KAIST, 은으로 그래핀의 결함 메우는 기술 개발

은을 증착시켜 그래핀에 발생한 결함을 없애는 기술이 개발됐다. 그래핀을 음극(cathode)에 연결한 후 직류 전류를 가하면 용액 속의 금속 이온이 그래핀의 결함 부분에 선택적으로 환원되며 증착하는 원리를 이용했다. 이 기술로 그래핀의 전기적, 기계적 특성을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.

KAIST는 기계공학과 김택수 교수 연구팀이 금속 입자를 통해 그래핀의 결함을 없앨 수 있는 기술을 개발했다고 20일 밝혔다.

그래핀은 투명전극, 기체투과방지막, 디스플레이 등 다양한 분야에 적용이 되고 있다. 하지만 기존 화학기상증착법으로 합성된 그래핀은 결정립 경계(용융 금속이 응고 시 성장하면서 서로 만나는 곳에서 생기는 경계면) 및 핀 홀(작은 부풀음, 구멍) 등 많은 결함을 내재하고 있어 그래핀의 전기적, 기계적 특성이 저하될 수 있는 문제를 가지고 있었다.

연구팀은 문제 해결을 위해 전기 도금 방식과 거의 유사한 전기화학적 증착 방식을 이용해 금속 이온이 그래핀 결함 부분에 선택적으로 환원되며 증착하도록 했다. 증착된 은 입자는 결함 사이를 전기적, 기계적으로 연결해주는 역할을 해 그래핀의 전기전도도 및 연신율을 향상시키는 결과를 얻었다. 연구팀은 특히 다층 그래핀의 경우 전기전도도가 약 11.54배, 연신율이 약 61% 가량 증가함을 확인했다.

이 방식을 이용하면 전도성 기판 뿐 아니라 세라믹, 고분자 등의 절연 기판에서도 똑같이 금속이 그래핀의 결함에 선택적으로 증착된다. 또 이 치유법은 인장(引張)이나 스크래치 등 물리적인 압력에 의해 의도적으로 손상된 그래핀에도 적용 가능한다.

연구팀은 투과도 감소, 전기 도금 공정의 최적화 등이 해결된다면 고품질 대면적 그래핀의 품질 관리 기술, 그래핀 기반의 유연전자소자 등에 적용 가능할 것이라고 밝혔다.