나노 신소재 ‘그래핀’ 활용… 투명 디스플레이에 한발 더

서울대 연구팀, 새 가공법 개발… 적은 전기로 OLED 만드는 데 성공

이태우 서울대 재료공학부 교수팀이 개발한 새로운 그래핀. 안정적이면서도 높은 발광효율을 낼 수 있다. 투명한 전자 소재 개발에 한 발 다가섰다. 서울대 공대 제공

세상에서 가장 얇은 전도체인 그래핀의 성능과 안전성을 높이는 새로운 가공법이 국내 연구팀에 의해 연이어 개발됐다. 태양전지와 휘어지는 배터리, 투명 디스플레이 등 미래 전자기기에 응용될 가능성이 커졌다.

권성주 서울대 재료공학부 연구원과 한태희 박사, 이태우 교수팀은 그래핀에 고분자 물질을 섞어 전기가 흐르는 성질(전기 전도도)을 높이고, 이를 이용해 적은 전기로도 밝은 빛을 내는 효율 높은 유기발광다이오드(OLED)를 만드는 데 성공했다. 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’ 23일자에 발표됐다.

탄소가 벌집 모양의 육각형 그물 구조를 이루는 그래핀은 전기가 흐르기는 하지만 그 성능이 낮아 다른 물질을 섞어 성능을 개선해 왔다. 하지만 기존에 사용되던 물질은 공기와 만나 쉽게 날아가거나 물과 반응해 성능을 오래 유지시키기 어려웠다.

권 연구원 팀은 기존에 널리 이용되던 저분자 물질 대신 고분자 물질로 눈을 돌렸다. 화학적으로 안정적인 특성을 지닌 불화 고분자산으로 그래핀을 가공한 결과, 전기 전도도가 높아진 것은 물론이고 300도 이상의 높은 온도와 산, 유기용매에도 안정된 전극을 만들 수 있었다. 이 전극은 공기 중에서도 안정적이어서 두 달 이상 지나도 성능이 떨어지지 않았다. 연구 총책임자인 이 교수는 ”그래핀을 이용한 OLED 상용화에 가장 큰 걸림돌을 해결했다”며 “그래핀 전극의 상용화 시기를 앞당길 수 있을 것”이라고 말했다.

그래핀 제작 효율을 높이는 방법도 개발됐다. 로드니 루오프 IBS 다차원탄소재료연구단장(UNIST 자연과학부 교수) 팀은 그래핀을 전자소자에 응용하기 위해 반드시 필요한 구조를 기존 방법보다 약 10배 빠르게 만드는 데 성공했다. 연구팀은 구리와 니켈 금속을 첨가해 그래핀 제조 공정의 효율을 개선하는 방법으로 제작 속도를 높였다.

또 그래핀 표면에 존재하는 작은 주름의 구조를 처음으로 규명해 추가적인 품질 향상도 기대할 수 있게 됐다. 연구 결과는 화학 분야 국제학술지 ‘미국화학회지 나노’ 23일자에 게재됐다.

윤신영 동아사이언스 기자 ashilla@donga.com