[투데이에너지 송두환 기자] 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 광전소재연구단 송용원 박사 연구팀이 통신용 레이저를 이용하여 광소자 내에 그래핀을 합성하는데 성공했다고 밝혔다.
그래핀은 전기전도도, 강도, 유연성 등이 뛰어나며 가격경쟁력까지 갖춰 투명전극 소재로 각광받고 있다. 흑연을 박리해 손쉽게 제작할 수 있지만 전사 공정에서 품질이 떨어지고 손상이 발생해 연구에 걸림돌이 되어 왔다. 전사(transfer) 공정이란 그래핀을 실제 사용하는 기판 위로 옮기는 일련의 과정을 가리킨다.
연구팀은 탄소가 함유된 니켈 층을 가열하면 탄소가 니켈 층 밖으로 나오면서 그래핀이 형성되는 현상에 착안했다. 연구팀은 니켈 층이 코팅된 광섬유에 통신용 레이저를 쬐는 방식을 통해 직접 그래핀을 합성하는 방법을 찾아냈다.
연구팀이 개발한 그래핀 합성법은 전사의 과정이 필요 없고, 통신용 레이저 이외의 에너지원 혹은 까다로운 합성조건이 요구되지 않으며, 그래핀의 모양과 위치 제어가 가능하다는 장점이 있다. 또 가열점 이외의 공간에는 영향을 주지 않아 추후에 플렉시블 기판에도 적용이 가능하다.
KIST는 이번 연구가 초고속 데이터 송신에 쓰이는 광학소자 및 초소형 전자 소자 등의 발전을 앞당길 것으로 전망했다. 니켈 층을 제거해 순수한 그래핀 층을 얻을 수 있어 다양한 곳에 응용이 가능하다는 점이 가장 큰 장점이다.
연구진은 그래핀의 합성에 있어서 가장 기본적으로 사용되는 라만 분석과 더불어, 전자 현미경을 통한 미세 이미지 관찰, 원자간 결합력 검사를 통한 생성 결합의 정량적 분석 등을 통해 그 성분을 분석한 결과 그래핀이 성공적으로 합성되었음을 증명했다.
제1저자인 Pulak C. Debnath KIST 학생연구원은 “그래핀이 광학소자 내에 직접적으로 합성된 것은 처음이다”라며, “앞으로 초고속 초대용량 데이터 전송·저장·처리에서 실리콘 기술이 갖는 한계를 극복하는데 큰 도움이 될 것”이라고 밝혔다.
연구내용은 ‘Advanced Optical Materials’ 최신호에 게재되었다. 논문명은 “In Situ Synthesis of Graphene with Telecommunication Lasers for Nonlinear Optical Devices”이다.