중앙대, 초균일 산화그래핀 박막필름 제조 성공...'세계 최초'

"에너지·전기전자 분야 활용 기대"

김태형 중앙대 융합공학부 교수(왼쪽)와 김철휘 박사 과정생. [사진=중앙대 제공]

김태형 중앙대 융합공학부 교수 연구팀이 산소 플라스마를 활용해 표면 거칠기를 1㎚(나노미터·1㎚는 10억분의 1m) 미만으로 제어한 '초균일 산화그래핀 박막 필름(UGTF)'을 만드는 데 성공했다. 바이오 센서·유전자(DNA) 시퀀싱 등 생체의학적 적용에 더해 플렉서블 디스플레이와 폴더블 디바이스 개발 산업, 이차전지 분야 등 다방면에 활용될 것으로 기대된다.

중앙대는 23일 김 교수팀이 산화그래핀 농축 현탁액을 이용해 제조한 산화그래핀 필름에 특정 조건의 산소 플라스마를 활용해 표면 거칠기(RMS)를 1㎚ 미만으로 제어한 '초균일 산화그래핀 박막 제조 기술'을 세계 최초로 보고했다고 밝혔다.

산화그래핀은 현탁액 상에서 불규칙한 모양과 크기를 가지는 다각형 2차원 파편으로 존재한다. 이 때문에 파편들을 모아 균일한 두께의 필름을 구성하기 어렵다. 2차원 물질 초박막 코팅에 가장 유리하다고 알려진 CVD(Chemical Vapor Deposition) 기술을 이용해 제작한 대면적 그래핀 필름도 RMS를 0.5㎚ 미만으로 제어한 사례는 찾아보기 힘들다.

연구팀은 산화그래핀 현탁액을 전열 처리해 커피링 효과가 억제된 필름을 제조했다. 여기에 기체 농도와 전력이 제어된 새로운 형태의 산소 플라스마(LOLP)를 처리했다. 이에 따라 산화그래핀 파편을 잘게 쪼갠 초균일 산화그래핀 박막 필름을 완성했다.

연구팀이 개발한 UGTF 특징은 매우 균일한 표면을 가진다. UGTF는 0.52㎚ 정도의 RMS를 보였다. 제조 과정이나 조건에 따라 5~10㎚까지 두께를 조절할 수 있다.

김 교수는 "UGTF는 흔히 사용하는 현탁액 상태의 산화그래핀을 기반으로 제작이 가능해 이황화몰리브덴(MoS₂)·이황화텅스텐(WS₂) 같은 다양한 종류의 2차원 물질에도 적용할 수 있다"고 말했다. 이어 "2차원 물질을 기반으로 한 생체의학적 적용과 에너지, 전기·전자 분야에 다양하게 활용될 것으로 기대한다"고 덧붙였다.

이번 연구는 과학기술정보통신부의 바이오의료기술 개발사업·신진연구자 지원사업·기초연구실 지원사업을 통해 진행됐다. 박사 과정인 김철휘씨가 제1저자, 김 교수가 교신저자로 참여했다. 같은 대학 융합공학부 손형빈 교수와 최윤·권민경 학생, 한유중 나노베이스 연구원, 루오쩡탕 홍콩과기대 교수도 동참했다.

 

박상규 중앙대 총장은 "재정 지원사업을 통해 수행된 연구들이 연이어 뛰어난 성과를 내놓으며 중앙대 전반의 연구력 향상에 큰 보탬이 되고 있다"며 "과학기술 경쟁력에 이바지하는 연구 성과가 꾸준히 나올 수 있도록 노력과 지원을 계속 이어나갈 계획"이라고 말했다.