특별한 장치 없이 큰 면적의 그래핀 필름을 형성할 수 있는 기술을 국내 연구진이 개발했다.

미래창조과학부와 기초과학연구원(IBS)은 IBS 나노물질 및 화학반응 연구단의 김상욱(카이스트 교수) 그룹리더팀이 높은 투명도를 갖는 나노 두께의 대면적 그래핀 필름을 간단하게 형성하는 기술을 개발했다고 5일 밝혔다.

연구팀은 흔히 ‘와인의 눈물’로 알려진 마랑고니 효과와 자연 대류 현상을 동시에 발생시켜 신기술을 개발했다.

마랑고니 효과는 와인잔을 둥글게 돌리는 ‘스월링’(Swirling) 이후 와인잔 표면에 물방울이 맺혀 흘러내리는 현상을 말한다. 유체(액체와 기체)의 표면에서 발생하는 온도 차이나 표면에 있는 분자의 농도 차이로 유체의 계면장력에 변화가 있을 때 발생한다.

연구팀은 그래핀 용액을 혼합한 물에 물과 일부 섞일 수 있는 휘발성 유기용매를 소량 첨가해 증발시켜 마랑고니 효과와 자연 대류 현상을 동시에 일으켰고, 수 분 안에 수십㎝ 이상의 투명한 전도성 나노 필름이 형성되도록 유도했다. 지름이 10㎝ 크기인 그래핀 필름이 만들어지기까지 약 2분이 걸렸다.

기존 그래핀 코팅 또는 그래핀 필름 제조 방법은 매우 복잡하고 시간도 많이 소요됐다. 화학적 기상증착법(CVD)으로 금속 위에서 그래핀 필름을 합성하거나, 산화그래핀을 제조한 뒤 수상에 고농도로 분산시켜 코팅하는 방법 등이 사용됐다.

연구팀이 개발한 그래핀 필름 제조법은 특별한 고가의 장치가 필요 없고, 제조한 그래핀 필름을 후처리 할 때 별도의 분리·환원 공정을 거치지 않아도 되기 때문에 더욱 간편하고 비용도 적게 든다.

이번 연구성과는 미국화학회가 발간하는 재료공학 분야 권위지인 ‘나노레터스’(Nano Letters) 2월13일자 온라인판에 실렸으며 3월호 저널에도 실릴 예정이다.