그래핀의 생산, 특성 그리고 잠재력

전문가 제언

○ 그래핀은 sp2 혼성 결합 탄소원자의 6각형 벌집 모양 배열의 이차원 단원자 시트이며, 탄소나노튜브(CNT) 및 풀러렌의 구성 재료이다. 독특한 원자구조로 그래핀은 저온에서 지지되지 않을 경우 최고 200,000㎠/V s의 전자 이동도를 비롯하여 비상한 투명도, 전기전도도, 열전도도를 보인다.

○ 그래핀에 관한 이 글의 핵심은 FET 응용에서 가장자리가 제어된 10㎚ 이하 폭을 가진 그래핀 나노리본(GNR)의 전자특성은 최대 전자 이동도 200㎠/V s의 반도체성을 보이며, 스위칭 속도 등도 CNT보다 우수함을 소개하고 있다. 흑연 유래의 CNT보다 저렴한 그래핀은 THz 전자공학 응용을 열 포스트 실리콘의 유망한 후보임을 강조하고 있다.

○ 그래핀 제조의 기판 상 성장법은 최근 CVD에서 Ni이나 Cu 촉매의 주형판에 직접 성장시킨 그래핀을 최종 임의의 기판에 옮기는 대면적이 가능한 방법이다. 이 방법은 환원이 불필요하나 고가이므로 적용에 한계가 있다. 염가의 실용적 방법은 흑연 층 사이에 강한 산 삽입, 산화, 박리의 기존 습식 화학적 제법이다. 흑연산화물(GO), 고온가열에 의한 팽창흑연(EO)이 후처리 가공을 위한 분산재료로 이용된다. 전자특성 상 환원이 필요한데 최근 물 기반의 NaOH를 사용하는 친환경법이 개발되었다.

○ 현 기술로 완전 환원은 불가능하다. 최근 NMP 등의 용매와 초음파처리만으로 흑연을 직접 분산시켜 그래핀 단일 시트 함유 농축 현탁액 제조 기술이 보고되었다. Dai 등은 산 삽입 흑연을 열적으로 박리한 후 특정 용액에 분산시키고 장시간 초음파 처리하여 10㎚ 이하 폭의 GNR 함유 용액을 제조하여 실리콘 대체 그래핀 시대를 열 수 있게 하였다.

○ 2009년 성균관대의 홍병희, 김근수, 삼성전자의 최재영 등은 CVD에서 미리 패턴화된 Ni 박막 촉매 주형판 상에서 대형 그래핀 단층을 직접 성장시켜 임의의 기판에 옮기는 기술을 Nature지에 보고하여 186회 인용되었다. 유연성 기판에 옮겨진 그래핀 막은 시트저항 280Ω/sq과 투명도 80%를 보여 전자소자의 구부릴 수 있는 투명전극으로 실험되었다. 이와 같은 기초기술을 바탕으로 산학연의 협력체제에 의해 가까운 장래에 다양한 산업용도의 응용개발이 이루어질 것으로 전망된다.

저자

Caterina Soldano et al

자료유형

학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

화학·화공

연도

2010

권(호)

48

잡지명

Carbon

과학기술
표준분류

화학·화공

페이지

2127~2150

분석자

변*호

분석물

• 그래핀의 생산, 특성 그리고 잠재력.pdf [452,683 byte]

이미지변환중입니다.