로 예상되면서 대량생산과 고품질화를 위한 후속 연구가 이어졌지만 아직 상용화 문턱을 넘진 못했다.

 

그래핀은 탄소원자가 잘 붙는 성질을 가진 금속촉매 기판 위에 붙여서 키우는데, 이때 그래핀을 옮기는 과정에서 주름이나 기포, 불순물이 생긴다는 한계가 있었다. 

 

연구팀은 온도에 따라 고체와 액체로 가역적으로 변하는 파라핀의 성질을 이용했다. 고체 상태의 파라핀을 그래핀에 붙인 다음 열을 가하면 파라핀이 액체 상태로 변하면서 그래핀의 주름이 펴졌다. 다시 파라핀을 식혀 고체 상태가 되면 그래핀-파라핀 층을 기판으로 옮긴 뒤 파라핀을 용매로 녹여 제거했다. 또 원자력간현미경(AFM)으로 관찰한 결과 실제로 이 방식을 사용했을 때 그래핀 전사과정 후 나타나는 특유의 나뭇잎맥 모양 주름과 잔여물이 없이 깨끗하다는 것을 확인했다.

 

홍진용 선임연구원은 “그동안 그래핀 상용화를 가로막았던 전사 과정에서의 구조적 안정성과 그래핀 고유 특성 유지 문제를 동시에 해결했다”면서 “그래핀을 다양한 분야에서 응용하는 데 중요한 전환점이 될 것”이라고 말했다. 

 

이 연구결과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션스' 2월호에 발표했다.

 

전사된 그래핀 표면의 원자력간현미경(AFM) 이미지. 기존 방식으로 고분자(PMMA)를 이용해 전사한 그래핀에는 나뭇잎의 잎맥처럼 보이는 주름과 입자형태의 고분자 잔여물이 있지만, 파라핀을 이용해 전사한 그래핀의 표면은 주름과 잔여물 없이 깨끗하다. 화학연 제공
전사된 그래핀 표면의 원자력간현미경(AFM) 이미지. 기존 방식으로 고분자(PMMA)를 이용해 전사한 그래핀에는 나뭇잎의 잎맥처럼 보이는 주름과 입자형태의 고분자 잔여물이 있지만, 파라핀을 이용해 전사한 그래핀의 표면은 주름과 잔여물 없이 깨끗하다. 화학연 제공

 

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