국내 연구진이 휘어지는 유연한 디스플레이에 적용할 수 있는 투명전극용 대면적 그래핀 합성 기술을 개발했다.
한국전자통신연구원(ETRI)은 27일 소재부품창의연구실 최춘기 박사팀이 면저항·투과도 특성을 동시에 제어하면서 4인치 크기의 대면적 고품질 그래핀을 합성하는 기술을 개발했다고 밝혔다.
그래핀은 탄소 원자들이 육각형 벌집 모양으로 배열된 얇은 막 형태 나노소재로 두께가 머리카락의 100만분의 1 수준인 0.3㎚(㎚=10억분의 1ｍ) 정도로 얇으면서도 전도성, 투과도, 유연성 등이 우수해 미래 전자소재로 주목받고 있다.
현재 투명전극 소재로는 주석인듐산화물(ITO)가 많이 쓰이지만 이를 휘어지는 디스플레이에 사용하면 깨짐 현상이 나타나는 등 문제가 많아 그래핀과 메탈메쉬, 나노와이어 등이 대체재로 부상하고 있다.
그래핀은 투과도는 우수하지만 면저항이 높아 디스플레이를 터치할 때 정확한 위치에 잘 눌러지지 않고 높은 전압이 요구되는 단점이 있다.
연구진은 그래핀 합성 촉매로 사용돼온 구리(Cu) 대신 구리-니켈(Ni) 합금 촉매를 이용해 면저항과 투과도 특성을 조절하면서 그래핀을 대면적으로 합성하는 데 성공했다.
구리-니켈 합금 촉매의 비율을 제어하면서 합성한 그래핀은 단일층 그래핀과 다층 그래핀이 함께 존재해 단일층 그래핀을 반복적으로 쌓아 다층 그래핀을 만드는 방법보다 공정상 효율과 수율 면에서 큰 장점이 있다고 연구진은 설명했다.
연구진은 이렇게 합성한 `다층-단일층 그래핀 패턴`은 투명도를 85∼97.6%까지 조절할 수 있고 면저항은 150Ω/sq로 상용화가 가능한 수준이라고 밝혔다. 이 기술은 휠 수 있는 디스플레이나 전극이 사용되는 태양전지, 각종 단말기 등에 사용할 수 있다고 말했다.
연구책임자인 최춘기 박사는 “현재 수준은 투과도는 좋지만 면저항이 커서 화학물질이나 금속 입자를 그래핀에 첨가해 결함을 없애고 면저항을 낮추는 연구가 추가로 필요하다”면서 “상용화를 위해 저가 터치패널 제조사와 기술이전을 협의 중”이라고 말했다.
ETRI 창의연구실사업 지원으로 수행된 연구 결과는 국제학술지 `사이언티픽 리포트(Scientific Report, 4월 15일자)에 게재됐다.
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