목포대학교(총장 박민서)는 물리학과 손석균 교수가 제 1저자로 참여한 연구가 아주대학교 연구팀, 그리고 성균관대 연구팀과의 공동 연구를 통해 삼산화 몰리브덴 (molybdenum trioxide, MoO3) 박막을 활용한 대면적 그래핀의 친환경/무결점 전사법을 개발하여 소재과학(Materials science) 분야의 권위 있는 학술지 ‘Advanced Materials Interfaces’의 최신호 (7월 9일자) 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 핵심소재로 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 (1) 산 용액을 통한 촉매 기판의 제거 없이 그래핀을 촉매 기판으로부터 물리적으로 분리했으며 (2) 그래핀의 전사 이후 깨끗한 물에 담그는 과정을 통해 그래핀을 보호하고 있는 삼산화 몰리브덴만 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 것이다"고 설명했다.
이 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민)와 한국연구재단(이사장 노정혜)이 추진하는 나노·소재기술개발사업 및 대통령 포스닥펠로우 사업의 지원으로 수행됐다.
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