그래핀 결함 해결해 플렉시블 투명 히터 개발

갈바닉 치환 반응을 이용한 그래핀 결함 치유 모식도와 결함이 치유된 그래핀의 전자현미경, 원자현미경 사진이다. 갈바닉 치환 반응을 이용해 그래핀 결함을 치유했고, 전자현미경과 원자현미경 사진에 나온것과 같이 그래핀의 결정립계 및 주름 위에 금속 파티클이 증착돼 그래핀의 결함을 치유했음을 알 수 있다.

서로 다른 금속의 전기 화학적 반응을 이용해 그래핀 결함을 해결하는 법을 찾았다.

이태윤 연세대 교수와 이한보람 인천대 교수 공동연구팀은 그래핀에 생기는 주름과 갈라짐(크랙) 등 다양한 결함을 고치는 법을 찾았다고 21일 밝혔다.

이태윤 교수

이한보람 교수

그래핀은 탄소 나노물질로 전기가 잘 통하는데 결함이 발생하면 낮은 전기 전도도를 보인다. 이 경우 복잡한 공정을 거쳐 결함을 치유해야 한다.

이번 연구에 적용한 액상 기법은 공정이 간단하다. 그래핀이 붙어 있는 구리 호일을 금속 화합물이 들어있는 용액에 넣기만 하면 된다. 용액 속에서 구리와 금속이 반응을 일으키고 그래핀 결함이 있는 곳에 금속 입자가 달라붙는다.

결함이 치유된 그래핀을 기반으로 제작된 투명 히터의 성능과 유연 테스트 시연. 결함이 치유되지 않은 그래핀은 약 980 Ω/sq. 의 높은 면저항을 갖지만 갈바닉 치환 반응으로 결함을 치유한 그래핀은 154 Ω/sq. 의 면저항을 가진다. 결함 치유의 정도에 따라 다양한 면저항을 가지는 그래핀 투명 히터의 성능 측정 결과, 면저항이 가장 낮은 샘플이 가장 높은 정상 상태의 온도를 가지고 있음을 확인함. 결함이 치유된 그래핀 기반 투명 히터는 우수한 유연성을 갖고 있어 반복적인 벤딩 테스트에도 그 성능을 유지한다.

이 방법으로 그래핀 투명 히터도 만들었다. 투명 전극 히터는 수초 내에 뜨거워져 온도를 유지하고 수백 번 구부려도 투명한 전극 특성을 보여줬다.

이태윤 교수는 “그래핀의 다양한 결함을 빠르고 간단하게 해결할 수 있기 때문에 제조단가를 낮출 수 있다”며 “실제 자동차와 주택 창문에 적용돼 김서림과 성에 방지에 효과적인 역할을 할 수 있어 산업적 파급 효과가 매우 클 것”으로 예상했다. 이 교수는 실용화까지 4년 정도 걸릴 것으로 내다봤다.

연구 결과는 재료분야 국제 학술지인 `엔피지 아시아 머터리얼즈`(NPG Asia Materials) 15일자에 실렸다.

송혜영기자 hybrid@etnews.com