국제 공동 연구진이 플렉시블 기기에 사용될 수 있는 복합산화물 박막을 제작하는데 성공했다. 한국원자력연구원(원장 박원석)은 이준혁 신소재융합기술연구부 박사와 김지환 메사추세츠공대(MIT) 교수, 엄창범 위스콘신주립대 교수 등 연구팀이 떼어 붙이는 단일 복합산화물 멤브레인(박막)을 제작하고 이들을 결합하는 새로운 공정을 개발했다고 13일 밝혔다.
이 박막은 '떼어 붙이는' 것이 가능하다. 다양한 방법으로 결합해 여러 가지 특성을 동시에 가지는 전자기소재를 개발할 수 있다.
공정 비법은 그래핀에 있다. 기존 복합산화물 박막은 기판에 고정돼 떼어내는 것이 불가능했다. 연구진은 기존과 다르게 기판 위에 그래핀을 부착하고 그 위에 복합산화물 박막을 합성했다. 기판과 박막 사이에 약하게 붙어있는 그래핀을 활용해 테이프처럼 약 1㎠ 크기 박막을 기판에서 분리해낼 수 있었다.
이를 활용해 압전성을 가지는 납 마그네슘 니오베이트-납 티탄산염(PMN-PT)과 티탄산바륨(BaTiO3), 유전체인 스트론튬타이타네이트(SrTiO3), 자기변형성을 띠는 코발트산화철(CoFe2O4, CFO)과 이트륨 철 가닛(YIG) 등으로 구성된 기능성 복합산화물 박막을 제작해냈다.
기판에서 떼어낸 박막은 유연성이 뛰어나다. 플렉시블 디스플레이에 활용될 수 있을 뿐만 아니라 피부, 눈, 의류 등에 부착이 가능하다. 반도체 공정에도 다양하게 응용될 수 있다.
연구진은 떼어낸 박막을 블록처럼 붙여 새로운 소재도 탄생시켰다. 이렇게 탄생한 소재는 두 복합산화물의 특성을 모두 가져 효과가 극대화된다.
일례로 PMN-PT와 CFO가 결합된 소재는 PMN-PT의 압전성과 CFO의 자기변형성을 모두 가진다.
이준혁 박사는 “이번 연구로 모든 전자기적 특성을 가진 만능 신소재 탄생의 길이 열렸다”며 “국제공동연구를 통해 떼어 붙이는 공정을 발전시켜나가 플렉시블 전자기기에 광범위하게 활용될 수 있는 신소재를 개발해 나가겠다”고 밝혔다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
