카이스트, 그래핀 결함기술 개발

  • 경제/과학
  • 대덕특구

카이스트, 그래핀 결함기술 개발

전기적·기계적 특성 향상 원천기술 그래핀 기반 유연전자소자에도 적용 가능

  • 승인 2016-01-20 10:49
  • 이승규 기자이승규 기자
▲김택수 교수
▲김택수 교수
KAIST(총장 강성모) 기계공학과 김택수 교수 연구팀이 금속입자를 통해 그래핀의 결함을 없앨 수 있는 원천기술을 개발했다. 연구팀은 이 기술로 그래핀의 기계적·전기적 특성을 향상시킬 수 있다는 것도 증명했다.
 
이번 연구는 지난해 12월29일 국제학술지 ACS Nano 온라인 판에 게재됐다.(논문명: Healing Graphene Defects using Selective Electrochemical Deposition: Toward Flexible and Stretchable Devices)
 
그래핀은 탄소 원자로 이루어져 있으며 원자 1개의 두께로 이뤄진 얇은 막(0.34nm·100억분의 3.4m)으로 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고, 반도체로 주로 쓰이는 단결정 실리콘보다 100배 이상 전자를 빠르게 이동시킬 수 있다.

때문에 매우 유연하고 광학적으로 투명하다는 장점이 있어 투명전극, 기체투과방지막, 디스플레이 등 다양한 분야에 적용이 가능하다.
 
▲카이스트 김택수 교수 연구팀이 그래핀 결함을 해결하는 원천기술을 개발했다. (좌)그래핀 표면의 스크래치를 전기도금을 통해 치유하는 사진 (우) 결함 치유 후 HEALING 이라는 글자에 은이 선택적으로 증착됨으로써 가시화 된 모습.(제공= 카이스트)
▲카이스트 김택수 교수 연구팀이 그래핀 결함을 해결하는 원천기술을 개발했다. (좌)그래핀 표면의 스크래치를 전기도금을 통해 치유하는 사진 (우) 결함 치유 후 HEALING 이라는 글자에 은이 선택적으로 증착됨으로써 가시화 된 모습.(제공= 카이스트)

하지만 그동안 이용해왔던 화학기상증착법(chemical vapor deposition)으로 합성된 그래핀은 결정립 경계(grain boundary: 용융 금속이 응고 시 성장하면서 서로 만나는 곳에서 생기는 경계면)와 핀홀(pinhole: 작은 부풀음, 구멍) 등 많은 결함이 있어 그래핀의 전기적·기계적 특성을 저하시킨다.
 
카이스트 연구팀은 이러한 문제를 해결하고자 전기도금 방식과 유사한 전기화학적 증착 방식을 이용, 기존의 결함을 없앨 수 있는 기술개발에 성공했다. 연구팀이 개발한 기술은 금속 이온의 전기화학적 환원 반응을 이용, 그래핀 결함을 보완했다.
 
즉, 그래핀을 음극(cathode)에 연결하고서 직류 전류를 가하면 용액 속의 금속 이온이 그래핀의 결함 부분에 선택적으로 환원되면서 증착하는 원리다.
 
연구팀은 이 기술을 이용한 실험을 통해 그래핀에 발생한 결함에 선택적으로 은을 증착시킬 수 있음을 확인했다. 전도성 기판 뿐 아니라 세라믹, 고분자 등의 절연 기판에서도 똑같이 금속이 그래핀의 결함에 선택적으로 증착됐다.
 
▲선택적 결함 치유를 통해 가시화된 그래핀 결함의 광학적 이미지와 금속 이온의 전기화학적 환원을 이용한 그래핀 결함 치유 모식도.(제공= 카이스트)
▲선택적 결함 치유를 통해 가시화된 그래핀 결함의 광학적 이미지와 금속 이온의 전기화학적 환원을 이용한 그래핀 결함 치유 모식도.(제공= 카이스트)
또한 증착된 은 입자는 그래핀 결함 사이를 전기적·기계적으로 연결해주는 역할을 해 그래핀의 전기전도도와 연신율이 향상되는 사실을 알아냈다.
 
실제 다층 그래핀의 경우 전기전도도가 약 11.54배, 연신율이 약 61% 가량 증가함을 확인했다.
 
연구팀은 투과도 감소, 전기 도금 공정 최적화 등이 해결된다면 고품질 대면적 그래핀의 품질 관리 기술과 그래핀 기반의 유연전자소자 등에 적용 가능할 것으로 내다봤다.
 
김 교수는 “이번 기술은 그래핀 결함을 손쉽게 치유해 전기적·기계적 특성을 향상시킬 수 있는 원천기술이다”며 “그래핀의 상용화에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
 
KAIST 기계공학과 윤태식 박사과정 연구원이 1저자로 참여한 이번 연구는 산업통상자원부 그래핀 소재-부품 기술 개발사업과 한화테크원의 지원으로 수행됐다.

이승규 기자 esk@

중도일보(www.joongdo.co.kr), 무단전재 및 수집, 재배포 금지

기자의 다른기사 보기

랭킹뉴스

  1. [2026 경제세미나] "대전 AI 성장전략, 우수한 연구역량을 산업 경쟁력으로”
  2. 세종시 아이들의 놀이터, '꿈마루 사업'… 예산 정상화 주목
  3. '시비 지원 없다'던 세종 빛트리축제… 보조금 6천만원 논란
  4. 천안시, '빵빵데이' 참가 빵집 53곳 집중 위생점검 완료
  5. 충남대 명예교수회, 명사특강으로 지역 협력의 새 길 열다
  1. [결혼] 정태희 대전상의 회장 자혼
  2. 세종시 복지·의료 사각지대… 시의회 행감서 잇단 지적
  3. 윤태연 전문건설협회 대전시회장 '옥천군 군민대상' 수상 영예
  4. [부고] 방기봉 대덕산업단지관리공단 이사장 장모상
  5. 서구 사회복지관협의회 사례관리 네트워크 '서구 사례이음' 사례관리 컨퍼런스

헤드라인 뉴스


양보안에도 기존 후보 고수…답 없는 대덕구의회에 區 `셧다운 위기`

양보안에도 기존 후보 고수…답 없는 대덕구의회에 區 '셧다운 위기'

대전 대덕구의회가 넉 달째 이어진 파행으로 민생을 내팽겨 쳤다는 비판을 받고 있지만 전반기 의장직을 둘러싼 감투싸움만 되풀이 하고 있다. 더불어민주당이 조건부 의장직 양보 의사를 밝혔지만, 국민의힘은 기존 의장 후보 추대 입장을 고수하면서 여야 간 협상이 다시 교착상태에 빠졌다. 의회 파행이 장기화하면서 대덕구의 행정 업무에도 차질이 이어지는 가운데, 오는 20일까지 원 구성이 이뤄지지 않을 경우 내년도 본예산 심의마저 난항을 겪을 수 있다는 우려가 커지고 있다. 15일 중도일보 취재결과, 대덕구의회 국민의힘 소속 의원 4명(전석광..

대전 빵집 120곳 한자리에…`2026 대전 빵 축제` 17일 개막
대전 빵집 120곳 한자리에…'2026 대전 빵 축제' 17일 개막

대전의 다채로운 빵과 문화, 즐길 거리를 한자리에서 만나는 '2026 대전 빵 축제'가 오는 17일부터 18일까지 이틀간 엑스포과학공원 일원에서 열린다. 올해 축제에는 지난해보다 늘어난 지역 빵집 120곳이 참여해 각자의 개성을 담은 대표 메뉴를 선보인다. 개막식은 17일 오후 6시 시민과 함께하는 15m 규모의 대형 롤케이크 커팅 퍼포먼스와 축하공연으로 막을 올린다. 축제의 중심인 '빵 정거장'은 5개 구역(A~E)으로 나눠 운영되며, 방문객들은 참여 빵집의 대표 메뉴를 매장 판매가격보다 5% 이상 할인된 가격에 구매할 수 있다...

대전노동청과 천안·서산지청, 중대재해 33건 조사 외면?
대전노동청과 천안·서산지청, 중대재해 33건 조사 외면?

대전지방고용노동청과 천안·서산지방청이 산업재해로 인정된 중대재해 33건에 대해 재해조사를 하지 않은 것으로 나타났다. 또 재해 발생 상황 파악 등 후속 조치를 해야 하는 유족보상과 장의비 접수 사건도 100건이나 빠뜨렸다. 국회 기후에너지환경노동위원회 더불어민주당 어기구 의원(충남 당진시)이 고용노동부 지방노동청별 현황을 분석해 15일 제공한 자료에 따르면, 산업재해 요양 급여 승인 사건 중 대전청 15건, 천안지청 13건, 서산지청 5건 등 모두 33건의 재해 발생 상황 파악과 재해조사가 이뤄지지 않았다. 산재 요양 급여 승인 사..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 한화이글스 류지현 감독 취임 한화이글스 류지현 감독 취임

  • ‘나Be 한마당에서 꿈 찾았어요’ ‘나Be 한마당에서 꿈 찾았어요’

  • 유성국화축제 ‘준비 착착’ 유성국화축제 ‘준비 착착’

  • 어르신들의 신중한 한수 어르신들의 신중한 한수