더 쉬운 그래핀 결함 치유 방법 개발

구멍 난 양말에 바느질 하듯이 정확한 위치에 그래핀 결함을 치유하는 방법이 개발됐다. 꿈의 신소재로 각광받는 그래핀의 대면적 제작이 용이해질 전망이다.

김관표 UNIST 교수와 이한보람 인천대 교수, 미국 스탠퍼드대 제난 바오, 스테이시 벤트 교수 공동 연구팀은 특정 금속을 그래핀 결함에 선택적으로 증착해 결함을 치유하는 방법을 개발했다.

그래핀은 이차원 탄소 원자구조를 갖는 나노재료로 기계적, 전기적 특성이 매우 뛰어나 ‘꿈의 신소재’로 불린다.

다만 그래핀을 태양전지나, 디스플레이, 센서 등에 적용하기 위해서는 대면적으로 제작해야 하는데 대면적으로 만들 경우 결정 사이 경계면이 생기거나 금이 가는 등 결함이 발생해 그래핀의 우수한 특성이 저하된다.

이같은 결함을 해결하기 위해 그래핀에 금속을 증착하려는 시도가 있었지만 그래핀 결함 위치와 관계없이 비선택적으로 금속이 증착돼 효과적이지 못했다.

공동연구팀은 대면적 그래핀의 결함에서만 발생하는 특수한 화학적 특성을 이용해 특정 금속을 선택적으로 결합시켜 그래핀 결함을 치유했다. 그래핀 결함 부위는 가스(Gas)와 반응성이 큰데 ‘백금 전구체’라는 가스를 결함 부위에만 정교하게 흘려줄 경우 결함 부위에만 선택적으로 흡착된다. ‘백금 전구체’는 고온에서 산소와 반응 시 백금을 생성하는 가스다.

이를 통해 전도도가 높은 백금을 결함 부위에만 생성시켜 결함을 치유하고 성능을 향상시켰다. 그 결과 기존 그래핀보다 3배 이상 향상된 전극 및 가스 센서의 성능을 보였다.

김관표 UNIST 교수는 “그래핀 결함 치유뿐만 아니라 성능도 개선시켰다”라며 “이번 연구에는 백금을 선택해 증착했는데 금, 은 등 다른 금속의 증착도 가능해 결함 치유뿐만 아니라 다양하게 응용 가능하다”이라고 말했다.