전기·기계·광학적 특성이 향상된 반도체 소자와 새로운 광학 소자 제작이 가능해졌다. 국내 연구진이 전기장을 이용해 산화 그래핀 액정 특성을 쉽게 조절할 수 있는 방법을 개발했다. 기존 액정 물질보다 전기반응성을 1000배 정도 높일 수 있어 향후 저전력 전기 소자 개발에 기여할 것으로 기대된다.
미래창조과학부는 송장근 성균관대 전자전기공학부 교수(교신저자), 심전자, 홍승호 연구원(이상 공동 제1저자)이 산화그래핀의 농도를 낮춰 마찰력을 약화시키는 방식으로 산화그래핀 입자를 효율적으로 정렬시키는 방법을 개발했다고 26일 밝혔다.
산화그래핀은 그래핀과 달리 물 등 용매에 잘 분산되고 결합한 기능기의 종류와 밀도에 따라 도체, 반도체, 부도체 등 다양한 특성을 가진다. 산화그래핀 입자를 전기적으로 배열시켜 빛 투과와 굴절 정도를 변화시키면 LCD와 같은 디스플레이 장치 등에 폭넓게 응용할 수 있다. 하지만 전기장으로 배열 조절이 어렵다는 단점이 있다. 전기장으로 산화그래핀 입자를 배열 조절하면 전기분해 현상, 용액이 흐르는 현상 등 여러 문제가 발생한다.
연구진은 산화그래핀 입자 간 마찰력 때문에 배열 조절이 어렵다는 것을 밝혀냈다. 산화그래핀의 농도를 낮춰 마찰력을 약화시키는 방식으로 입자를 효율적으로 정렬시키는 방법을 개발했다. 기존 LCD에 사용되는 액정 물질에 비해 전기장에 대한 산화그래핀 반응 정도를 약 1000배까지 높일 수 있다. 이는 기존 그 어떤 재료보다 반응정도가 크다. 약한 전기장으로 입자 배열을 조절할 수 있어 소비전력을 낮출 수 있다.
송장근 교수는 “연구결과는 새로운 저전압 디스플레이와 같은 광학기기, 정렬된 상태의 특성을 이용하는 기계적, 전기적 소자 등에 사용할 수 있을 것으로 기대된다”고 설명했다.
이번 연구는 미래부와 한국연구재단이 추진하는 신진연구자지원사업의 지원으로 수행됐다. 네이처 머티리얼스지(Nature Materials)에 지난 9일자 온라인판에 게재됐다.
전지연기자 now21@etnews.com