성균나노과학기술원 유원종 교수 연구팀,

세계 최고 수준의 그래핀 적외선 투과도 달성

- 투명 및 유연 전자소자, 5G를 넘는 차세대통신 기술을 실현하기 위한 핵심동력 될 것으로 기대

- 최우수 국제학술지 Nature Electronics 10월 22일 표지 논문으로 게재

- 미국 컬럼비아대학과 첨단소재 분야 공동연구 결과

[그림1] 유원종 교수, 최민섭 박사, James Hone 교수, James Teherani  교수

성균관대학교(총장 신동렬) 성균나노과학기술원 유원종 교수 연구팀(제1저자 최민섭 박사후연구원)이 미국 컬럼비아대학(교신저자 James Hone 교수 및 James Teherani 교수)과 공동으로 그래핀의 전기전도성 및 투과도를 극단적으로 향상시킬 수 있는 도핑 기술을 개발해 세계 최고 성능의 적외선 투과도(99% 이상)를 갖는 투명 전극 소재를 개발했다.

갤럭시 Z폴드나 플립과 같이 다양한 유연소자와 스마트윈도우, 입는 전자소자와 같은 투명 전극의 활용성이 최근 갈수록 확대되고 있다. 하지만 이러한 투명 전극을 대표하는 ITO의 경우 적외선 영역에서 투과도가 현저히 떨어지는 문제가 있어, ITO를 대체할 물질로 2차원 소재인 그래핀이 각광을 받지만 전기전도성과 투과도를 획기적으로 높일 기술이 필요한 실정이다.

이에 연구팀은 간단한 상온 UV 오존 처리를 통해 2차원 소재를 산화시켜, 이 얇은 산화막으로 그래핀의 전기전도도를 향상시키고 적외선 영역에서의 투과도를 획기적으로 높일 수 있는 기술을 개발하였다.

연구팀이 개발한 기술을 활용했을 때 공정 처리 전에는 투과도가 97.2%이던 그래핀이 처리 후에는 99.2% 이상으로 나타나, 적외선 영역에서의 투과도를 향상시키는 것을 확인했다. 적외선 뿐 아니라 가시광 영역에서도 아주 투명하기 때문에 향후 스마트 윈도우, 투명 전극 등과 같이 미래 전자 소자 분야에 기여할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.

[그림2] 공정 전과 후의 투과도 측정 결과 비교

이렇게 처리된 그래핀은 –260도의 극저온에서도 안정적으로 높은 전도성을 나타내었으며, 텔레커뮤니케이션 파장대에서 매우 높은 투과도와 낮은 광손실 특성을 나타내어 향후 차세대 전자통신 기술 및 포토닉스 분야에서도 응용 가능할 것으로 보인다.

연구의 1저자인 최민섭 박사는 “본 연구에서 개발한 그래핀의 전도성 및 투과도 향상 기술이 상용화된다면 투명 및 유연 전자소자, 5G를 넘는 차세대 전자통신 기술을 실현하기 위한 핵심동력 될 것으로 기대한다”고 말했다.

본 연구 성과는 한국연구재단의 글로벌연구실과 리서치펠로우(2016K1A1A2912707, 2018R1A6A3A11045864) 사업의 지원을 받아 수행되었으며, 전자공학 분야 국제학술지 Nature Electronics(IF: 33.686, JCR<1%)에 10월 22일(금) 표지 논문으로 채택되어 온라인 게재되었다.