꿈의 신소재 '나노 그래핀' 투명필름 신기술 개발

스마트폰의 터치패털 등에 널리 쓰이는 그래핀 투명필름의 두께와 넓이를 원하는 대로 조절할 수 있는 새로운 기술이 국내연구진에 의해 개발됐다.

특히 이 기술은 기존 방법에 비해 원료 사용량이 1만분의 1에 불과하고 얇으면서도 기판을 고르게 코팅할 수 있는 장점이 있다. 전처리 공정이 필요없어 제작시간을 크게 줄이는데도 성공했다.

교과부는 중앙대 화학신소재공학부 장석태 교수팀이 적은 양의 그래핀 용액을 이용, 두께 1나노미터(10억분의 1미터), 면적 11인치 크기의 얇고 넓은 투명필름 제작에 성공했다고 29일 밝혔다.

장 교수팀이 사용한 그래핀은 2차원 탄소 나노 구조체로 실리콘보다 100배 빠르게 전자를 이동시킨다. 강철의 200배에 달하는 강도를 지녔으면서도 유연성이 있고 빛 투과율이 97.7%에 이를 만큼 뛰어나다.

뛰어난 전도율과 내구성 등으로 최근에는 그래핀을 물에 분산시켜 용액을 만들고 이것을 원하는 기판에 코팅, 플렉시블 디스플레이를 만드는데 쓰이면서 주목받고 있다. 투명필름과 투명전극, 고감도 센서 등을 만드는데도 활용되고 있다.

그러나 그래핀 용액을 기판에 원하는 두께와 넓이만큼 고르게 코팅하는 것은 쉽지 않다. 그동안은 스핀코팅, 스프레이코팅, 진공여과법, 다층박막적층법 등을 써 왔으나 그래핀 용액 소요량도 많고 시간도 오래 걸리는 단점이 있었다.

장 교수팀이 개발한 신기술은 기존 방법에 비해 그래핀 용액 사용량을 1만분의 1로 크게 줄이면서도 균일한 두께와 넓이로 고른 코팅을 할 수 있다. 제작시간도 크게 줄였다.

장 교수팀은 신기술 개발에 ‘메니스커스(meniscus)’ 원리를 접목했다. 메니스커스란 액체의 표면이 유리 관벽에 닿을 때 계면장력에 의해 생기는 오목하거나 볼록한 곡면을 말한다.

연구진은 기판을 깔고 그 위에 일정한 각도로 유리 증착판을 놓은 뒤 그 사이로 극소량의 그래핀 용액을 주입했다. 바닥 기판과 유리 증착판 사이에 그래핀 용액으로 가득 찬 오목한 메니스커스가 생기면 유리 증착판을 좌우로 흔들어 그래핀 용액이 기판에 고르게 퍼져나가도록 한 것이다.

장석태 교수는 “유리 증착판의 왕복 횟수, 이동 속도, 그래핀 용액의 농도, 두 기판 사이의 각도에 따라 투명필름 두께를 정확히 조절할 수 있다”며 “그래핀 용액 사용량이 적고 과정이 간단한 것이 특징”이라고 설명했다.

한편 장 교수팀이 개발한 신기술은 재료분야 세계적 권위 학술지인 '저널 오브 머티리얼스 케미스트리(Journal of Materials Chemistry)' 16일자 온라인 속보에 게재됐다.