간단하고 빠른 그래핀 필름 제조법 개발

김상욱 IBS 그룹리더팀, 2차원 자기조립 기술 개발

김상욱 그룹리더

아주경제 이한선 기자 = 국내 연구진이 간단하고 빠른 그래핀 필름 제조법을 개발했다.

미래창조과학부와 기초과학연구원(IBS)은 나노물질 및 화학반응 연구단 김상욱 그룹리더팀(KAIST 교수)가 특별한 장치 없이 용액 속에 녹아있는 그래핀과 나노입자들이 계면에서 스스로 조립돼 큰 면적의 그래핀 필름을 형성하도록 유도하는 새로운 방법을 개발했다고 5일 밝혔다.

연구팀은 그래핀 용액을 혼합한 물에 물과 일부 섞일 수 있는 휘발성 유기용매를 소량 첨가해 증발시키는 간단한 방법으로 와인잔에 나타나는 와인의 눈물로 알려진 마랑고니 효과와 자연대류 현상을 동시에 발생시켜 자동적으로 수 분 안에 수십 센티미터 이상의 투명한 전도성 나노 필름이 형성되게 했다.

이번 연구성과는 미국화학회가 발간하는 재료공학 분야 권위지인 나노레터스 지난달 13일자 온라인에 게재됐고 12일 발간하는 3월호 저널에 실릴 예정이다.(제1저자 : IBS 나노물질 및 화학반응 연구단 심종원 박사과정 연구원, 공동교신저자 : IBS 나노물질 및 화학반응 연구단 김상욱 그룹리더, 이기라 성균관대학교 화학공학과 교수, 뉴욕대 물리학과 데이비드 J. 파인 교수)

이번 성과는 저렴하게 제조할 수 있는 그래핀 나노 분산액을 이용해 간단하게 높은 투명도를 갖는 나노두께의 대면적 그래핀 필름을 형성하는 저렴하고 에너지 친화적인 방법이다.

지금까지 개발된 그래핀 코팅이나 필름 제조 방법은 복잡한 과정을 거쳐야하고 많은 시간이 소요되는 단점이 있었다.

고품질 그래핀은 200도에 가까운 고온이 아니면 증발되지 않는 제한적인 유기용매에만 고농도로 분산돼 화학적 기상증착법(CVD)에 의해 금속 위에서 그래핀 필름을 합성하거나 산화그래핀을 제조한 뒤 수상에 고농도 분산해 코팅 또는 필름을 제조하는 방법이 사용됐다.

신규로 개발한 그래핀 필름 제조법은 특별히 고가의 장치를 필요로 하지 않고 제조한 그래핀 필름의 후처리 과정에서도 별도의 분리공정이나 환원공정을 거치지 않아도 되기 때문에 보다 간편하고 저렴하게 다양한 소재의 표면에 그래핀 필름을 위치시킬 수 있는 것이 특징이다.

이 방법을 이용하면 기존에 나노두께의 필름 제조가 어려웠던 다양한 유기․무기 나노입자들의 단독 혹은 복합 필름 제조가 가능하고 필름 형성과정에서 그래핀에 금, 팔라듐 등의 금속 나노입자를 붙일 수 있어 다양한 특성을 갖는 나노박막의 제조 및 소재의 표면처리에 활용할 수 있다.

이번 연구성과는 자연계에서 일어나는 유체현상을 이용해 용액 중 분산된 나노입자를 매우 짧은 시간 안에 스스로 필름의 형태로 성장시키는 제어기술의 새로운 지평을 열어 앞으로 화학공학 분야와 소재 및 바이오 분야 발전에 중요한 기술적 기반을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.