▲ (左부터) 이태윤 연세대학교 연구팀과 갈바닉 치환 반응을 이용한 그래핀 결함 치유 모식도 및 결함이 치유된 그래핀의 전자현미경 및 원자현미경 사진.

국내 연구진이 갈바닉 치환 반응을 이용하여 그래핀의 다양한 결함을 치유하고, 이를 기반으로 플렉서블 투명 히터 개발에 성공했다. 향후 온열요법이 필요한 자동차, 주택창문 분야에 널리 적용 될 것으로 보인다.

한국연구재단(이사장 정민근)은 교육부 이공분야 중점연구소 지원사업 등의 지원을 받은 이태윤 교수(연세대) 연구팀과 이한보함 인천대교수팀이 공동으로 높은 전기 전도도를 가지는 그래핀 결함의 선택적 환원방법을 개발했다고 21일 밝혔다.

최근 그래핀을 기반으로 하는 투명전극분야가 차세대 투명전극분야의 핵심 기술로 떠오르고 있지만, 전극에 활용하기 위해 성장시킨 그래핀은 주름, 크랙등 다양한 결함이 존재해 낮은 전도도를 보여 이를 복잡한 공정을 통해 치유했다.

이에 연구진은 그래핀내에 존재하는 결정립계, 주름, 크랙같은 다양한 결함 치유를 위해 액상기법에 기인한 전해질 및 전자 이동 통로가 존재하는 두 개의 이종금속의 환원전위 차이에 의한 산화환원 반응의 전기 화학작용인 갈바닉치환반응을 이용했다.

연구진은 금속염이 포함된 용액에 그래핀이 성장된 구리 호일을 담가 구리와 금속염 사이의 갈바닉 이온 교환 반응을 통해 그래핀 위 금속의 결정생성을 유도하는 원리를 사용했다.

해당 방법을 사용할 경우 그래핀이 투명성을 유지하면서도 우수한 전기 전도도를 가진다. 연구진은 이를 투명 전극 히터에 적용 해 수초이내 발열해 고온을 유지할 뿐만 아니라 수백번의 구부림 테스트에도 높은 안정성으로 고성능 플렉서블 투명히터의 성능을 입증했다.

연구진은 이번 성과가 기존의 그래핀 결함 치유 방법보다 빠르고 간단한 액상 기법을 기반으로 하기 때문에, 대면적 그래핀의 다양한 결함을 수 분 내에 효과적으로 치유할 수 있다는 점에 의의가 있다.

이태윤 교수는 “그래핀의 다양한 결함을 빠르고 간단하게 치유할 수 있기 때문에 제조 단가를 낮출 수 있고 실제 자동차 및 주택 창문에 적용되어 김서림 및 성에 방지에 효과적인 역할을 할 수 있으므로, 산업적 파급 효과가 매우 클 것으로 예상된다”고 연구 의의를 밝혔다.

한편, 이번 연구결과는 과학적 성과를 인정받아 재료분야 국제 상위 학술지인 네이처 자매지 엔피지 아시아 머터리얼즈(NPG Asia Materials)에 2016년 4월15일에 게재됐다.