KAIST(총장 강성모) 기계공학과 김택수 교수 연구팀이 금속 입자를 통해 그래핀의 결함을 없앨 수 있는 기술을 개발했다.
이를 통해 다양한 기판 위에 적용된 그래핀의 기계적, 전기적 특성을 향상시킬 수 있음을 증명했다.
이번 연구는 2015년 12월 29일 국제학술지 ACS Nano 온라인 판에 게재됐다. (논문명: Healing Graphene Defects using Selective Electrochemical Deposition: Toward Flexible and Stretchable Devices)
그래핀은 매우 유연하고 광학적으로 투명하다는 장점이 있다. 이를 이용해 투명전극, 기체투과방지막, 디스플레이 등 다양한 분야에 적용이 가능하다.
그러나 화학기상증착법(chemical vapor deposition)으로 합성된 그래핀은 결정립 경계(grain boundary : 용융 금속이 응고 시 성장하면서 서로 만나는 곳에서 생기는 경계면) 및 핀 홀(pinhole : 작은 부풀음, 구멍) 등 많은 결함을 내재하고 있어 그래핀의 전기적, 기계적 특성을 저하시킨다.
연구팀은 문제 해결을 위해 전기 도금 방식과 거의 유사한 전기화학적 증착 방식을 이용했다. 이는 그래핀을 음극(cathode)에 연결 후 직류 전류를 가하면 용액 속의 금속 이온이 그래핀의 결함 부분에 선택적으로 환원되며 증착하는 원리이다.
이를 통해 그래핀에서 발생한 결함에 선택적으로 은을 증착시킬 수 있음을 확인했다. 전도성 기판뿐 아니라 세라믹, 고분자 등의 절연 기판에서도 똑같이 금속이 그래핀의 결함에 선택적으로 증착됐다.
이 치유법은 인장(引張)이나 스크래치 등 물리적인 압력에 의해 의도적으로 손상된 그래핀에도 적용 가능하다.
연구팀은 투과도 감소, 전기 도금 공정의 최적화 등이 해결된다면 고품질 대면적 그래핀의 품질 관리 기술, 그래핀 기반의 유연전자소자 등에 적용할 수 있을 것이라고 말했다.
김 교수는 "연구를 통해 그래핀 결함을 손쉽게 치유해 전기적, 기계적 특성을 향상시킬 수 있는 원천기술"이라며 "그래핀의 상용화에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.
한편 윤태식 KAIST 기계공학과 박사과정 연구원이 1저자로 참여한 이번 연구는 산업통상자원부 그래핀 소재-부품 기술 개발사업과 한화테크원의 지원으로 수행됐다.
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