▲  그래핀 내의 결함 발생과 분포를 관찰하기 위하여 액정을 그래핀 위에 코팅하면 시간이 지남에 따라 액정 분자가 그래핀 결함부분을 통해 고무기판에 흡수가 되어 이로 인해 액정의 광학상이 변화하게 된다. 그래핀의 결함의 위치와 결함의 분포를 액정의 광학상 변화를 파악하여 관찰할 수 있다.

[동양뉴스통신] 육심무 기자 = 연세대 안종현 교수와 포스텍 진왕철 교수, 삼성디스플레이 손정호 박사, 연세대 백승재 연구원이 차세대 투명전극 소재로 주목받고 있는 그래핀 나노소재의 전기기계적 특성에 큰 영향을 미치는 결정면과 결함 발생 분포를 효율적으로 분석할 수 있는 기술을 개발했다.
 
미래창조과학부가 추진하는  나노기반소프트일렉트로닉스연구단이 진행한 이번 연구결과는 나노과학분야의 세계적 학술지인 Nature Communications에 3월 24일 온라인 게재됐다.

▲  연세대 안종현 교수

연구팀이 개발한 기술을 이용하면 기존의 복잡한 공정없이 그래핀의 결정면과 내부 결함 분포를 쉽게 관찰할 수 있고, 대면적 그래핀의 특성을 분석하는데 시간과 비용을 획기적으로 줄일 수 있어 유연한 그래핀 기반 투명전극의 상용화에 기여할 것으로 기대된다.

그래핀은 메탄 가스와 구리 기판 등을 원료 소재로 사용하여 적은 비용으로 대면적 투명 필름 제작이 가능하며, 유연성이 좋아 기존 인듐주석산화물(ITO) 투명전극의 뒤를 이을 차세대 투명전극으로  기대를 모았지만 결함제어 기술의 부족으로 인해 전기적 특성과 환경적 안정성이 낮아서 상용화에 어려움이 있다.
 
또 그래핀은 1나노미터(nm) 미만의 박막으로 되어 있어, 전류를 효과적으로 흐르게 하기 위해서는 박막의 내부 나노구조를 잘 제어해야 하나 박막의 두께가 너무 얇고 박막 형성 과정이 복잡해 그 구조를 분석하고 제어하기 어려웠다.
 

▲  삼성디스플레이 손종호 박사

연구팀은 액정 소재를 이용해 그래핀 박막의 결정 구조와 내부 결함 분포를 광학적으로 분석하고, 이를 토대로 외부 기계적 응력 변화에 대해 그래핀 내부에서 발생하는 결함 발생 과정을 관찰하는데 성공했다.
  
LCD 디스플레이에 사용하는 액정 소재를 그래핀 박막위에 코팅할 때, 그래핀과 상호작용에 의해 결정면과 내부 결함에 의해 광학적 특성이 달라진다는 사실을 확인하고, 외부 응력에 의한 광학적 특성 변화와 그래핀 전기적 특성 변화와의 상관관계를 밝혀냈다.
 
이 연구는 그래핀의 결정면과 결함 분포와 발생의 효과적 관찰을 통해 그래핀의 전기적 특성 변화의 원인을 규명하는 방법을 제시한 것으로, 이를 바탕으로 그래핀의 결함 제어 방법을 가능하게 하여 향후 착용형 전자소자 등에 그래핀 소재를 상업화하는데 밑거름이 될 것으로 기대된다.

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