울산과학기술원(UNIST)이 그래핀이 디스플레이 소자 광원으로 쓰일 수 있다는 사실을 입증했다.
UNIST는 신현석 화학과 교수팀이 그래핀, '화이트 그래핀'으로 불리는 육방정계 질화붕소 경계면에서 청색 발광 현상을 최초로 발견했다고 28일 밝혔다. '그래핀 퀀텀닷'을 이용한 유연 발광 소자 제작에도 성공했다.
그래핀은 탄소 원자가 육각형 모양으로 이어진 얇은 막이다. 강하고 유연할 뿐만 아니라 열·전기 전도도까지 높다. '에너지띠 틈(energy bandgap)'이 없다는 독특한 물리적 특성을 보이는데, 에너지띠 틈 크기가 물질이 내는 빛 색깔을 결정하기 때문이다.
연구팀은 그래핀과 육방정계 질화붕소 계면에서 푸른빛이 나오는 현상을 발견하고, 이를 응용한 발광 소자를 제작했다.
연구팀은 20나노미터(㎚) 이하 그래핀 입자(그래핀 퀀텀닷)가 심어진 질화붕소 막을 수직으로 쌓는 방식을 써 발광 강도를 높였다.
연구팀은 발광 현상 원인도 찾아냈다. 투과 전자 현미경 분석법으로 그래핀과 질화붕소 사이 계면의 원자 구조를 관찰했고, 5각형과 7각형이 혼재된 무질서한 원자 배열을 확인했다.
이 구조를 시뮬레이션 계산한 결과, 전하가 무질서한 배열로 집중되면서 새로운 에너지 준위가 형성돼 청색 발광 특성이 나타나는 것임을 확인했다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com
