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전도성과 유연성, 내구성이 탁월해 꿈의 신소재로 불리는 ‘그래핀’. 휘는 디스플레이 등 차세대 소재로 각광을 받고 있지만 생산 공정이 복잡하고 대량생산이 어려워 상용화에 어려움을 겪고 있는 소재다.
이 같은 문제점을 극복하고 그래핀과 유사한 구조와 특성을 지니면서도 쉽게 대량 생산이 가능한 탄소나노시트가 국내 연구진에 의해 처음으로 개발돼 화제가 되고 있다.
이 소재를 개발한 주인공은 우리대학 나석인 교수(유연인쇄전자전문대학원). 나 교수는 한국과학기술연구원(KIST) 전북분원 조한익 박사와 한국화학연구원 김병각 박사 등과 함께 이 연구를 수행했다.
연구의 참신성과 우수성을 인정받아 나노기술 분야 세계적인 권위지 ‘나노스케일(Nanoscale)’에 1월 21일자 표지 논문으로 게재됐다.
지금까지 품질이 좋고 면적이 수십 인치에 달하는 대면적의 그래핀 제작을 위해서는 금속을 촉매로 사용해 그래핀을 만든 후 다시 금속을 제거한 그래핀을 태양전지 등 다른 기판에 옮기는 후공정 등 8단계의 복잡한 단계를 거쳐야 했다. 그마저도 공정 과정에서 주름과 균열 등 결함이 생겨 품질이 저하되는 우려가 있었다.
그러나 나 교수팀은 플라스틱 원료를 이용해 석영 기판에 고분자 용액을 코팅시켜 열처리를 가하는 2단계 공정만으로 탄소나노시트 개발에 성공했다. 공정 단계가 매우 단순해지고 별도의 후처리 공정 없이 태양전지 등에 바로 사용 가능하며, 결함까지 크게 줄여 품질도 매우 우수할 뿐 아니라 기존 그래핀과 비교해도 성능이나 효율성은 뒤지지 않아 저비용으로 대량생산할 수 있는 길이 열린 것으로 평가되고 있다.
나석인 교수는 “이번 연구는 이미 상용화 되어 있는 탄소섬유 제조공정과 저렴한 플라스틱 원소재를 이용하여 손쉽게 고기능성 이차원 탄소소재를 제조하고 이를 전자소자에 적용한 것으로, 향후 고부가가치 전자소자의 상용화를 위한 탄소소재 대량생산기술 확보에 큰 의미가 있다”고 말했다.
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