헬로티 조상록 기자 | 한국생산기술연구원(이하 생기원)이 ‘그래핀(Graphene)’ 나노구조를 모델로, 탄소소재의 초미세 결함을 분광분석법으로 찾아낼 수 있음을 세계 최초로 밝혀냈다. 핵심은 여기에 ‘그래핀(Graphene)’ 나노구조 모델을 활용했다는 것이다. 그래핀 구조란 탄소 원자들이 육각형의 벌집 모양으로 서로 연결돼 있는 0.2 나노미터(㎚) 두께의 평면 구조로, 다양한 탄소소재 분석 연구의 기초 모델이 된다. 따라서, 이번 연구결과는 향후 ▲초경량·고강도 특성의 탄소섬유복합재(CFRP), ▲흑연 및 활성탄 기반의 에너지저장소재, ▲나노탄소 기반의 차세대 전자소재 등 여러 소재 분야의 결함분석 기초데이터로 활용될 것으로 전망된다. 탄소소재 내부에 존재하는 나노 단위의 초미세 결함은 안정적인 육각형 벌집구조를 깨뜨려 소재 고유의 전기적, 화학적 물성을 변질시킨다. 이 경우, 원하는 용도로 쓰기 위한 물성 최적화 작업이 어려워지기 때문에 산업적 활용 확대 및 소재 자립을 위해서는 정확한 결함분석이 매우 중요하다. 지금까지의 나노결함 분석은 현미경을 활용한 ‘형상분석법’이 주류였는데, 현미경이 닿는 일부 겉면 구조만 볼 수 있어 내부를 비롯한 전체를 관
헬로티 함수미 기자 | KBI그룹이 그래핀 복합소재 사업 협력을 위해 넥스젠그래핀폴리머스와 업무 협약식을 개최했다고 27일 밝혔다. 이번 협약을 통해 KBI그룹은 넥스젠그래핀폴리머스가 개발한 그래핀 복합소재를 활용한 관련 제품들의 시장성을 확인하고 구체적인 협력관계를 정의해 향후 그룹의 계열사를 통해 국내외 판매 확대는 물론 신기술 소재사업 협력체제를 구축할 예정이다. 최근 가장 주목받고 있는 첨단소재인 그래핀 복합소재 제품은 기계적 물성강화, 전자파차폐, 정전기방지, 높은 열전도성, 원적외선 방출 외 친환경적이고 인체친화적 다중효과를 기대할 수 있는 꿈의 소재로 주목받고 있다. KBI그룹은 국내 유일하게 특허기술로 인정된 그래핀복합소재 자동화 양산설비를 갖추고 소비재에서 산업재까지 폭넓은 그래핀응용제품을 출시한 넥스젠그래핀폴리머스와 협력한다. 우선 ▲차량용 및 일반용 냉공조 시스템에 사용되는 에어필터 ▲그래핀이 함유된 섬유 원사 및 원단 ▲그래핀 복합폴리머소재 및 기타 응용 제품 등 주요 협력 제품 3가지를 선정했다. KBI그룹은 그래핀 복합소재 제품 라인업을 KB오토텍, 갑을합섬, KBI코스모링크 등 적용이 가능한 계열사에서 생산하는 다양한 제품에 적용해
헬로티 서재창 기자 | 그래핀 같은 2차원 신소재는 금속 기판을 ‘밭’ 삼아 그 위에서 합성된다. 증기상태의 원료를 기판에 달라 붙여 얇은 막을 형성하는 방식이다. 이 방식은 기판 특성이 2차원 소재의 품질에 큰 영향을 주기 때문에 기판을 잘 고르는 것이 중요하다. UNIST 연구진이 새로운 기판 선택 기준을 내놨다. UNIST(총장 이용훈) 신소재공학과 펑 딩(Feng Ding) 교수(IBS 다차원탄소재료 연구단 그룹리더)팀은 2차원 물질을 단결정 형태로 합성하기 위해 필요한 기판 선택 기준을 이론적으로 제시했다. 같은 물질이더라도 단결정 형태는 다결정 형태보다 품질이 우수하다. 이론 계산 결과에 따르면 기판 단면에 계단 모양 구조가 더 조밀한 고 밀러지수 기판이 2차원 물질을 단결정 형태로 합성하는 데 적합한 것으로 나타났다. 밀러 지수는 물질의 단면 모양을 수학적 기호로 표현한 것이다. 수박을 가로 또는 세로로 잘랐을 때 단면 모양이 다른 것처럼 원자가 차곡차곡 쌓인 구리 같은 금속 기판도 절단 방향에 따라 단면 모양이 달라진다. 단면을 대각으로 자른 고 밀러지수 면(high index surface)은 원자가 한 층씩 계단처럼 쌓인 구조(step ed
헬로티 이동재 기자 | 고용량 리튬이온전지용 복합 음극재의 상용화가 눈앞이다. 한국전기연구원(이하 KERI)이 개발한 ‘고용량 리튬이온전지용 실리콘/그래핀 복합 음극재 대량 제조기술’이 기업체에 11억원에 기술이전됐다. KERI 전기재료연구본부 소속의 나노융합연구센터 이건웅·정승열 박사팀, 차세대전지연구센터 김익준·양선혜 박사팀이 공동으로 개발한 이 기술은 전기차 및 스마트폰 등에 사용되는 리튬이온전지의 음극 소재인 ‘실리콘(Si)’의 단점을 보완한다. 리튬이온전지의 차세대 음극 소재로 주목받는 실리콘은 기존에 사용되던 흑연보다 에너지 밀도가 10배나 높고 충·방전 속도도 빠르다는 장점을 가지고 있지만, 충·방전 시 부피 팽창(3배 수준) 문제와 전기 전도도가 낮다는 단점이 있다. 또한 실리콘 입자가 부서지거나 전극 박리 및 연속적인 전해액 분해 반응으로 인해 전지 성능을 급격히 감소시킬 수 있다는 점도 있어 상용화에 큰 걸림돌이 되고 있다. 이러한 이유로 실리콘의 장점은 살리면서 단점을 보완해주는 소재의 복합화 연구가 국내·외에서 활발하게 진행돼 왔다. 이에 KERI가 주목한 소재는 ‘그래핀’이었다. 그래핀은 2차원 탄소나노소재로서 전도성이 매우 우수하고,
헬로티 이동재 기자 | 국내 연구진이 전기가 잘 통해 전자 재료로 쓸 수 있는 수준의 고품질 그래핀(Graphene)을 대량 생산할 수 있는 기술을 새롭게 개발했다. 유연하고 투명한 그래핀으로 만든 디스플레이 전극 등의 상용화가 앞당겨질 것으로 기대된다. UNIST 에너지화학공학부의 장지현 교수팀은 탄소가스 배출 없이 고품질 그래핀을 대량으로 생산할 수 있는 촉매 환원법 기반 기술을 개발했다. 합성하기 쉬운 산화 그래핀을 대량으로 만든 뒤, 산화 그래핀의 산소를 제거해(환원) 고품질 그래핀을 얻는 방식이다. 산소만 선택적으로 제거할 수 있는 산화구리철(CuFeO2) 촉매를 써서, 그래핀 구성 원소인 탄소가 같이 제거되고 탄소가스가 배출되는 기존의 문제를 해결했다. 그래핀은 탄소 원자가 6각형 벌집구조로 결합된 평판형 물질이다. 전선 재료인 구리보다 전기가 더 잘 통할 뿐 아니라 투명하고 유연해 새로운 전극 소재로도 주목받는다. 하지만 전자 재료로 쓸 정도로 전기전도도가 우수한 그래핀을 대량으로 합성하기는 쉽지 않다. 증기 상태 그래핀 원료를 금속 기판위에 하나씩 이어 붙여 얻는 수준의 방식(CVD; Chemical Vapor Disposition)은 대량 생
[헬로티] 한국광기술원은 AI에너지연구센터 손명우 박사팀이 저온 합성공정 기술을 이용, 반도체 전극의 물리적 손상을 방지하는 고성능 그래핀-구리 적층 배선 제작 기술을 세계 최초로 개발했다고 4일 밝혔다. 그래핀 저온 대면적 합성 기술을 기반으로 한 이 기술은 반도체와 디스플레이 분야에 폭넓게 적용이 가능하다. 그래핀은 전기·화학적 특성이 우수해 반도체 분야 '꿈의 신소재'로 불리는 물질이다. 지금까지 그래핀-구리 배선은 800℃ 이상의 고온에서 저압 화학 기상 증착법을 활용, 구리 호일 위에 그래핀을 합성하고 구리 배선에 전사해 제작하지만, 고온으로 인해 배선 기판이나 반도체에 물리적 손상이 발생하는 문제를 안고 있다. 저온의 화학기상증착법에 플라즈마를 적용해 그래핀을 구리 배선에 직접 합성하는 방식을 사용하지만 플라즈마의 높은 에너지로 그래핀의 물리적인 손상은 여전히 해결되지 않고 있다. 손 박사팀은 이러한 문제 해결을 위해 벤젠이나 피리딘 등의 액상 탄소소스를 그래핀 공정에 사용, 400℃ 이하의 저온 상압 화학기상증착법으로 기판이나 반도체의 물리적 손상 없이 그래핀-구리 배선 제작에 성공했다. 또 아르곤 가스를 주입하는 정화공정을 새롭게 개발해 저온
[첨단 헬로티] 한국전자통신연구원(ETRI)이 사람의 피부에서 느끼는 촉각이나 압력을 보다 정밀하고 정확하게 제어할 수 있는 소자 원천기술을 개발하는 데 성공했다. 이로써 향후 로봇이나 장애인에게도 인공피부를 적용할 수 있는 길을 열었다. ETRI는 통신할 때 수평, 수직의 전기장 모두를 활용해 전송 용량을 2배 증가시키는 1㎝ × 1㎝ 광소자를 개발했다. 이 광소자에는 빛의 편광현상이 적용되었다. ETRI 연구진이 개발한 기술은 향후 양자통신 기술과 편광 다양성 광통신 시스템 등에 적용돼 광통신 전송용량과 속도를 획기적으로 향상시키는 데 적용될 전망이다. 또한, 연구진은 본 기술의 응용범위를 넓혀 ‘광학식 압력센서’를 개발하고 사람의 몸에 부착할 수 있을 정도로 대면적화 하겠다고 설명했다. ETRI는 나노미터(㎚) 두께의 극초박막 형태 신물질로 큰 관심을 끌고 있는 이차원(2D) 반도체 물질 그래핀과 평면형 광회로 소자를 접목해 능동적으로 편광을 조절하는 소자의 핵심 기술을 개발했다. 여기에는 기존 연구진이 보유하고 있던 그래핀 합성기술과 광학적 제어 원천기술이 활용되었다고 말했다. 편광현상이란 빛이 진행할 때 빛의 전기장
[첨단 헬로티] 국내 연구진이 휠 수 있는 투명한 전극을 개발했다. 이제까지 웨어러블 기기 제조의 최대 난제로 꼽혀 왔던 기술이었는데, 이번 개발을 통해 각종 디스플레이 기기의 웨어러블화에 날개를 달 전망이다. 한국전자통신연구원(이하 ETRI) 그래핀 물질을 네 개 층으로 쌓아 0.5초 만 에 색이 변하는 전기변색소자를 개발, 지난 2일 사이언티픽 리포트 (Scientific Reports)에 게재되었다고 밝혔다. 연구진은 이번 유연 전극의 개발을 통해, 기존 유리 기반 디스플레이를 플래스틱 기반 웨어러블 디스플레이로 적용 가능성을 높였다. 전극으로 사용하기 위해선 전기전도성이 좋아야 한다. 물론 디스플레이로 활용키 위해선 투명한 기판 위에 올렸을 때 빛이 잘 투과되는 성질 및 조절도 관건이다. 따라서 이번 성과는 그래핀을 활용해 투명하면서도 쉽게 휠 수 있는 전극을 확인했다는 점에서 큰 의미가 있다. ETRI는 이러한 요구사항을 만족시키기 위해 종이두께 보다 백만 배 얇은 두께의 그래핀을 한층 한층 쌓아보았다. 적층을 통해 문제 해결에 나선 셈이다. 연구진은 한화테크윈으로부터 제공받은 그래핀 한층이 올라간 열전사 필름을 160℃ 고온에서 라미네이팅 과정을
[헬로티] 국내 연구진이 꿈의 신소재로 불리는 그래핀의 새 형태인 비정질 그래핀에 대한 대면적 합성 기술을 개발, 대표적인 차세대 신소재인 2차원 소재 응용범위 확산에 새로운 전기를 마련했다는 평가를 평가를 받고 있어 주목된다. 성균관대학교(총장 정규상)는 공과대학 신소재공학부의 황동목 교수, 이재현 박사 등 성균관대 연구팀이 삼성전자 종합기술원 황성우 전무, 주원제 박사 등과 공동으로 반도체 웨이퍼 위 '대면적의 단원자층 비정질 그래핀 합성' 원천기술을 개발했다고 밝혔다. 그래핀은 탄소원자들이 육각형 격자를 이루며 규칙적으로 배열된 구조를 가진 단일원자층 두께의 대표적인 결정성 2차원 물질로, 뛰어난 전기적, 기계적 특성을 가지고 있어 꿈의 신소재로 불리기도 한다. 2004년 그래핀의 우수한 특성이 알려진 이후 다양한 2차원 물질이 세계적으로 매우 활발하게 연구되어 왔으나, 지금까지 2차원 물질 연구는 물질내 구성원자들이 규칙적으로 배열되어있는 결정성 물질에 국한됐다. 이런 가운데 성대-삼성전자 공동연구팀은 지난 2014년도에 반도체 기판 위에 단결정 그래핀을 대면적으로 합성하는 원천기술을 개발한데 이어 이번 후속연구를 통해 2차원물질내 원자간 결함구조를
국내 연구진이 휠 수 있는 디스플레이에 적용 가능한 투명전극 개발에 성공했다. 이에 따라 향후 플렉시블(Flexible) 터치 패널 등에 널리 적용될 전망이다. ETRI(한국전자통신연구원)는 면저항·투과도 특성을 동시에 제어 가능한 4인치 크기의 대면적 고품질의 그래핀 합성기술을 최근 개발했다. 연필심의 재료인 흑연 한개층을 말하는‘그래핀’은 탄소원자들이 벌집모양으로 배열된 얇은 막 형태의 나노소재로 두께가 0.3nm(나노) 크기로, 사람 머리카락 두께의 백만분의 1 수준이다. 전기가 잘 전달되는 전도성, 높은 투과도, 우수한 유연성 등 특성을 갖고 있다. 현재 휘어지는 디스플레이에는 주로 인듐 주석 산화물(ITO)이 많이 쓰인다. 하지만 ITO는 소재의 한계성과 휠 때 깨짐현상 등으로 문제점이 있다. 이의 대체재로 급부상 중인 것이 그래핀, 메탈 메쉬(Metal mesh), 나노와이어(Nano wire) 등이 있다. ETRI는 지난 7일, 나노와이어에 이어 그래핀을 투명전극으로 적용하는데 성공했다. 그동안 그래핀은 원자 한 층의 두께로 인해 투과도면에서는 우수한 특성을 보여주었지만 면저항을 낮추는데는 어려움이 있어 왔다.
암을 치료하는 그래핀 그래핀의 우수한 전기, 기계, 물리, 화학적 특성 등이 알려지면서 활용 범위는 끊임없이 발전하여 지금은 암을 초기에 발견하고 치료하는 소재로 개발되고 있다. 그래핀은 독특한 기계적, 전기적, 광학적 성질을 가지고 있고, 이는 많은 연구자들이 투명전도체, 초고속 트랜지스터를 포함하는 독창적인 전기적 물질을 개발하는데 이용되고 있다. 최근에는 그래핀의 다양한 화학적 성질을 밝혀냄으로써 이를 통해 에너지를 생산하고 저장하는 고성능의 디바이스로의 응용을 촉진시키고 있다. ⓒGetty images Bank 그래핀은 전기적, 화학적 응용에서 그래핀의 소광능력과 그래핀에 의해 촉진되는 세포의 분화 및 성장, 그리고 그래핀을 이용한 레이저 탈착/이온화 질량분석기 등을 통해 이루어지고 있는 정확한 바이오 센싱과 같은 생의학적 분야에 까지 연구 영토를 확장시키고 있다. 그래핀은 낮은 독성, biocompatibility, stability, 두께와 크기 제어, p-p 결합에 의한 표면 기능화등 우수한 물성을 이용하여 시간에 따라 약물의 제어 방출, 표적 치료, 맞춤형 치료 진단이 가능한 약물전달 시스템 개발이 활발히 보고되고 있다. 또한 암치료를 위한 m
포항공과대학교 김근수 교수가 2차원 물질인 포스포린의 전자물성 제어기술 개발을 통해 초소형, 고성능 반도체 신소재 개발의 발판을 마련했다. 이번 연구를 통해 신소재로 각광받고 있는 그래핀의 최대 단점인 전류흐름 통제의 어려움을 극복하고 초박막 반도체 신소재의 상용화 가능성을 열게 됐다. 그래핀이란 탄소들이 벌집 모양처럼 배열된 나노 물질로, 실리콘보다 전자 이동성이 빨라 미래 신소재로 주목받고 있다. 한편, 포스포린은 인(P) 원자로 된 흑린의 표면 몇 개 층을 떼어낸 나노 물질로, 그래핀과 원자 배열이 유사하나 규칙적으로 주름진 독특한 구조를 갖기 때문에 물성 조작에 용이하다. 김근수 교수는 포스포린 밴드갭(에너지 영역)을 변환시켜 물성을 반도체에서 도체까지 자유자재로 변환 가능한 기술을 개발했다. 또한 새로운 양자 상태를 발견했다. 그래핀의 특이 물성 근원에 해당하는 디락 준도체 상태를 포스포린에서 최초로 발견해 다양한 후속 연구의 밑바탕을 마련하는 등 신소재 관련 기술 발전에 크게 기여했다는 평을 받았다. 미래창조과학부와 한국연구재단은 ‘이달의 과학기술자상’ 3월 수장자로 선정했고, 세계 최고 수준의 학술지 사이언스에 논문을 게재하
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