서울대 연구팀, 신소재 '그래핀' 안정성 기술 세계 최초 개발

서울대 연구팀이 신소재인 ‘그래핀’의 전도도를 안정적으로 유지할 수 있는 화학적 도핑(성질을 변화시키기 위해 미세 불순물을 섞는 공정) 방법을 개발했다.

이태우 서울대 교수 연구팀이 사용한 불화 고분자산의 화학구조(위)와 기존 휘발성 저분자를 불화 고분자산으로 대체한 그래픽 도핑 공정 모식도(아래) [서울대 공대 제공]

서울대학교 공대는 재료공학부 이태우 교수 연구팀이 세계 최초로 불화(수소 대신 불소로 치환된 상태) 고분자산을 이용해 그래핀 전극의 도핑 안정성을 상용화 수준으로 개선하는 방법을 개발했다고 24일 밝혔다.

그래픽 전극 최대 난제인 도핑 안정성 문제 해결 #고분자 화학적 도핑으로 그래핀 전도도 두 달간 유지

그래핀은 탄소 원자 크기의 벌집 형태로 이뤄진 가장 얇은 전도체다. 플렉서블 디스플레이, 태양전지, 배터리 등 다양한 분야에 활용할 수 있는 ‘꿈의 신소재’로 주목받고 있다.

그러나 기존의 저분자산에 기초한 화학적 도핑은 전기전도도는 증가시키지만 공기 중에서 수분과 반응하면서 도핑 능력을 잃어버리는 난제가 있었다.

연구팀은 고분자산을 그래핀에 도핑할 경우 공기 중에서 두 달 이상 동안 도핑 효과가 안정적으로 유지되며 300도 이상 열이나 산성에도 강하다고 밝혔다.

또한 연구팀은 고분자산이 도핑된 그래핀을 유기발광다이오드(OLED) 소자의 전극으로 적용해 고효율의 OLED도 구현해냈다고 전했다.

이태우 교수는 “이번 연구는 가장 큰 난제 중 하나였던 그래핀 도핑 안정성을 크게 개선한 것”이라며 “OLED나 태양전지 등에 사용되는 그래핀 전극의 상용화를 크게 앞당길 것으로 주목된다”고 설명했다.

이번 연구에는 서울대 홍병희 교수 연구팀, 유니스트(UNIST) 김광수 교수 연구팀, 포항공대 류순민 교수 연구팀, 권성주 포항공대 박사과정 연구원, 서울대 한태희 박사 등이 참여했다.

연구 결과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 23일 자로 게재됐다.

최규진 기자 choi.kyujin@joongang.co.kr