표면 편평도 높이고… 공정 처리시간 단축
그래핀 기반 전극ㆍ센서소재분야 적용 기대
그래핀 기반 전극ㆍ센서소재분야 적용 기대
■ 사업화 유망 히든 테크
반도체나 디스플레이 등의 차세대 소재로 주목받는 그래핀을 넓은 면적으로 만드는 과정은 첨단 기술을 적용해도 어려운 작업이다.
원자 한 개 층 두께의 얇은 막인 그래핀을 고르게 만들고 원하는 기판에 옮기는 과정이 복잡하고 어렵기 때문이다.
현재 선보인 대면적 그래핀 합성기술인 화학기상증착법(CVD)은 1000℃의 고온에서 금속기판 위에 그래핀을 합성한 후 원하는 기판으로 옮기는 전사작업을 거친다.
그래핀을 기판에 옮기는 과정에서 찢어지거나 구겨지기도 하고, 전사 과정에서 붙은 고분자 찌꺼기가 문제가 되기도 한다.
이 찌꺼기는 그래핀 특성에 영향을 미쳐 응용시 문제를 일으키는 경우가 많다.
한국화학연구원 이정오ㆍ최원진 연구원 팀은 기판에 전사한 후 그래핀 위에 남은 불순물을 마치 먼지털이개로 먼지를 털어내듯 간편하게 제거하는 기술을 개발했다.
그래핀을 금속판에서 원하는 기판으로 옮기기 위해서는 금속판 위에 덮인 그래핀에 풀을 칠하듯 고분자층을 코팅하는데, 이 층을 없앤 후에도 불순물이 남아 이를 없애는 기술 개발이 활발하다.
이전에는 기판에 전사된 그래핀을 300∼600도의 고온, 진공에서 약 20∼30분간 열처리해 찌꺼기를 없애거나, 원자현미경 팁 등 미세 도구를 이용해 그래핀 표면을 기계적으로 긁어내는 기술이 소개됐다.
이는 플렉시블 소자나 디스플레이에 적용하기 힘들거나 속도가 늦다는 단점이 있다.
아세트산, 클로로폼 등 유기용매를 사용해 닦아내는 방법은 오염 처리가 잘 되지 않는다는 문제가 있다.
이 박사는 정전기를 이용해 간단하게 문제에 접근했다.
원통 형태 구조물에 정전기를 많이 갖고 있는 벨벳 등의 천을 씌운 후 그래핀 표면과 직접 접촉하지 않도록 약간 간격을 띄운 상태에서 문질러 주는 것. 이 과정에서 천의 마이크로파이버가 갖고 있는 양전하에 의해 그래핀 표면 고분자들이 정전기적 인력에 의해 끌어당겨지거나, 천이 갖고 있는 정전력에 의해 녹아 그래핀 표면을 클리닝하는 효과가 발생한다.
이 박사는 "크리닝된 그래핀 표면을 전자현미경과 원자현미경(AFM)으로 들여다보면 표면의 편평도는 크게 증가하고 그래핀의 두께는 얇아진 것을 확인할 수 있다"고 설명했다.
이 기술은 상온 대기 중에서 이뤄지기 때문에 별도의 장비가 필요 없고, 플라스틱 같은 플렉시블 기판 생산공정에 적용이 가능하다.
1회 공정에 걸리는 시간도 5분 이하로 짧다.
천을 이용해 액정막을 배향하는 LCD 생산장비를 변형해 장비를 만들 수도 있을 전망이다.
이 박사는 "이 기술은 그래핀 상업화를 위해 반드시 필요한 핵심기술로, 그래핀 기반 전자소자나 전극소재, 센서소재, 배리어 소재 등 청정 그래핀을 필요로 하는 모든 분야에서 사용할 수 있다"며 "실험실 수준의 연구는 완료단계이며, 상업화를 위해 장비와 공정 규모를 키우는 스케일업 과정에 나설 것"이라고 말했다.
이 박사는 미래창조과학부의 연구성과 사업화 지원사업의 지원 하에 기술사업화에 나설 계획이다.
안경애기자 naturean@
반도체나 디스플레이 등의 차세대 소재로 주목받는 그래핀을 넓은 면적으로 만드는 과정은 첨단 기술을 적용해도 어려운 작업이다.
원자 한 개 층 두께의 얇은 막인 그래핀을 고르게 만들고 원하는 기판에 옮기는 과정이 복잡하고 어렵기 때문이다.
현재 선보인 대면적 그래핀 합성기술인 화학기상증착법(CVD)은 1000℃의 고온에서 금속기판 위에 그래핀을 합성한 후 원하는 기판으로 옮기는 전사작업을 거친다.
그래핀을 기판에 옮기는 과정에서 찢어지거나 구겨지기도 하고, 전사 과정에서 붙은 고분자 찌꺼기가 문제가 되기도 한다.
이 찌꺼기는 그래핀 특성에 영향을 미쳐 응용시 문제를 일으키는 경우가 많다.
한국화학연구원 이정오ㆍ최원진 연구원 팀은 기판에 전사한 후 그래핀 위에 남은 불순물을 마치 먼지털이개로 먼지를 털어내듯 간편하게 제거하는 기술을 개발했다.
그래핀을 금속판에서 원하는 기판으로 옮기기 위해서는 금속판 위에 덮인 그래핀에 풀을 칠하듯 고분자층을 코팅하는데, 이 층을 없앤 후에도 불순물이 남아 이를 없애는 기술 개발이 활발하다.
이전에는 기판에 전사된 그래핀을 300∼600도의 고온, 진공에서 약 20∼30분간 열처리해 찌꺼기를 없애거나, 원자현미경 팁 등 미세 도구를 이용해 그래핀 표면을 기계적으로 긁어내는 기술이 소개됐다.
이는 플렉시블 소자나 디스플레이에 적용하기 힘들거나 속도가 늦다는 단점이 있다.
아세트산, 클로로폼 등 유기용매를 사용해 닦아내는 방법은 오염 처리가 잘 되지 않는다는 문제가 있다.
이 박사는 정전기를 이용해 간단하게 문제에 접근했다.
원통 형태 구조물에 정전기를 많이 갖고 있는 벨벳 등의 천을 씌운 후 그래핀 표면과 직접 접촉하지 않도록 약간 간격을 띄운 상태에서 문질러 주는 것. 이 과정에서 천의 마이크로파이버가 갖고 있는 양전하에 의해 그래핀 표면 고분자들이 정전기적 인력에 의해 끌어당겨지거나, 천이 갖고 있는 정전력에 의해 녹아 그래핀 표면을 클리닝하는 효과가 발생한다.
이 박사는 "크리닝된 그래핀 표면을 전자현미경과 원자현미경(AFM)으로 들여다보면 표면의 편평도는 크게 증가하고 그래핀의 두께는 얇아진 것을 확인할 수 있다"고 설명했다.
이 기술은 상온 대기 중에서 이뤄지기 때문에 별도의 장비가 필요 없고, 플라스틱 같은 플렉시블 기판 생산공정에 적용이 가능하다.
1회 공정에 걸리는 시간도 5분 이하로 짧다.
천을 이용해 액정막을 배향하는 LCD 생산장비를 변형해 장비를 만들 수도 있을 전망이다.
이 박사는 "이 기술은 그래핀 상업화를 위해 반드시 필요한 핵심기술로, 그래핀 기반 전자소자나 전극소재, 센서소재, 배리어 소재 등 청정 그래핀을 필요로 하는 모든 분야에서 사용할 수 있다"며 "실험실 수준의 연구는 완료단계이며, 상업화를 위해 장비와 공정 규모를 키우는 스케일업 과정에 나설 것"이라고 말했다.
이 박사는 미래창조과학부의 연구성과 사업화 지원사업의 지원 하에 기술사업화에 나설 계획이다.
안경애기자 naturean@
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