그래핀 제조 및 응용 사례 연구

목차

1. 서 론 .................................................................................................... 1


2. 그래핀의 정의 및 성질 ....................................................................... 1
2.1 그래핀의 정의 ....................................................................................... 1
2.2 그래핀의 성질 ....................................................................................... 2


3. 그래핀의 제법 .............................................................................................. 2
3.1 Scotch tape method ............................................................................ 3
3.2 에피탁시 합성법 .................................................................................... 3
3.3 CVD 합성법 .......................................................................................... 4


4. Nanopatterning ................................................................................. 5


5. 그래핀의 응용 .............................................................................................. 7
5.1 이차전지 전극에서의 응용 ............................................................... 7
5.2 센서에서의 응용 ............................................................................... 9
5.3 투명전극 - OLED ............................................................................ 9


6. 그래핀 연구 사례 ...................................................................................... 10
6.1 그래핀의 대량생산방법 연구사례 .......................................................... 11
6.2 얇은 두께의 투명한 그래핀 필름 개발 .................................................. 12
6.3 이층 그래핀 트랜지스터 개발 ............................................................... 13

7. 결 론 .................................................................................................. 13


Reference .................................................................................................. 14

본문내용

신소재 그래핀을 넓게 만들 수 있는 기술을 세계 최초로 개발했다고 2009년 1월 14일 밝혔다. 이번 연구 결과는 Nature지에 "Large-scale pattern growth of graphene films for stretchable transparent electrodes(휘고 접는 투명한 전극을 위한 그래핀 필름의 대용량 패턴 성장)"라는 논문으로 발표되었다.
지금까지의 대규모 그래핀 필름들은 흑연 결정체나 산화 그래핀으로부터 화학적 기법을 이용해 그래핀 시트판들을 2차원으로 조립하는 것에 불과했다. 그러나 이렇게 만들어진 그래핀 필름의 시트들은 저항이 커서 그래핀을 통해 흐르는 전류에 영향을 가하게 되고, 이는 결국 전류의 흐름을 막아 생산된 신호들을 편향시키고 왜곡시킨다.
이러한 문제를 해결하고자 홍 교수팀은 화학기법을 이용해 이 그래핀을 대량으로 만들 수 있는 기술을 개발한 것이다. 성장된 대용량의 그래핀 필름들(large-scale graphene films)을 화학기상증착법(chemical vapour deposition, CVD)을 이용해 니켈 박막 층에 직접 조합시키고, 두 가지의 패턴화및 전환방법을 이용해 그래핀 필름들을 자유재량의 물질로 만든 것이다. 이렇게 패턴화되고 전환된 그래핀 필름들은 80%의 광학적 투명성에 시트 저항은 평방 당 280 옴에 불과했다.
특히 상온(~25도)에서 그래핀 단일층들은 산화 실리콘 물질로 전환되는데 이 경우 전자들의 이동속도는 평방 센티미터 당 3,700(3,700 cm2 V-1 s-1) 보다 빠르게 나타났다. 이는 바로 매우 뛰어난 기계적 속성을 가진 그래핀 필름임을 증명하는 것이다. 연구원들은 실제 이러한 속성의 그래핀을 이용해 매우 전도성이 높고 투명한 전극을 만들고, 이를 이용해 휘고 잡아당길 수 있으며 접을 수 있는 전자제품)을 만들어 데모하였다.
실리콘을 이용한 반도체 기술은 이미 집적도와 처리 속도 면에서 한계점에 도달한 것으로 여겨져 왔다. 이 때문에 발열량이 작고 전자 이동도가 크면서 가공이 쉬운 대체물질이 절실했고, 학계에서는 대표적인 후보로 그래핀을 지목해 왔다. 이들은 이 같은 그래핀 합성 기술을 초고속 나노 메모리, 투명 디스플레이, 차세대 태양전지 등에 적용할 계획이라고 밝혔다.
[Figure 6-1] 대량의 패턴화된 그래핀 필름의 합성 및 전환과정
6.2 얇은 두께의 투명한 그래핀 필름 개발
미국 루이터대학의 연구원들이 단일 원자 두께의 탄소 시트 그래핀으로, 2-3센티미터 넓이에 1-5나노미터 두께의 투명한 그래핀 필름을 개발하였다. 이는 향후 구부리고 휘어지는 얇은 필름 박막 트랜지스터나 유기태양전지를 위한 투명하면서 전도성의 전극으로 사용된다. 이것은 Nature Nanotechnology지에 "Large-area ultrathin films of reduced graphene oxide as a transparent and flexible electronic material (감소된 산화 그래핀으로 대면적의 극소로 얇은 필름을 만들고 이를 이용해 투명하고 플렉서블한 전자제품 만들기)"라는 논문으로 발표되었다. 그러나 상용화되려면 엄청난 기술의 혁신이 필요하다.
6.3 이층 그래핀 트랜지스터 개발
[Figure 6-2] 이층 갑판
IBM의 연구원들, 기존의 실리콘을 대체할 차세대 반도체 물질인 탄소 원자 크기의 그래핀을 이층으로 쌓아 올린 그래핀 트랜지스터를 만들어, 소음을 10배 줄임으로써, 기존의 실리콘 칩보다 더욱 빠르고, 콤팩트하며 전기를 덜 소비하는 차세대 칩을 만드는 발판을 만들었다. 이것은 Nano Letters지에 "Strong Suppression of Electrical Noise in Bilayer Graphene Nanodevices (2층 그래핀 나노디바이스에서의 전기 소음을 획기적으로 줄이는 방안)"이라는 논문으로 발표 되었다.
7. 결 론
그래핀의 우수한 광학, 전기, 기계, 화학적 특성으로 향후 투명전극, 초고주파 소자용 반도체, 방열소재, OLED 디스플레이 등으로 활용될 것으로 보인다. 또한 Solarcell 등에 응용할 수 있는 핵심 미래 소재로서도 주목받고 있다. 국가차원의 연구지원과 산업체의 양산화에 대한 관심으로 다양한 전자 분야로의 응용 기술 개발이 한층 탄력을 받을 것으로 기대된다. 그래핀의 질을 높일 수 있는 기술과 패턴을 정밀하게 제조할 수 있는 기술, 대량생산에 관한 기술적 과제를 해결한다면 실리콘을 이어갈 차세대 소자로서의 응용 가능성을 더욱 확대시킬 수 있을 것이라 기대된다.
Reference
학술지
1. J. H. Ahn, polymer science and technology 2011, 22, 126-129.
2. S. Y. Choi, polymer science and technology 2011, 22, 154-159.
3. J. H. Ahn, NICE 2009, 27, 448-453.
4. B. H. Hong, Nature 2009, 457, 706-710.
인터넷
1. http://en.wikipedia.org/wiki/Graphene
2. http://www.zdnet.co.kr/news/news_view.asp?artice_id=201111211534582
3.
http://lednews.net/sub_read.html?uid=10408§ion=sc4§ion2=%BA%CE%C7%B0%BC%D2%C0%E7
4.
http://www.ecoroko.com/tag/%EC%96%91%EC%9E%90%EA%B5%AC%EC%86%8D%ED%9A%A8%EA%B3%BC
spintronics.inha.ac.kr/lecturenote/surface022/AFM.ppt
5.
http://media.daum.net/society/nation/others/view.html?cateid=100011&newsid=20110802140713938&p=moneytoday
6.
http://news.inews24.com/php/news_view.php?g_serial=546045&g_menu=020200&rrf=nv

키워드

그래핀,   애피탁시,   OLED,   CVD,   이차전지