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〈 김 택 수 교수 〉
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〈 윤 태식(좌), 김재한(우) 박사과정 〉
우리 대학 기계공학과 김택수 교수 연구팀이 금속 입자를 통해 그래핀의 결함을 없앨 수 있는 기술을 개발했다.
이를 통해 다양한 기판 위에 적용된 그래핀의 기계적, 전기적 특성을 향상시킬 수 있음을 증명했다.
이번 연구는 지난해 12월 29일 국제학술지 ACS Nano 온라인 판에 게재됐다. (논문명: Healing Graphene Defects using Selective Electrochemical Deposition: Toward Flexible and Stretchable Devices)
그래핀은 높은 전하이동도와 기체투과방지, 얇은 두께(0.34nm) 등의 특성 때문에 매우 유연하고 광학적으로 투명하다는 장점이 있다. 이를 이용해 투명전극, 기체투과방지막, 디스플레이 등 다양한 분야에 적용이 가능하다.
그러나 화학기상증착법(chemical vapor deposition)으로 합성된 그래핀은 결정립 경계(grain boundary : 용융 금속이 응고 시 성장하면서 서로 만나는 곳에서 생기는 경계면) 및 핀 홀(pinhole : 작은 부풀음, 구멍) 등 많은 결함을 내재하고 있어 그래핀의 전기적, 기계적 특성을 저하시킨다.
연구팀은 문제 해결을 위해 전기 도금 방식과 거의 유사한 전기화학적 증착 방식을 이용했다. 이는 금속 이온의 전기화학적 환원 반응을 이용하는 것으로, 그래핀을 음극(cathode)에 연결 후 직류 전류를 가하면 용액 속의 금속 이온이 그래핀의 결함 부분에 선택적으로 환원되며 증착하는 원리이다.
이를 통해 그래핀에서 발생한 결함에 선택적으로 은을 증착시킬 수 있음을 확인했다. 전도성 기판 뿐 아니라 세라믹, 고분자 등의 절연 기판에서도 똑같이 금속이 그래핀의 결함에 선택적으로 증착됐다.
증착된 은 입자는 결함 사이를 전기적, 기계적으로 연결해주는 역할을 해 그래핀의 전기전도도 및 연신율을 향상시켰다. 특히 다층 그래핀의 경우 전기전도도가 약 11.54배, 연신율이 약 61% 가량 증가함을 확인했다.
이 치유법은 인장(引張)이나 스크래치 등 물리적인 압력에 의해 의도적으로 손상된 그래핀에도 적용 가능하다.
연구팀은 투과도 감소, 전기 도금 공정의 최적화 등이 해결된다면 고품질 대면적 그래핀의 품질 관리 기술, 그래핀 기반의 유연전자소자 등에 적용 가능할 것이라고 밝혔다.
김 교수는 “연구를 통해 그래핀 결함을 손쉽게 치유해 전기적, 기계적 특성을 향상시킬 수 있는 원천기술이다”며 “그래핀의 상용화에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
기계공학과 윤태식 박사과정 연구원이 1저자로 참여한 이번 연구는 산업통상자원부 그래핀 소재-부품 기술 개발사업과 한화테크원의 지원으로 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 그래핀 표면의 스크래치를 전기도금을 통해 치유하는 사진
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그림2. 금속 이온의 전기화학적 환원을 이용한 그래핀 결함 치유 모식도
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그림3. 본 연구 대표도
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그림4. 선택적 결함 치유를 통해 가시화된 그래핀 결함의 광학적 이미지
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퇴행성 질환을 유발하는 아밀로이드 섬유 단백질의 초기 불안정한 움직임과 같은 생명 현상을 분자 수준에서 실시간 관찰이 가능한 기술이 개발되었다. 이를 통해 알츠하이머나 파킨슨 병과 같은 퇴행성 질환의 발병 과정에 대한 실마리를 제공할 수 있을 것으로 기대된다. 우리 대학 신소재공학과 육종민 교수 연구팀이 한국기초과학지원연구원, 포항산업과학연구원, 성균관대학교 약학대학 연구팀과 함께 그래핀을 이용해 알츠하이머 질병을 유발한다고 알려진 아밀로이드 섬유 단백질의 실시간 거동을 관찰할 수 있는 새로운 단분자 관찰 기술(single-molecule technique)을 개발했다고 30일 밝혔다. 단분자 관찰 기술은 단일 분자 수준에서 발생하는 현상을 관찰할 수 있는 기법을 말한다. 생체 과정에서 수반되는 단백질 간의 상호작용, 접힘, 조립 과정 등을 이해하는 데 핵심적인 기술이다. 현재까지 단분자 관찰 기술로는 특정 분자를 식별하기 위한 형광 현미경을 이용해 관찰하거나, 단백질을
2024-01-30우리 대학이 8일부터 이틀간 국회의원회관에서 ‘2023 혁신창업국가 대한민국 국제심포지엄’을 개최한다. 딥테크 창업기업들은 첨단과학기술을 기반으로 혁신적인 제품과 서비스를 개발하고 경제 성장과 일자리 창출에 핵심적인 역할을 맡고 있다. 또한, 고도의 기술력과 창의력으로 대한민국의 경제 생태계를 혁신적으로 변화시키는 원동력이 되기도 한다. 그러나 기술개발, 인력 확보, 규제, 시장 진입 및 경쟁, 자금 부족 등이 혁신창업기업이 겪는 제약은 여전히 산적해 있다. 이번 행사는 국제심포지엄과 함께 혁신창업기업을 선정해 시상하고 창업기업 체험 부스, 기업 소개, 창업 경진대회 등을 마련해 국내·외 혁신 창업의중요성에 대한 공감대를 형성하고 이를 활성화하는 방안을 모색하고자 마련됐다. 첫날 열리는 국제심포지엄에서는 기업주도형 벤처 캐피털인 어플라이드 벤처스(Applied Ventures)의 아난드 카만나바르(Anand Kamannavar) 글로벌 투
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2023-04-03우리 대학 신소재공학과 김상욱 교수 연구팀이 부산대 안석균 교수 연구팀과 공동 연구를 통해 그래핀-액정 복합섬유를 이용한 새로운 인공 근육을 개발하는 데 성공했다고 5일 밝혔다. 이 인공 근육은 현재까지 과학계에 보고된 것 중에서 인간 근육과 가장 유사하면서도 최대 17배 강한 힘을 보이는 것으로 밝혀졌다. 동물의 근육은 신경 자극에 의해 그 형태가 변하면서 기계적인 운동을 일으키는 것으로 알려져 있다. 로봇이나 인공장기 등 다양한 분야에서 동물근육과 유사한 운동을 일으키기 위한 기술들이 개발돼왔으나, 지금까지는 주로 기계장치에 의존한 것들이 대부분이다. 최근에는 유연성을 가지는 신소재를 이용해 생명체의 근육같이 유연하면서도 기계적 운동을 일으킬 수 있는 인공 근육들이 연구되고 있다. 그러나 이들 대부분이 일으키는 운동의 범위가 동물 근육보다 제한되고 강한 운동을 일으키기 위해서는 마치 시계태엽을 감듯이 부가적인 에너지 저장과정을 거쳐야만 하는 문제점이 있다. 김교수
2022-12-05