연구성과
김진곤 교수팀, 플라스틱 가교결합 이용해 그래핀 전자회로 개발
‘플라스틱’으로 그래핀 전자회로 찍어낸다
탄소로 만들어지는 ‘꿈의 물질’ 그래핀은 많은 연구가 진행되고 있지만, 그 기대효과와는 달리 아직까지 상용화하기에 까다로운 조건들이 많다. 특히 원하는 모양대로 패턴을 만들 수 있어야 하는 전자회로의 경우, 그래핀이 회로화되는 식각 과정에서 산화되면서 성능이 저하돼 어려움을 겪었다.
화학공학과 지능형 블록공중합체 연구단 김진곤 교수(57)․박사과정 박범진(30) 연구팀은 표준과학원 박재성 박사(35), 울산과학기술원 김광수 교수(65), 서울대 홍병희 교수(44), 2010년 노벨 물리학상 수상자인 영국 맨체스터 대학의 K.S. 노보셀로프(Novoselov, 40) 연구팀과 함께 원하는 모양대로 바닥에서부터 그래핀을 쌓이게 하는 바텀업(bottom-up) 공정기술을 개발해 나노분야 권위지 ACS Nano지 온라인판을 통해 발표했다.
이기술을 이용하면 그래핀을 미리 합성한 뒤 원하는 모양으로 깎아내야 하는 식각 공정 없이도 그래핀 전자회로를 만들 수 있다.
그래핀 전자회로를 만들기 위해 연구팀은 패턴의 일부를 경화시킨 고분자 박막을 그래핀이 성장할 때 필요한 탄소 소스(source)로 이용했다. 여기서 사용된 것은 폴리스타이렌이란 플라스틱으로 흔히 생활용품이나 장난감, 요구르트용기 등에 사용되며 실생활에서 보듯 고온에서는 녹아버린다.
하지만 이 소재를 경화시키면 열적안정성이 올라가 고온에서도 녹지 않고 비정질 탄소로 바뀌는데 경화되지 않은 폴리스타이렌은 그래핀으로 바뀐다. 이러한 성질을 이용해 연구팀은 원하는 패턴에 경화폴리스타이렌과 비(非)경화폴리스타이렌을 배열, 그래핀 패턴을 만드는데 성공했다.
연구를 주도한 김진곤 교수는 “이번 연구성과는 그래핀의 우수한 성질을 유지하면서 전자회로를 만들어 실제 그래핀 소자를 양산할 수 있는 새로운 시도라는 점에서 큰 의의가 있다”며 “이 연구내용은 특히 그래핀을 기반으로 한 유연 전자소자의 상용화에 중요한 원천기술로 후속연구에 큰 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.
한편, 이 연구성과는 미래창조과학부가 지원하는 ‘창의적 연구진흥사업’과 ‘국가과학자지원사업’의 지원 아래 수행됐다.
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