그래핀 상용화 걸림돌 ‘나노구멍’ 자기조립 현상으로 해결?
그래핀 상용화 걸림돌 ‘나노구멍’ 자기조립 현상으로 해결?
  • 이웃집과학자
  • 승인 2022.03.07 12:11
  • 조회수 4711
  • 댓글 1
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디스플레이에 쓰이는 발광 소재들은 공기 중의 산소 및 수분에 취약해 이를 차단하기 위한 가스 차단막이 필요하죠. 기존에는 무기물 소재를 가스 차단막으로 이용했습니다. 그러나 여러 번 접는 폴더블 디스플레이 및 스트레처블 디스플레이에는 휘어지고 늘어지는 물성을 가진 새로운 가스 차단막 소재 개발이 필요한데요. 그래핀은 이러한 물성을 가지면서도 거의 모든 가스를 차단할 수 있는 이상적인 구조를 가진 탄소소재입니다. 하지만, 디스플레이 수준으로 크게 만드는 과정에서 생기는 수많은 나노구멍들에 의해 가스 차단성이 현저히 떨어지는 단점이 상용화에 걸림돌입니다.

 

최근 한국과학기술연구원 기능성복합소재연구센터 안석훈 박사 연구팀이 가천대학교 화학과 김명종 부교수, 한양대학교 화학과 강영종 교수와 공동으로 자기조립* 현상을 이용하여 그래핀의 고유특성을 유지하면서도 그래핀 박막의 나노구멍을 메우는 기술을 개발했다고 밝혔습니다.

* 그래핀 표면위에서 유기물이 스스로 정렬하는 현상

그래핀위에서 스스로 정렬된 유기분자막으로 그래핀의 나노구멍을 막아줌으로써 물분자의 이동통로를 차단하는 것을 보여주는 모식도. 출처 : KIST
그래핀위에서 스스로 정렬된 유기분자막으로 그래핀의 나노구멍을 막아줌으로써 물분자의 이동통로를 차단하는 것을 보여주는 모식도. 출처 : KIST

연구팀은 그래핀을 대면적으로 합성하는 과정에서 발생하는 나노구멍으로 가스차단 효과가 떨어지는 문제를 해결하기 위해 긴 체인구조를 가지는 유기물질들이 그래핀 표면위에서 스스로 정렬하여 유기박막을 형성하는 자기조립 현상을 이용했습니다. 유기박막이 가스분자가 유입되는 이동통로인 그래핀의 나노구멍을 막아줌으로써 수분투과율을 기존 그래핀 가스차단막의 1/700 수준으로 낮추었습니다. 또한 유기박막의 두께를 나노미터 수준으로 제어함으로써 차세대 디스플레이 가스 차단막에 필요한 물성인 투명성과 유연성을 그래핀에서 유지할 수 있었습니다.

그래핀 3장이 적층된 가스차단막 대비 그래핀사이에 정렬된 유기물이 들어간 가스차단막의 경우 수분투과율이 1/700로 낮아져 기판대비 99.9%의 수분차단성을 보임 (좌), 가스차단성을 크게 향상시켰음에도 불구하고 그래핀의 고유 물성인 투명성과 유연성을 그대로 가지고 있는 그래핀/유기물 적층형 가스차단막 사진 (우). 출처 : KIST
그래핀 3장이 적층된 가스차단막 대비 그래핀사이에 정렬된 유기물이 들어간 가스차단막의 경우 수분투과율이 1/700로 낮아져 기판대비 99.9%의 수분차단성을 보임 (좌), 가스차단성을 크게 향상시켰음에도 불구하고 그래핀의 고유 물성인 투명성과 유연성을 그대로 가지고 있는 그래핀/유기물 적층형 가스차단막 사진 (우). 출처 : KIST

KIST 안석훈 박사는 “본 연구를 통하여 개발된 유기물의 자기조립 현상을 적용하여 그래핀의 나노구멍을 메우는 기술은 그래핀의 투명하면서도 잘 휘어지는 고유특성을 유지하면서도 가스 차단성을 크게 높일 수 있다”며 “차세대 가스차단막으로 그래핀의 상용화를 앞당길 수 있을 것”이라고 기대했습니다.

 

연구 결과는 나노소재 분야의 국제학술지인 ‘Nano Letters’ 최신 호에 게재되었습니다.

논문명 : Two-dimensional stacked composites of self-assembled alkane layers and graphene for transparent gas barrier films with low permeability

 


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유휘상 2022-03-26 20:23:25
그래핀이 현존하는 물질중 가장 단단한 물질중 하나인것으로 알고있습니다. 어서 하루라도 빨리 더욱 더 좋은 기술들이 발달되어 실용화가 되어 우리 주변의 물건들이 더 탄탄하게 발전이 되었으면 좋겠습니다! 이런 기술을 만들어주신 과학자분들께 정말 감사를 표합니다.

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