기계연, 대면적 그래핀 제조 롤투롤 기술 개발

산업·IT 입력 2015-06-04 13:45:40 대덕=구본혁 기자 0개

한국기계연구원은 나노역학연구실 김재현 박사팀이 그래핀을 폭 0.5m의 대면적 롤전사로 분당 2m의 속도로 전사, 유연 투명 전도체 필름을 대량생산하는 핵심원천기술을 세계 최초로 개발했다고 4일 밝혔다.

꿈의 신소재라고 불리는 그래핀은 전기전도도, 강도, 유연성 등이 뛰어나면서도 가격 경쟁력이 높아 투명전극의 소재로 활용되고 있으며 디스플레이, 태양전지 제품 등 응용분야가 무궁무진하다. 하지만 그래핀은 매우 작은 힘에 의해서도 쉽게 파손되는 특성이 있으며, 전사 과정 중에 그래핀이 파손되면 전기적 특성이 크게 저하되는 문제가 있다. 따라서 파손을 제어하는 방법을 개발하는 것이 그래핀 응용의 열쇠로 여겨져 왔다.

연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 기존에 보유한 나노스케일 두께 박막의 파손 거동을 평가하는 기술을 통해 그래핀이 손상되는 양상을 규명했다. 연구팀은 파손을 줄이기 위해 전사 공정 시에 그래핀에 전달되는 마찰력, 수직항력, 인장력 등을 동시에 줄이거나, 일정한 값으로 유지하는 다축 하중 제어 기술을 구현하는 데 성공했다.

이 기술을 통해 합성된 그래핀을 열박리테이프에 붙이고 온도차가 있는 롤러쌍 두 개를 활용해 그래핀을 유연기판으로 전사하는 방식을 사용했다. 전사하는 과정에서 그래핀이 파손되지 않도록 롤러의 상대적 속도 및 다축 하중을 제어해 연속공정이 가능한 롤투롤 장비를 구현한 것. 이로써 전기적 특성이 우수하면서도 균일성이 매우 높은 그래핀 유연 필름을 높은 생산성으로 대면적으로 전사하는 것이 가능해졌다.

김재현 박사는 “그래핀은 메탄가스로부터 저렴한 비용으로 합성이 가능하지만 그래핀 투명 전도체 필름의 전기적 특성이 일정하지 않아 상용화에 어려움을 겪어왔다”며 “이번 개발이 터치패널, 열전달 필름, 전자파 차폐?변조 필름 등 다양한 그래핀 응용 제품을 상용화하는 데 중요한 전환점이 될 것으로 보인다”고 밝혔다.

그래핀 전자 장비 특허는 롤투롤 장비 전문기업 아이펜에 기술 이전돼 상용화가 진행 중이며, 올해 안에 그리핀 전자 장비의 해외 수출이 기대되고 있다.

이번 연구 성과는 ‘ACS 나노, 사이언티픽 리포트, 나노스케일 등의 저널에 게재됐다.

대덕=구본혁기자 nbgkoo@sed.co.kr

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