목포대 손석균 교수, 금속 산화물 이용 친환경·대면적 그래핀 전사 기술 개발

아주대·성균관대와 공동 연구, 재료분야 국제 학술지 'Advanced Materials Interfaces' 표지논문 선정

2019. 07.17(수) 13:57

[선정된 Advanced Materials Interfaces 최신호 내부표지 및 물리학과 손석균 교수. 사진:목포대학교 제공]

[한국타임즈 김현숙 기자] 목포대학교(총장 박민서)는 물리학과 손석균 교수가 제 1저자로 참여한 연구가 아주대학교 연구팀(류학기 교수, 이재현 교수), 그리고 성균관대 연구팀(황동목 교수)과의 공동 연구를 통해 삼산화 몰리브덴(molybdenum trioxide, MoO3) 박막을 활용한 대면적 그래핀의 친환경/무결점 전사법을 개발해 소재과학(Materials science) 분야의 권위 있는 학술지 'Advanced Materials Interfaces'의 최신호 (7월9일) 내부 표지로 선정됐다고 밝혔다.

그래핀은 탄소원자들이 육각형의 격자를 이루며 규칙적으로 배열된 구조를 가진 단일원자층 두께의 대표적인 결정성 2차원 물질로, 매우 뛰어난 전기적, 기계적 특성을 가지고 있어 꿈의 신소재로 불리기도 한다. 지난 2009년 화학기상층착법(CVD)을 이용한 대면적 그래핀 합성기술이 국내 연구진에 의해 최초로 개발된 이후 유연 디스플레이 및 전자 소자의 핵심 소재로 사용될 것으로 기대되고 있다.

그래핀을 전자 소재로 활용하기 위해서는 촉매 기판위에서 합성되는 수 센티미터(cm) 이상 크기의 고품질 그래핀을, 원하는 기판위로 전사(transfer)하는 과정이 필수적이다. 하지만, 촉매 기판 그리고 그래핀 보호층을 제거하는 과정에서 결함 및 불순물 등이 생기면서 전사된 그래핀의 전기적 특성 저하가 유발되거나 강한 산 용액 처리 과정으로부터 환경오염 및 그래핀의 표면 오염이 발생하는 문제점들이 존재했다.

연구팀은 기존의 전사방법들이 가진 문제점들을 해결하기 위해 소금과 같이 물에 쉽고 깨끗하게 녹는 특성이 있는 금속 산화물인 삼산화 몰리브덴을 그래핀위에 증착해, 산 용액을 통한 촉매 기판의 제거 없이 그래핀을 촉매 기판으로부터 물리적으로 분리했으며, 그래핀의 전사 이후 깨끗한 물에 담그는 과정을 통해 그래핀을 보호하고 있는 삼산화 몰리브덴(molybdenum trioxide, MoO3)만 깨끗이 제거하는데 성공했다.

손석균 교수는 "이번 기술을 통해 그동안 화학기상증착법(CVD)으로 합성된 대면적/고결정성 그래핀의 상용화를 막는 가장 큰 문제인 전사 공정의 문제점인 오염 및 결함 발생 문제를 해결함과 동시에 산 폐액을 전혀 발생시키지 않는 친환경적인 공정”임을 강조했으며 "현재 활발히 연구되고 있는 CVD기반의 여러 2차원 소재(2D materials)의 전사에도 적용해 재료 자체의 순수한 특성을 그대로 활용한 전자 소자 응용에 활용할 수 있을 것"이라고 설명했다.

이 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민)와 한국연구재단(이사장 노정혜)이 추진하는 나노·소재기술개발사업 및 대통령포스닥펠로우 사업의 지원으로 수행됐다.

[(위 그림) 본 연구 방법의 개략도. CVD를 통해 촉매 기판위에 합성된 대면적의 그래핀을 삼산화 몰리브덴 증착을 통해 손쉽게 분리, 원하는 기판으로 전사 후 초순수물에 넣어두는 간단한 방식을 통해 그래핀을 보호하고 있는 삼산화 몰리브덴을 깨끗이 제거하는 과정. 특히, 기존방법과 달리 전사과정에서 산 폐액이 전혀 발생하지 않으며 촉매 기판을 재활용할 수 있어 친환경적이다. (아래 그림) 그래핀이 합성된 이후 표면의 잔유물이 전혀 남아있지 않으며 약 50회 반복 후에도 동일한 그래핀의 물성을 확인할 수 있다. 사진:목포대학교 제공]

한국타임즈 김현숙 기자 hktimes5@hanmail.net        한국타임즈 김현숙 기자의 다른 기사 보기