금속기판에 만들어진 그래핀을 원하는 기판으로 직접 옮기는 기술이 개발됐다.
차세대 소재로 주목받는 그래핀 상용화를 위한 난제를 해결함으로써 상용화가 앞당겨질 것으로 기대된다.
한창수 고려대 기계공학과 교수팀은 KAIST, 한국기계연구원과 공동연구로 금속기판에 형성된 그래핀을 다른 기판으로 옮기는 전사 기술을 개발했다고 11일 밝혔다.
그래핀은 탄소원자 1개 두께로 이루어진 얇은 막으로 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고, 강철보다 200배 이상 강하면서 탄성도 뛰어나다. 플렉시블 디스플레이, 전자종이, 웨어러블 컴퓨터 등에 사용할 미래 신소재로 주목받고 있다.
그래핀을 상용화하려면 크기 수 센티미터(㎝) 이상의 고품질 그래핀을 화학기상증착법(CVD)을 이용해 합성하고, 이를 원하는 기판 위에 전사하는 기술이 필요하다. 기존에는 그래핀이 접히거나 찢어지지 않도록 얇은 폴리머층을 입히고 금속판을 녹여낸 후 이를 다시 원하는 기판에 옮겼다. 얇은 폴리머층은 옮긴 후 제거했다.
복잡한 과정으로 인해 그래핀 전사에 시간과 비용이 많이 들었고, 그래핀 분리 과정에서 발생한 불순물이나 그래핀 손상으로 성능이 저하됐다.
연구팀은 금속판 위의 그래핀에 열, 전기장, 기계적 압력을 이용해 기판을 강하게 부착하는 방식으로 그래핀과 기판의 접착력을 금속판과의 접착력보다 높게 만들었다. 그 이후 기계적으로 그래핀을 뜯어내 원하는 기판에 전사했다. PET(폴리에틸렌테레프탈레이트), PDMS(폴리디멜틸실론산), 유리와 같은 다양한 기판에 전사하는 데도 성공했다.
기존 전사방법에 비해 시간과 비용을 크게 줄였고 불순물 생성이나 그래핀 손상도 거의 없었다. 또 기존 전사방법은 그래핀과 전사된 기판 사이의 접착력이 낮은 문제가 있었으나 이번 기술은 전사된 후 그래핀이 기판에 매우 강하게 접착됐다. 기계적 탈부착 시는 물론이고 높은 온도·습도에서도 안정된 특성을 보였다.
연구팀은 “그래핀 상용화와 다양한 제품에의 응용을 위해 반드시 극복해야할 문제에 대해 하나의 해결책을 제시했다”며 “그래핀 응용제품뿐만 아니라 새로운 2차원 나노소재 전사에도 기여할 것”이라고 말했다.
연구결과는 재료과학분야 국제학술지 ‘어드밴스트 머티리얼스’ 7월 17일자에 게재됐다.
권건호기자 wingh1@etnews.com
