꿈의 나노 물질 ‘그래핀’ 제조·패턴화 일괄 공정기술 개발 성공

초전도 꿈의 나노 물질인 그래핀 상용화를 앞당길 수 있는 기술이 국내 연구진을 통한 연구로 개발에 성공했다. 안성일 교수 연구팀(신라대)이 반응성 자기조립 기술을 통해 커다란 면적의 그래핀 박막 제조 및 유연 기판 이동, 패턴화 등이 가능한 일괄 공정 기술을 국내 처음으로 개발했다. 

‘그래핀’은 벌집 모양으로 결합된 탄소 원자 한 층으로 이루어진 물질로 구리보다 100배 이상, 실리콘보다 100배 이상 전자 이동이 빠르다. 강철보다 200배 이상 강하면서도 투명하고 유연하며 전도가 높아 차세대 전자 소자에 응용 가능성이 높아 ‘꿈의 물질’로 불린다. 

연구팀은 먼저 반응성 자기조립(RSA: Reaction Based Self-Assembly) 기술을 개발했다. 반응성 자기조립은 자기조립(소재가 특정 조건에서 스스로 균일한 구조로 결합하는 현상) 특성이 없는 산화그래핀 용액과 환원제를 섞어 밀폐한 후 50~80℃ 정도의 열을 가해 자기조립 특성이 있는 그래핀 박막을 생성하는 기술이다. 이 연구 결과는 세계적 학술지 네이처의 자매지, 사이언티픽 리포트(Scientific Reports)에 지난 12월 발표됐다. 

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▲ (a) 반응성 자기조립 방법으로 제조된 웨이퍼 크기의 그래핀 박막, (b) 유연기판으로 이동(transfer)된 그래핀 막, (c) 패턴된 접착막을 이용하여 제조된 웨이퍼 크기의 그래핀 패턴 막.
이 기술은 기존 고온(800℃ 이상)의 진공 상태에서 기체 화합물을 반응시켜 얻는 화학증기상 증착법(CVD) 그래핀 박막과는 달리 낮은 온도에서 기계적 장치 없이 화학적으로 대 면적 그래핀 박막을 제조하는 기술로 CVD법 그래핀이 가지는 유연 기판 이동 및 패턴화 공정 등의 어려움을 극복할 수 있는 기술이다. 

연구팀은 반응성 자기조립 기술로 생성된 그래핀 박막과 유리 기판 사이에 물 분자(수증기)를 주입해 그래핀 박막을 다른 기판(유연 기판 등)으로 쉽게 이동시키고, 접착식 패턴 테이프를 이용해 ±10μm(미크론)의 정밀도를 가지는 초간단 대면적 패터닝(회로에 전선을 깔듯이 반도체 위에 전기 신호를 보내기 위한 선을 만드는 것) 공정도 동시 개발했다.  
  
안성일 교수는“새로 개발한 반응성 자기조립 기술은 그래핀 소재의 상용화 토대 마련에 획기적인 성과로서 앞으로 IT 및 최첨단 기술 등 향후 미래 기술에도 적용할 수 있을 것으로 기대한다”고 연구의 의의를 밝혔다. 

전기전자 소재 분야, 보호막 필름 연구, 철강 소재 산화 방지막 연구 등 다양한 응용연구에 적용될 것으로 기대된다. 

[김들풀 기자  itnews@itnews.or.kr]