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[캠퍼스人+스토리] 성균관대 연구팀, ‘적외선 투과도 99% 이상’ 그래핀 개발 성공

[캠퍼스人+스토리] 성균관대 연구팀, ‘적외선 투과도 99% 이상’ 그래핀 개발 성공

기사승인 2021. 10. 26. 18:54
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유원종 교수 연구팀 개발…기존 그래핀 소재 한계 극복 방법 찾아
가시광 영역에서도 투명성 좋아…"미래 전자 소자 분야 발전 기대"
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아주 얇아 무색을 지닌 신소재 나노 물질, 그래핀(graphene)의 전기전도성과 투과도를 극단적으로 향상시킬 수 있는 투명 전극 소재를 국내 한 대학 연구팀이 개발하는 데 성공했다.

26일 성균관대학교(총장 신동렬)은 성균나노과학기술원 유원종 교수 연구팀(제1저자 최민섭 박사후연구원)이 그래핀의 전기전도성 및 투과도를 높이는 도핑(Doping) 기술을 이용해 적외선 투과도 99% 이상을 지닌 세계 최고 성능의 투명 전극 소재를 개발했다고 밝혔다.

미국 컬럼비아대 교수들(교신저자 James Hone·James Teherani)과 공동으로 진행한 이번 연구에서 연구팀은 상온 UV 오존 처리를 통해 2차원 소재를 산화시켜 얇은 산화막을 만들고, 이를 통해 그래핀의 전기전도도를 향상시키는 기술을 개발했다.

최근 대중화하는 갤럭시 Z폴드나 플립 등 폴더형 스마트폰에 적용하는 다양한 유연소자와, 스마트윈도우(광발색성 유리)와 웨어러블 전자소자 등에 활용하는 투명 전극의 수요는 갈수록 늘어나고 있다. 하지만 지금까지 투명 전극을 대표하는 ITO(Indium Tin Oxide)는 적외선 영역에서 투과도가 현저히 떨어지는 문제가 있었다.

이에 따라 ITO 박막 등을 대체할 물질로 2차원 소재인 그래핀이 각광을 받고 있다. 그래핀은 탄소 원자로만 이뤄진 탄소 동소체를 의미하는 아주 얇은 막을 지닌 나노 신소재 물질이다. 하지만 아직은 전기전도성과 투과도를 획기적으로 높일 기술이 더 필요했다는 게 성균관대의 설명이다.

Nature Electronics 10월호 표지
그래핀의 전기전도성과 투과도를 극단적으로 향상시킬 수 있는 기술을 개발한 성균관대학교 유원종 교수 연구팀의 연구결과를 실은 국제학술지 Nature Electronics의 10월 표지 사진 /제공=성균관대
하지만 유 교수 연구팀은 공정 처리 전 97.2%였던 적외선 영역에서 투과도를 공정 처리 후 99.2% 이상까지 향상시켰다. 또 적외선 뿐만 아니라 가시광 영역에서도 투명성이 좋아 앞으로 미래 전자 소자 분야 발전에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

특히 유 교수 연구팀이 공정 처리한 그래핀은 영하 260도의 극저온에서도 높은 전도성을 안정적으로 유지했고, 텔레커뮤니케이션(원격통신) 파장대에서 높은 투과도와 낮은 광손실 특성을 보유해 전자통신 기술 뿐만 아니라 포토닉스(광자기술) 분야에서도 응용 가능할 것으로 전망된다.

제1저자로 참여한 최민섭 박사는 “이번 연구를 통해 개발한 그래핀의 전도성과 투과도 향상 기술이 상용화되면 투명·유연 전자소자와 5G를 넘는 차세대 전자통신 기술 실현을 위한 핵심동력이 될 것으로 기대한다”고 말했다.

한편 이번 연구 성과는 한국연구재단의 글로벌연구실과 리서치펠로우 사업의 지원을 받아 수행됐고, 지난 22일자 전자공학 분야 국제학술지 Nature Electronics(IF: 33.686, JCR<1%)에 표지 논문으로 채택돼 온라인 게재됐다.
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