인천대 교수, 신소재 ‘그래핀’ 결함 치료법 개발 한 몫

이한보람 교수, 美스텐포드대 등과 연구성과 ‘네이처’ 게재

구멍 난 양말에 바느질하듯 그래핀 결함을 치료할 수 있게 됐다.

인천대학교는 신소재공학과 이한보람(34·사진)교수를 비롯해 UNIST 자연과학부 김관표(32)교수, 미국 스탠포드대의 제난 바오·스테이시 벤트 교수 등 공동연구팀이 특정 금속을 그래핀 결함에 선택적으로 증착, 결함을 치유하는 방법을 개발했다고 10일 밝혔다.

그래핀은 이차원 탄소 원자구조를 갖는 나노 재료로 기계·전기적 특성이 매우 뛰어나 ‘꿈의 신소재’로 평가받고 있다.

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

이러한 결함을 해결하기 위해 그래핀에 금속을 증착하려는 시도들이 있었으나 기존의 방법으로는 그래핀의 결함 위치와 관계없이 비선택적으로 금속이 증착돼 결함 치유가 효과적이지 못했다.

공동연구팀은 대면적 그래핀의 결함에서만 발생하는 특수한 화학적 특성을 이용해 특정 금속을 정교하게 결합시켜 그래핀의 결함을 치유했다.

그래핀 결함 부위는 가스(Gas)와 반응성이 커 ‘백금 전구체’ 가스를 흘려줄 경우 결함 부분에 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 보여 줬다.

특히 이번 연구 결과는 세계적 과학저널인 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 ‘Selective metal deposition at graphene line defects by atomic layer deposition’라는 제목으로 지난 2일 게재됐다.

이한보람 교수는 “이번 기술은 그래핀을 이용해서 태양전지나 디스플레이 소자를 제작하는 대면적 기술에 사용하기 위해서는 필수불가결한 후속 공정 기술이 될 것”이라며 “백금뿐 아니라 다른 값싼 금속도 적용 가능하다. 현재 다른 값싼 금속으로 본 결함 치유 특성을 얻는 연구 결과가 완성 단계”라고 말했다.