[디스플레이공학] 그래핀 소재에 관한 연구

소개글

[디스플레이공학] 그래핀 소재에 관한 연구에 대한 보고서 자료입니다.

목차

Ⅰ. 기술의 개요
　1. 기술의 중요성(필요성)
　2. 국내․외 관련기술의 현황
　3. 기술의 예상 파급효과
　4. 기술의 예상 활용방안

Ⅱ. 시장 및 기업의 현항
　1. 시장규모
　2. 국내외 관련 기업의 현황

Ⅲ. 기술의 내용
　1. 기본(현재) 기술
　2. 기술 개발의 방향 및 내용

V. 결론

본문내용

카치테입, 그리고 SiO2 웨이퍼를준비한다. 준비한플레이크를스카치테입에올린후수차례접었다폈다를반복을한다. 이과정이끝난후테입을 SiO2 웨이퍼에올린후플레이크자국이남아있는부분을문질러준후 테입을제거하게되면 (그림 3) 과 같이 한 층의 그래핀부터 다층의 그래핀을 광학 현미경을 통해 관찰할수 있다
위의방법이가능한이유는그래핀의원자구조를살펴보면알수있다. 앞서설명한바와같이그래핀은 2차원평면상으로 3개의탄소원자들이강한공유결합을형성하는반면수직인방향으로는상대적으로약한반데르발스힘으로연결되어있어층간의마찰계수가매우낮아스카치테입의약한접착력으로도분리가가능하게되는것이다. 하지만이와같은방법으로제조된그래핀은크기와형태를제어할수없기때문에소자로의응용에어려움이있다.
2. 화학적 합성법
그래핀의대면적성장과대량생산이라는두가지목표에가장근접해있는방법으로흑연의산화-환원을통한화학적합성법이있다. 흑연을산화시키는방법은 19 세기 Brodie, Schfhaeutl 을시작으로, Staudenmaier, Hummers와 Offeman 등많은연구가되어왔으며, 그중에서Hummers 가제안한방법을연구자들이가장많이사용하고있다. (그림 4)와같이 강산과 산화제로 산화시킨 산화흑연 (그래파이트옥사이드, graphite oxide) 은 강한친수성으로 물분자가 면과면사이에 삽입되는 것이 용이하여, 이로인해 면간간격이6~12Å 으로 늘어나 장시간의 교반이나 초음파분쇄기를 이용하면 쉽게 박리시킬 수 있다 이렇게 얻어진 산화그래핀(graphene oxide) 시트는 표면에 수산기와 에폭시기, 가장자리에는 카르복실기와 결합한형태로 존재하기 때문에 그래핀 고유의성질을 대부분 상실하게 된다. 하지만 산화그래핀을 다시환원시켜 산소를 포함한 작용기를 제거해주면 다시 그래핀과 유사한 특성을 나타내기 때문에 환원반응을 통해작용기를 완전히제거할수있는 연구가 활발히 진행중이다.
대표적인환원법은 액상 또는 기상의 하이드라진을 산화그래핀에 노출시키는 방법으로 (그림 5) 와같이 대부분의 작용기가 제거된다. 하지만, 이방법의 경우 지금까지 보고 된 바에 따르면 환원과정에서 유독가스가발생하며 질소원자가 그래핀시트표면에 흡착되는 단점이있다. 다른방법으로는800℃ 이상의고온에서환원시키는 방법이 있으며 최근에는 요오드산과아세트산혼합물을 이용하여 불순물을 줄이고 기상과 액상에서 환원이 가능하며 저온에서 유독가스가 발생하지 않는 환원법이 발표되었다
화학적인그래핀합성법은그래핀의물성이다른방법에비해저하되는단점이있으나, 기능화가용이하고대량생산과대면적화가가능하며기판의종류나구조에제약을거의받지않는다는큰장점을가지고있어이를이용하고자하는연구가활발히진행되고있다
3. CVD 성장법
2009년 CVD 성장법을 이용한 그래핀의 대면적성장이라는 놀라운결과는 그래핀연구의 새로운장을 열었다고해도 과언이 아니다. 그래핀의 대면적성장이 이루어지면서 실제적으로 소자응용 연구가 활발히 이루어지고 있고, 다양한 분야의 연구자들의 참여도 활발히 이루어지기 시작했다.
(그림 6) 은 CVD 성장법을 이용한 그래핀의 성장과 다양한 기판으로의 전사과정을 보여준다. 우선Ni, Cu, Pt 등과같은 탄소를 잘흡착하는 전이금속을 촉매층으로준비한후1,000℃ 이상의고온에서 CH4, H2, Ar 의혼합가스를 적당량주입한다. 고온에서 주입된혼합가스에서 탄소가촉매층과 반응한후 급랭되면 촉매로부터 탄소가떨어져나오면서 표면에 그래핀이 성장된다[9] 이후 식각용액을 활용해촉매층이나지지층을 제거하게 되면 그래핀을 분리하여 원하는 기판에 전사 할 수 있다. 최근에는 PE-CVD, ICV-CVD, LP-CVD 등다양한 CVD 성장법을 연구하여 고품질의 대면적그래핀을 저온에서 성장하기 위한 연구가진행중이다
4. 에피택시 합성법
에피택시합성법은 실리콘카바이드(SiC) 와 같이 탄소가 결정에 흡착되거나 포함되어 있는 재료를 약1,500℃ 의 고온분위기에서 열처리를 통해 탄소가표면의 결을따라 성장하면서 그래핀층을 형성한다
핀과 분석을 위해사용한 LEED pattern 을 통해 결정성이 우수한 단층 그래핀이 성장됨을 확인할수있다[10]. 하지만 에피택시성장법은 절연성기판에 그래핀을 직접 성장하는 장점이 있으나, 이방법으로 성장한 그래핀은 스카치테입법이나 CVD 성장법에 의해 성장한 그래핀보다 특성이 뛰어나지못하며 재료가 비싸고 제작이어렵다는 단점이있어 이를 극복하기 위한연구가 진행되고있다.
위와같이 소개한성장방법은 그래핀을 기반으로 하는소자의 응용에 매우중요한 부분이다. 따라서 소자로의 응용을 위해서는 다양한성장법과 고품질의 대면적그래핀성장에 관한연구가유기적으로 진행이 되어야 할 것이다
2. 기술 개발의 방향 및 내용
- 산업적 적용을 위해 그래핀 저가 대량생산 기술 및 복합 소재화 기술개발 연구가 필요
- 현재 그래핀에 대해 가장 많은 기술개발 수요가 창출되고 있는 산업은 디스플레이 및 신재생 에너지 분야로서, 그간 기초연구개발성과를 바탕으로 사업화 단계 진입 모색이 필요
- 경쟁력 있는 원천기술 확보와 더불어 상용화를 위한 대량 양산기술 개발 및 응용제품 개발에 대한 정부의 적극적인 지원이 필요
Ⅳ. 결론
1. 그래핀은 우수한 전기/열전도성및기계적 강도를가지며, 열적으로 안정하고투명성을가져 고분자에 충전시켜 복합재료를제조할 경우 고성능의 복합재료를 제조할 수있다. 하지만, 그래핀이 충전된 고분자 복합재료를제조하는데있어서 아직까지도그래핀의 분산성향상 및고분자와그래핀 간의계면력을증가시키는 것에많은연구가 필요할 것으로판단되며, 그래핀/고분자 복합재료 제조를 위해서는 반드시 그래핀의 대량생산이 가능해져 제조가격이 낮아져야 할 것으로 보인다.
향후 그래핀기반고분자 복합재료는 전자산업분야, 에너지분야, 자동차/우주항공산업분야등의영역에서활발한연구가진행될것으로보이며 이로 인한 상업화가 기대된다.
2. 그래핀에 대한본격적인연구는 바로지금 시작되고 있으며, 특히 전세계가 주목하는 그래핀의 반도체응용을 위한원천기술에 대한연구는 실리콘기반의 기술과는다르게 모든국가가 같은 출발점에서 시작을 하고 있다. 현재 우리나라는 그래핀성장기술이나 응용소자부분에서 선두그룹에 속해 있으므로 차근히 원천기술을 확보해 나간다면 그래핀분야에서 글로벌리더가 될 수 있을 것으로 기대한다

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