KIST, 단일층 맞춤형 그래핀으로 가스차단 기술 개발 - 단일층 그래핀으로 수분을 60% 이상 차단하는 기술개발 - 수분으로 인한 플랙서블 디스플레이의 수명 단축 문제해결 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전북분원(분원장 김준경) 복합소재기술연구소 양자응용복합소재연구센터 김명종 박사팀은 전기화학 연마 공정을 거친 그래핀 필름의 합성단계를 2단계(*2단계 성장법)로 나눠 진행하여 그래핀 결점을 최소화 하여 화학기상증착법(*CVD(Chemical Vapor Deposition))을 이용한 가스차a단 맞춤형 그래핀을 개발했다. 연구팀은 차단 특성을 확인하기 위하여 기존 방식과 다른 새로운 그래핀 가스차단 모델을 제시했다. 가스차단 필름은 작게는 식품포장재부터 크게는 디스플레이까지 다양한 범위의 제품에 활용되고 있다. 이러한 가스 차단 필름은 통상 산소나 수분을 차단하여 제품의 내구성을 높여준다. 특히 최근 폭발적인 성장을 보이고 있는 플렉시블 디스플레이 분야에서는 고분자 기반 소재가 기판으로 가장 많은 기대를 받고 있으나, 산소 및 수분 차단 특성이 부족하여 이에 대한 대안으로서 가스차단 필름에 대한 관심이 증가되고 있다. 하지만 기존의 가스차단 필름의 재료인 유리, 세라믹 및 금속 등은 비용 및 기술적인 문제로 인해 그 활용에 한계가 있었다. 이러한 한계점을 극복하고자 다양한 금속박막, 고분자, 나노 입자를 복합화하는 등 다양하고 폭 넓은 시도가 이루어지고 있으며 그 중 신소재인 그래핀이 주목을 받고 있다. 그래핀은 육각형 구조를 가진 탄소의 단일 소재로 가스와 같은 작은 분자단위 투과를 차단하는 효과 뿐만 아니라 높은 비표면적 (2,600 m2/g)을 가지며, 전기적 (20,000 cm2/Vs), 기계적(>1000 GPa), 열적 (~3000 W/mK)물성 등이 우수한 소재로 알려져 있다. 다만 기존의 화학기상증착법 (CVD)방식으로는 그래핀 합성과정상 문제로 가스차단 필름 생성에 어려움이 있었다. 김명종 박사팀은 맞춤형 화학기상증착법 (CVD)을 이용하되 금속 층에 탄소 전구체를 포함하는 반응 가스 및 열을 제공하여 반응시킴으로써 금속 층에 하나의 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀을 합성하였다. 기존의 1단계 성장법으로 합성된 그래핀에서 발생되는 결점들로 인한 한계를 극복하기 위하여 금속 촉매 기판을 전기화학 연마 (Electro-chemical Polishing) 처리하여 금속 촉매 기판 표면의 불순물을 제거하고 거칠기 (Roughness)를 조절하였다. 더 나아가, 그래핀 필름의 합성 단계를 2단계로 나눈 2단계 성장법을 통해 그래핀의 결점을 제어하고 가스차단 특성을 향상시켰다. 이러한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀을 PET 기판에 전사하여 수분투과도 (Water Vapor Transmission Rate)를 측정한 결과, 그래핀 1장으로도 수분투과도가 PET 기판 대비 60% 정도 감소하였다. 김명종 박사팀은 이러한 결과를 토대로 수분투과도와 그래핀 결점 밀도 (Defect density)의 연관성을 확인하고 기존의 가스차단 특성 확인 방식과는 다른 해석방법으로 새로운 그래핀 가스차단 모델을 제시하였다. 본 연구는 미래창조과학부(장관, 최양희) 지원으로 KIST 기관고유사업과 산업부 그래핀 소재/부품 기술개발사업 3세부 과제 (주관: 상보)로 수행되었으며, 네이쳐 그룹 (Nature group) 에서 발간하는 사이언티픽 리포트 (Scientific Reports, Impact Factor: 5.578)의 2016년 4월호에 게재되었다. 논문의 제1저자는 박사후 연구원인 서태훈 박사, KIST 조선대 학연 석사과정생인 이슬아 연구원이며, 조선대(이재관 교수), 동아대(이헌상 교수)와의 공동연구 결과이다. * (논문명) ‘Tailored CVD grahene coating as a transparent and flexible gas barrier’ - (제1저자) 서태훈 박사후 연구원, 이슬아 연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 복합소재기술연구소 김명종 박사 <그림자료> <그림 1> KIST 김명종 선임연구원팀은 기존의 1단계 성장법으로 합성된 그래핀에서 발생하는 결점을 제어하기 위해, 전기화학 연마 (Electro-chemical polishing) 공정과 2단계 성장법을 통해 그래핀의 결점을 최소화한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀을 합성하였다. 위 그림은 전기화학 연마 공정과 2단께 성장법을 적용하여 합성한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀의 수분투과도 (Water Vapor Transmission Rate)를 측정하기 위해 PET 기판에 전사한 이미지이며, 이는 PET 기판에 전사한 그래핀의 훌륭한 유연성을 보여주고 있다. <그림 2> 해당 그림은 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀의 수분투과도 (Water Vapor Transmission Rate) 및 투과성 (Permeability)을 보여주는 결과이다, 이는 수분투과도 장비를 이용하여 측정하였으며, 측정은 24 시간 동안 진행하여 정상 상태에 도달하였다. 그 결과, 전기화학 연마 공정과 2단계 성장법을 적용하여 합성한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀의 경우 PET 대비 60 % 정도 감소한 수분투과도 값을 나타냈다. <그림3> 해당 그림은 AFM (Atomic Force Microscope)를 통해 그래핀의 결점 밀도 (Defect density)를 보여주는 결과이다. 구리 에칭용 시약 (Copper etchant)를 통해 결점 분석 실험을 진행한 결과, 전기화학 연마 공정과 2단계 성장법을 적용하여 합성한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀의 경우 같은 면적 내의 결점 밀도 수가 가장 낮은 값을 보여주고 있다.

KIST, 단일층 맞춤형 그래핀으로 가스차단 기술 개발 - 단일층 그래핀으로 수분을 60% 이상 차단하는 기술개발 - 수분으로 인한 플랙서블 디스플레이의 수명 단축 문제해결 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전북분원(분원장 김준경) 복합소재기술연구소 양자응용복합소재연구센터 김명종 박사팀은 전기화학 연마 공정을 거친 그래핀 필름의 합성단계를 2단계(*2단계 성장법)로 나눠 진행하여 그래핀 결점을 최소화 하여 화학기상증착법(*CVD(Chemical Vapor Deposition))을 이용한 가스차a단 맞춤형 그래핀을 개발했다. 연구팀은 차단 특성을 확인하기 위하여 기존 방식과 다른 새로운 그래핀 가스차단 모델을 제시했다. 가스차단 필름은 작게는 식품포장재부터 크게는 디스플레이까지 다양한 범위의 제품에 활용되고 있다. 이러한 가스 차단 필름은 통상 산소나 수분을 차단하여 제품의 내구성을 높여준다. 특히 최근 폭발적인 성장을 보이고 있는 플렉시블 디스플레이 분야에서는 고분자 기반 소재가 기판으로 가장 많은 기대를 받고 있으나, 산소 및 수분 차단 특성이 부족하여 이에 대한 대안으로서 가스차단 필름에 대한 관심이 증가되고 있다. 하지만 기존의 가스차단 필름의 재료인 유리, 세라믹 및 금속 등은 비용 및 기술적인 문제로 인해 그 활용에 한계가 있었다. 이러한 한계점을 극복하고자 다양한 금속박막, 고분자, 나노 입자를 복합화하는 등 다양하고 폭 넓은 시도가 이루어지고 있으며 그 중 신소재인 그래핀이 주목을 받고 있다. 그래핀은 육각형 구조를 가진 탄소의 단일 소재로 가스와 같은 작은 분자단위 투과를 차단하는 효과 뿐만 아니라 높은 비표면적 (2,600 m2/g)을 가지며, 전기적 (20,000 cm2/Vs), 기계적(>1000 GPa), 열적 (~3000 W/mK)물성 등이 우수한 소재로 알려져 있다. 다만 기존의 화학기상증착법 (CVD)방식으로는 그래핀 합성과정상 문제로 가스차단 필름 생성에 어려움이 있었다. 김명종 박사팀은 맞춤형 화학기상증착법 (CVD)을 이용하되 금속 층에 탄소 전구체를 포함하는 반응 가스 및 열을 제공하여 반응시킴으로써 금속 층에 하나의 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀을 합성하였다. 기존의 1단계 성장법으로 합성된 그래핀에서 발생되는 결점들로 인한 한계를 극복하기 위하여 금속 촉매 기판을 전기화학 연마 (Electro-chemical Polishing) 처리하여 금속 촉매 기판 표면의 불순물을 제거하고 거칠기 (Roughness)를 조절하였다. 더 나아가, 그래핀 필름의 합성 단계를 2단계로 나눈 2단계 성장법을 통해 그래핀의 결점을 제어하고 가스차단 특성을 향상시켰다. 이러한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀을 PET 기판에 전사하여 수분투과도 (Water Vapor Transmission Rate)를 측정한 결과, 그래핀 1장으로도 수분투과도가 PET 기판 대비 60% 정도 감소하였다. 김명종 박사팀은 이러한 결과를 토대로 수분투과도와 그래핀 결점 밀도 (Defect density)의 연관성을 확인하고 기존의 가스차단 특성 확인 방식과는 다른 해석방법으로 새로운 그래핀 가스차단 모델을 제시하였다. 본 연구는 미래창조과학부(장관, 최양희) 지원으로 KIST 기관고유사업과 산업부 그래핀 소재/부품 기술개발사업 3세부 과제 (주관: 상보)로 수행되었으며, 네이쳐 그룹 (Nature group) 에서 발간하는 사이언티픽 리포트 (Scientific Reports, Impact Factor: 5.578)의 2016년 4월호에 게재되었다. 논문의 제1저자는 박사후 연구원인 서태훈 박사, KIST 조선대 학연 석사과정생인 이슬아 연구원이며, 조선대(이재관 교수), 동아대(이헌상 교수)와의 공동연구 결과이다. * (논문명) ‘Tailored CVD grahene coating as a transparent and flexible gas barrier’ - (제1저자) 서태훈 박사후 연구원, 이슬아 연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 복합소재기술연구소 김명종 박사 <그림자료> <그림 1> KIST 김명종 선임연구원팀은 기존의 1단계 성장법으로 합성된 그래핀에서 발생하는 결점을 제어하기 위해, 전기화학 연마 (Electro-chemical polishing) 공정과 2단계 성장법을 통해 그래핀의 결점을 최소화한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀을 합성하였다. 위 그림은 전기화학 연마 공정과 2단께 성장법을 적용하여 합성한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀의 수분투과도 (Water Vapor Transmission Rate)를 측정하기 위해 PET 기판에 전사한 이미지이며, 이는 PET 기판에 전사한 그래핀의 훌륭한 유연성을 보여주고 있다. <그림 2> 해당 그림은 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀의 수분투과도 (Water Vapor Transmission Rate) 및 투과성 (Permeability)을 보여주는 결과이다, 이는 수분투과도 장비를 이용하여 측정하였으며, 측정은 24 시간 동안 진행하여 정상 상태에 도달하였다. 그 결과, 전기화학 연마 공정과 2단계 성장법을 적용하여 합성한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀의 경우 PET 대비 60 % 정도 감소한 수분투과도 값을 나타냈다. <그림3> 해당 그림은 AFM (Atomic Force Microscope)를 통해 그래핀의 결점 밀도 (Defect density)를 보여주는 결과이다. 구리 에칭용 시약 (Copper etchant)를 통해 결점 분석 실험을 진행한 결과, 전기화학 연마 공정과 2단계 성장법을 적용하여 합성한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀의 경우 같은 면적 내의 결점 밀도 수가 가장 낮은 값을 보여주고 있다.

KIST, 단일층 맞춤형 그래핀으로 가스차단 기술 개발 - 단일층 그래핀으로 수분을 60% 이상 차단하는 기술개발 - 수분으로 인한 플랙서블 디스플레이의 수명 단축 문제해결 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전북분원(분원장 김준경) 복합소재기술연구소 양자응용복합소재연구센터 김명종 박사팀은 전기화학 연마 공정을 거친 그래핀 필름의 합성단계를 2단계(*2단계 성장법)로 나눠 진행하여 그래핀 결점을 최소화 하여 화학기상증착법(*CVD(Chemical Vapor Deposition))을 이용한 가스차a단 맞춤형 그래핀을 개발했다. 연구팀은 차단 특성을 확인하기 위하여 기존 방식과 다른 새로운 그래핀 가스차단 모델을 제시했다. 가스차단 필름은 작게는 식품포장재부터 크게는 디스플레이까지 다양한 범위의 제품에 활용되고 있다. 이러한 가스 차단 필름은 통상 산소나 수분을 차단하여 제품의 내구성을 높여준다. 특히 최근 폭발적인 성장을 보이고 있는 플렉시블 디스플레이 분야에서는 고분자 기반 소재가 기판으로 가장 많은 기대를 받고 있으나, 산소 및 수분 차단 특성이 부족하여 이에 대한 대안으로서 가스차단 필름에 대한 관심이 증가되고 있다. 하지만 기존의 가스차단 필름의 재료인 유리, 세라믹 및 금속 등은 비용 및 기술적인 문제로 인해 그 활용에 한계가 있었다. 이러한 한계점을 극복하고자 다양한 금속박막, 고분자, 나노 입자를 복합화하는 등 다양하고 폭 넓은 시도가 이루어지고 있으며 그 중 신소재인 그래핀이 주목을 받고 있다. 그래핀은 육각형 구조를 가진 탄소의 단일 소재로 가스와 같은 작은 분자단위 투과를 차단하는 효과 뿐만 아니라 높은 비표면적 (2,600 m2/g)을 가지며, 전기적 (20,000 cm2/Vs), 기계적(>1000 GPa), 열적 (~3000 W/mK)물성 등이 우수한 소재로 알려져 있다. 다만 기존의 화학기상증착법 (CVD)방식으로는 그래핀 합성과정상 문제로 가스차단 필름 생성에 어려움이 있었다. 김명종 박사팀은 맞춤형 화학기상증착법 (CVD)을 이용하되 금속 층에 탄소 전구체를 포함하는 반응 가스 및 열을 제공하여 반응시킴으로써 금속 층에 하나의 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀을 합성하였다. 기존의 1단계 성장법으로 합성된 그래핀에서 발생되는 결점들로 인한 한계를 극복하기 위하여 금속 촉매 기판을 전기화학 연마 (Electro-chemical Polishing) 처리하여 금속 촉매 기판 표면의 불순물을 제거하고 거칠기 (Roughness)를 조절하였다. 더 나아가, 그래핀 필름의 합성 단계를 2단계로 나눈 2단계 성장법을 통해 그래핀의 결점을 제어하고 가스차단 특성을 향상시켰다. 이러한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀을 PET 기판에 전사하여 수분투과도 (Water Vapor Transmission Rate)를 측정한 결과, 그래핀 1장으로도 수분투과도가 PET 기판 대비 60% 정도 감소하였다. 김명종 박사팀은 이러한 결과를 토대로 수분투과도와 그래핀 결점 밀도 (Defect density)의 연관성을 확인하고 기존의 가스차단 특성 확인 방식과는 다른 해석방법으로 새로운 그래핀 가스차단 모델을 제시하였다. 본 연구는 미래창조과학부(장관, 최양희) 지원으로 KIST 기관고유사업과 산업부 그래핀 소재/부품 기술개발사업 3세부 과제 (주관: 상보)로 수행되었으며, 네이쳐 그룹 (Nature group) 에서 발간하는 사이언티픽 리포트 (Scientific Reports, Impact Factor: 5.578)의 2016년 4월호에 게재되었다. 논문의 제1저자는 박사후 연구원인 서태훈 박사, KIST 조선대 학연 석사과정생인 이슬아 연구원이며, 조선대(이재관 교수), 동아대(이헌상 교수)와의 공동연구 결과이다. * (논문명) ‘Tailored CVD grahene coating as a transparent and flexible gas barrier’ - (제1저자) 서태훈 박사후 연구원, 이슬아 연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 복합소재기술연구소 김명종 박사 <그림자료> <그림 1> KIST 김명종 선임연구원팀은 기존의 1단계 성장법으로 합성된 그래핀에서 발생하는 결점을 제어하기 위해, 전기화학 연마 (Electro-chemical polishing) 공정과 2단계 성장법을 통해 그래핀의 결점을 최소화한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀을 합성하였다. 위 그림은 전기화학 연마 공정과 2단께 성장법을 적용하여 합성한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀의 수분투과도 (Water Vapor Transmission Rate)를 측정하기 위해 PET 기판에 전사한 이미지이며, 이는 PET 기판에 전사한 그래핀의 훌륭한 유연성을 보여주고 있다. <그림 2> 해당 그림은 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀의 수분투과도 (Water Vapor Transmission Rate) 및 투과성 (Permeability)을 보여주는 결과이다, 이는 수분투과도 장비를 이용하여 측정하였으며, 측정은 24 시간 동안 진행하여 정상 상태에 도달하였다. 그 결과, 전기화학 연마 공정과 2단계 성장법을 적용하여 합성한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀의 경우 PET 대비 60 % 정도 감소한 수분투과도 값을 나타냈다. <그림3> 해당 그림은 AFM (Atomic Force Microscope)를 통해 그래핀의 결점 밀도 (Defect density)를 보여주는 결과이다. 구리 에칭용 시약 (Copper etchant)를 통해 결점 분석 실험을 진행한 결과, 전기화학 연마 공정과 2단계 성장법을 적용하여 합성한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀의 경우 같은 면적 내의 결점 밀도 수가 가장 낮은 값을 보여주고 있다.

KIST, 단일층 맞춤형 그래핀으로 가스차단 기술 개발 - 단일층 그래핀으로 수분을 60% 이상 차단하는 기술개발 - 수분으로 인한 플랙서블 디스플레이의 수명 단축 문제해결 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전북분원(분원장 김준경) 복합소재기술연구소 양자응용복합소재연구센터 김명종 박사팀은 전기화학 연마 공정을 거친 그래핀 필름의 합성단계를 2단계(*2단계 성장법)로 나눠 진행하여 그래핀 결점을 최소화 하여 화학기상증착법(*CVD(Chemical Vapor Deposition))을 이용한 가스차a단 맞춤형 그래핀을 개발했다. 연구팀은 차단 특성을 확인하기 위하여 기존 방식과 다른 새로운 그래핀 가스차단 모델을 제시했다. 가스차단 필름은 작게는 식품포장재부터 크게는 디스플레이까지 다양한 범위의 제품에 활용되고 있다. 이러한 가스 차단 필름은 통상 산소나 수분을 차단하여 제품의 내구성을 높여준다. 특히 최근 폭발적인 성장을 보이고 있는 플렉시블 디스플레이 분야에서는 고분자 기반 소재가 기판으로 가장 많은 기대를 받고 있으나, 산소 및 수분 차단 특성이 부족하여 이에 대한 대안으로서 가스차단 필름에 대한 관심이 증가되고 있다. 하지만 기존의 가스차단 필름의 재료인 유리, 세라믹 및 금속 등은 비용 및 기술적인 문제로 인해 그 활용에 한계가 있었다. 이러한 한계점을 극복하고자 다양한 금속박막, 고분자, 나노 입자를 복합화하는 등 다양하고 폭 넓은 시도가 이루어지고 있으며 그 중 신소재인 그래핀이 주목을 받고 있다. 그래핀은 육각형 구조를 가진 탄소의 단일 소재로 가스와 같은 작은 분자단위 투과를 차단하는 효과 뿐만 아니라 높은 비표면적 (2,600 m2/g)을 가지며, 전기적 (20,000 cm2/Vs), 기계적(>1000 GPa), 열적 (~3000 W/mK)물성 등이 우수한 소재로 알려져 있다. 다만 기존의 화학기상증착법 (CVD)방식으로는 그래핀 합성과정상 문제로 가스차단 필름 생성에 어려움이 있었다. 김명종 박사팀은 맞춤형 화학기상증착법 (CVD)을 이용하되 금속 층에 탄소 전구체를 포함하는 반응 가스 및 열을 제공하여 반응시킴으로써 금속 층에 하나의 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀을 합성하였다. 기존의 1단계 성장법으로 합성된 그래핀에서 발생되는 결점들로 인한 한계를 극복하기 위하여 금속 촉매 기판을 전기화학 연마 (Electro-chemical Polishing) 처리하여 금속 촉매 기판 표면의 불순물을 제거하고 거칠기 (Roughness)를 조절하였다. 더 나아가, 그래핀 필름의 합성 단계를 2단계로 나눈 2단계 성장법을 통해 그래핀의 결점을 제어하고 가스차단 특성을 향상시켰다. 이러한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀을 PET 기판에 전사하여 수분투과도 (Water Vapor Transmission Rate)를 측정한 결과, 그래핀 1장으로도 수분투과도가 PET 기판 대비 60% 정도 감소하였다. 김명종 박사팀은 이러한 결과를 토대로 수분투과도와 그래핀 결점 밀도 (Defect density)의 연관성을 확인하고 기존의 가스차단 특성 확인 방식과는 다른 해석방법으로 새로운 그래핀 가스차단 모델을 제시하였다. 본 연구는 미래창조과학부(장관, 최양희) 지원으로 KIST 기관고유사업과 산업부 그래핀 소재/부품 기술개발사업 3세부 과제 (주관: 상보)로 수행되었으며, 네이쳐 그룹 (Nature group) 에서 발간하는 사이언티픽 리포트 (Scientific Reports, Impact Factor: 5.578)의 2016년 4월호에 게재되었다. 논문의 제1저자는 박사후 연구원인 서태훈 박사, KIST 조선대 학연 석사과정생인 이슬아 연구원이며, 조선대(이재관 교수), 동아대(이헌상 교수)와의 공동연구 결과이다. * (논문명) ‘Tailored CVD grahene coating as a transparent and flexible gas barrier’ - (제1저자) 서태훈 박사후 연구원, 이슬아 연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 복합소재기술연구소 김명종 박사 <그림자료> <그림 1> KIST 김명종 선임연구원팀은 기존의 1단계 성장법으로 합성된 그래핀에서 발생하는 결점을 제어하기 위해, 전기화학 연마 (Electro-chemical polishing) 공정과 2단계 성장법을 통해 그래핀의 결점을 최소화한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀을 합성하였다. 위 그림은 전기화학 연마 공정과 2단께 성장법을 적용하여 합성한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀의 수분투과도 (Water Vapor Transmission Rate)를 측정하기 위해 PET 기판에 전사한 이미지이며, 이는 PET 기판에 전사한 그래핀의 훌륭한 유연성을 보여주고 있다. <그림 2> 해당 그림은 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀의 수분투과도 (Water Vapor Transmission Rate) 및 투과성 (Permeability)을 보여주는 결과이다, 이는 수분투과도 장비를 이용하여 측정하였으며, 측정은 24 시간 동안 진행하여 정상 상태에 도달하였다. 그 결과, 전기화학 연마 공정과 2단계 성장법을 적용하여 합성한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀의 경우 PET 대비 60 % 정도 감소한 수분투과도 값을 나타냈다. <그림3> 해당 그림은 AFM (Atomic Force Microscope)를 통해 그래핀의 결점 밀도 (Defect density)를 보여주는 결과이다. 구리 에칭용 시약 (Copper etchant)를 통해 결점 분석 실험을 진행한 결과, 전기화학 연마 공정과 2단계 성장법을 적용하여 합성한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀의 경우 같은 면적 내의 결점 밀도 수가 가장 낮은 값을 보여주고 있다.

KIST, 단일층 맞춤형 그래핀으로 가스차단 기술 개발 - 단일층 그래핀으로 수분을 60% 이상 차단하는 기술개발 - 수분으로 인한 플랙서블 디스플레이의 수명 단축 문제해결 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전북분원(분원장 김준경) 복합소재기술연구소 양자응용복합소재연구센터 김명종 박사팀은 전기화학 연마 공정을 거친 그래핀 필름의 합성단계를 2단계(*2단계 성장법)로 나눠 진행하여 그래핀 결점을 최소화 하여 화학기상증착법(*CVD(Chemical Vapor Deposition))을 이용한 가스차a단 맞춤형 그래핀을 개발했다. 연구팀은 차단 특성을 확인하기 위하여 기존 방식과 다른 새로운 그래핀 가스차단 모델을 제시했다. 가스차단 필름은 작게는 식품포장재부터 크게는 디스플레이까지 다양한 범위의 제품에 활용되고 있다. 이러한 가스 차단 필름은 통상 산소나 수분을 차단하여 제품의 내구성을 높여준다. 특히 최근 폭발적인 성장을 보이고 있는 플렉시블 디스플레이 분야에서는 고분자 기반 소재가 기판으로 가장 많은 기대를 받고 있으나, 산소 및 수분 차단 특성이 부족하여 이에 대한 대안으로서 가스차단 필름에 대한 관심이 증가되고 있다. 하지만 기존의 가스차단 필름의 재료인 유리, 세라믹 및 금속 등은 비용 및 기술적인 문제로 인해 그 활용에 한계가 있었다. 이러한 한계점을 극복하고자 다양한 금속박막, 고분자, 나노 입자를 복합화하는 등 다양하고 폭 넓은 시도가 이루어지고 있으며 그 중 신소재인 그래핀이 주목을 받고 있다. 그래핀은 육각형 구조를 가진 탄소의 단일 소재로 가스와 같은 작은 분자단위 투과를 차단하는 효과 뿐만 아니라 높은 비표면적 (2,600 m2/g)을 가지며, 전기적 (20,000 cm2/Vs), 기계적(>1000 GPa), 열적 (~3000 W/mK)물성 등이 우수한 소재로 알려져 있다. 다만 기존의 화학기상증착법 (CVD)방식으로는 그래핀 합성과정상 문제로 가스차단 필름 생성에 어려움이 있었다. 김명종 박사팀은 맞춤형 화학기상증착법 (CVD)을 이용하되 금속 층에 탄소 전구체를 포함하는 반응 가스 및 열을 제공하여 반응시킴으로써 금속 층에 하나의 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀을 합성하였다. 기존의 1단계 성장법으로 합성된 그래핀에서 발생되는 결점들로 인한 한계를 극복하기 위하여 금속 촉매 기판을 전기화학 연마 (Electro-chemical Polishing) 처리하여 금속 촉매 기판 표면의 불순물을 제거하고 거칠기 (Roughness)를 조절하였다. 더 나아가, 그래핀 필름의 합성 단계를 2단계로 나눈 2단계 성장법을 통해 그래핀의 결점을 제어하고 가스차단 특성을 향상시켰다. 이러한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀을 PET 기판에 전사하여 수분투과도 (Water Vapor Transmission Rate)를 측정한 결과, 그래핀 1장으로도 수분투과도가 PET 기판 대비 60% 정도 감소하였다. 김명종 박사팀은 이러한 결과를 토대로 수분투과도와 그래핀 결점 밀도 (Defect density)의 연관성을 확인하고 기존의 가스차단 특성 확인 방식과는 다른 해석방법으로 새로운 그래핀 가스차단 모델을 제시하였다. 본 연구는 미래창조과학부(장관, 최양희) 지원으로 KIST 기관고유사업과 산업부 그래핀 소재/부품 기술개발사업 3세부 과제 (주관: 상보)로 수행되었으며, 네이쳐 그룹 (Nature group) 에서 발간하는 사이언티픽 리포트 (Scientific Reports, Impact Factor: 5.578)의 2016년 4월호에 게재되었다. 논문의 제1저자는 박사후 연구원인 서태훈 박사, KIST 조선대 학연 석사과정생인 이슬아 연구원이며, 조선대(이재관 교수), 동아대(이헌상 교수)와의 공동연구 결과이다. * (논문명) ‘Tailored CVD grahene coating as a transparent and flexible gas barrier’ - (제1저자) 서태훈 박사후 연구원, 이슬아 연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 복합소재기술연구소 김명종 박사 <그림자료> <그림 1> KIST 김명종 선임연구원팀은 기존의 1단계 성장법으로 합성된 그래핀에서 발생하는 결점을 제어하기 위해, 전기화학 연마 (Electro-chemical polishing) 공정과 2단계 성장법을 통해 그래핀의 결점을 최소화한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀을 합성하였다. 위 그림은 전기화학 연마 공정과 2단께 성장법을 적용하여 합성한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀의 수분투과도 (Water Vapor Transmission Rate)를 측정하기 위해 PET 기판에 전사한 이미지이며, 이는 PET 기판에 전사한 그래핀의 훌륭한 유연성을 보여주고 있다. <그림 2> 해당 그림은 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀의 수분투과도 (Water Vapor Transmission Rate) 및 투과성 (Permeability)을 보여주는 결과이다, 이는 수분투과도 장비를 이용하여 측정하였으며, 측정은 24 시간 동안 진행하여 정상 상태에 도달하였다. 그 결과, 전기화학 연마 공정과 2단계 성장법을 적용하여 합성한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀의 경우 PET 대비 60 % 정도 감소한 수분투과도 값을 나타냈다. <그림3> 해당 그림은 AFM (Atomic Force Microscope)를 통해 그래핀의 결점 밀도 (Defect density)를 보여주는 결과이다. 구리 에칭용 시약 (Copper etchant)를 통해 결점 분석 실험을 진행한 결과, 전기화학 연마 공정과 2단계 성장법을 적용하여 합성한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀의 경우 같은 면적 내의 결점 밀도 수가 가장 낮은 값을 보여주고 있다.

KIST, 단일층 맞춤형 그래핀으로 가스차단 기술 개발 - 단일층 그래핀으로 수분을 60% 이상 차단하는 기술개발 - 수분으로 인한 플랙서블 디스플레이의 수명 단축 문제해결 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전북분원(분원장 김준경) 복합소재기술연구소 양자응용복합소재연구센터 김명종 박사팀은 전기화학 연마 공정을 거친 그래핀 필름의 합성단계를 2단계(*2단계 성장법)로 나눠 진행하여 그래핀 결점을 최소화 하여 화학기상증착법(*CVD(Chemical Vapor Deposition))을 이용한 가스차a단 맞춤형 그래핀을 개발했다. 연구팀은 차단 특성을 확인하기 위하여 기존 방식과 다른 새로운 그래핀 가스차단 모델을 제시했다. 가스차단 필름은 작게는 식품포장재부터 크게는 디스플레이까지 다양한 범위의 제품에 활용되고 있다. 이러한 가스 차단 필름은 통상 산소나 수분을 차단하여 제품의 내구성을 높여준다. 특히 최근 폭발적인 성장을 보이고 있는 플렉시블 디스플레이 분야에서는 고분자 기반 소재가 기판으로 가장 많은 기대를 받고 있으나, 산소 및 수분 차단 특성이 부족하여 이에 대한 대안으로서 가스차단 필름에 대한 관심이 증가되고 있다. 하지만 기존의 가스차단 필름의 재료인 유리, 세라믹 및 금속 등은 비용 및 기술적인 문제로 인해 그 활용에 한계가 있었다. 이러한 한계점을 극복하고자 다양한 금속박막, 고분자, 나노 입자를 복합화하는 등 다양하고 폭 넓은 시도가 이루어지고 있으며 그 중 신소재인 그래핀이 주목을 받고 있다. 그래핀은 육각형 구조를 가진 탄소의 단일 소재로 가스와 같은 작은 분자단위 투과를 차단하는 효과 뿐만 아니라 높은 비표면적 (2,600 m2/g)을 가지며, 전기적 (20,000 cm2/Vs), 기계적(>1000 GPa), 열적 (~3000 W/mK)물성 등이 우수한 소재로 알려져 있다. 다만 기존의 화학기상증착법 (CVD)방식으로는 그래핀 합성과정상 문제로 가스차단 필름 생성에 어려움이 있었다. 김명종 박사팀은 맞춤형 화학기상증착법 (CVD)을 이용하되 금속 층에 탄소 전구체를 포함하는 반응 가스 및 열을 제공하여 반응시킴으로써 금속 층에 하나의 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀을 합성하였다. 기존의 1단계 성장법으로 합성된 그래핀에서 발생되는 결점들로 인한 한계를 극복하기 위하여 금속 촉매 기판을 전기화학 연마 (Electro-chemical Polishing) 처리하여 금속 촉매 기판 표면의 불순물을 제거하고 거칠기 (Roughness)를 조절하였다. 더 나아가, 그래핀 필름의 합성 단계를 2단계로 나눈 2단계 성장법을 통해 그래핀의 결점을 제어하고 가스차단 특성을 향상시켰다. 이러한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀을 PET 기판에 전사하여 수분투과도 (Water Vapor Transmission Rate)를 측정한 결과, 그래핀 1장으로도 수분투과도가 PET 기판 대비 60% 정도 감소하였다. 김명종 박사팀은 이러한 결과를 토대로 수분투과도와 그래핀 결점 밀도 (Defect density)의 연관성을 확인하고 기존의 가스차단 특성 확인 방식과는 다른 해석방법으로 새로운 그래핀 가스차단 모델을 제시하였다. 본 연구는 미래창조과학부(장관, 최양희) 지원으로 KIST 기관고유사업과 산업부 그래핀 소재/부품 기술개발사업 3세부 과제 (주관: 상보)로 수행되었으며, 네이쳐 그룹 (Nature group) 에서 발간하는 사이언티픽 리포트 (Scientific Reports, Impact Factor: 5.578)의 2016년 4월호에 게재되었다. 논문의 제1저자는 박사후 연구원인 서태훈 박사, KIST 조선대 학연 석사과정생인 이슬아 연구원이며, 조선대(이재관 교수), 동아대(이헌상 교수)와의 공동연구 결과이다. * (논문명) ‘Tailored CVD grahene coating as a transparent and flexible gas barrier’ - (제1저자) 서태훈 박사후 연구원, 이슬아 연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 복합소재기술연구소 김명종 박사 <그림자료> <그림 1> KIST 김명종 선임연구원팀은 기존의 1단계 성장법으로 합성된 그래핀에서 발생하는 결점을 제어하기 위해, 전기화학 연마 (Electro-chemical polishing) 공정과 2단계 성장법을 통해 그래핀의 결점을 최소화한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀을 합성하였다. 위 그림은 전기화학 연마 공정과 2단께 성장법을 적용하여 합성한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀의 수분투과도 (Water Vapor Transmission Rate)를 측정하기 위해 PET 기판에 전사한 이미지이며, 이는 PET 기판에 전사한 그래핀의 훌륭한 유연성을 보여주고 있다. <그림 2> 해당 그림은 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀의 수분투과도 (Water Vapor Transmission Rate) 및 투과성 (Permeability)을 보여주는 결과이다, 이는 수분투과도 장비를 이용하여 측정하였으며, 측정은 24 시간 동안 진행하여 정상 상태에 도달하였다. 그 결과, 전기화학 연마 공정과 2단계 성장법을 적용하여 합성한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀의 경우 PET 대비 60 % 정도 감소한 수분투과도 값을 나타냈다. <그림3> 해당 그림은 AFM (Atomic Force Microscope)를 통해 그래핀의 결점 밀도 (Defect density)를 보여주는 결과이다. 구리 에칭용 시약 (Copper etchant)를 통해 결점 분석 실험을 진행한 결과, 전기화학 연마 공정과 2단계 성장법을 적용하여 합성한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀의 경우 같은 면적 내의 결점 밀도 수가 가장 낮은 값을 보여주고 있다.

KIST, 단일층 맞춤형 그래핀으로 가스차단 기술 개발 - 단일층 그래핀으로 수분을 60% 이상 차단하는 기술개발 - 수분으로 인한 플랙서블 디스플레이의 수명 단축 문제해결 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전북분원(분원장 김준경) 복합소재기술연구소 양자응용복합소재연구센터 김명종 박사팀은 전기화학 연마 공정을 거친 그래핀 필름의 합성단계를 2단계(*2단계 성장법)로 나눠 진행하여 그래핀 결점을 최소화 하여 화학기상증착법(*CVD(Chemical Vapor Deposition))을 이용한 가스차a단 맞춤형 그래핀을 개발했다. 연구팀은 차단 특성을 확인하기 위하여 기존 방식과 다른 새로운 그래핀 가스차단 모델을 제시했다. 가스차단 필름은 작게는 식품포장재부터 크게는 디스플레이까지 다양한 범위의 제품에 활용되고 있다. 이러한 가스 차단 필름은 통상 산소나 수분을 차단하여 제품의 내구성을 높여준다. 특히 최근 폭발적인 성장을 보이고 있는 플렉시블 디스플레이 분야에서는 고분자 기반 소재가 기판으로 가장 많은 기대를 받고 있으나, 산소 및 수분 차단 특성이 부족하여 이에 대한 대안으로서 가스차단 필름에 대한 관심이 증가되고 있다. 하지만 기존의 가스차단 필름의 재료인 유리, 세라믹 및 금속 등은 비용 및 기술적인 문제로 인해 그 활용에 한계가 있었다. 이러한 한계점을 극복하고자 다양한 금속박막, 고분자, 나노 입자를 복합화하는 등 다양하고 폭 넓은 시도가 이루어지고 있으며 그 중 신소재인 그래핀이 주목을 받고 있다. 그래핀은 육각형 구조를 가진 탄소의 단일 소재로 가스와 같은 작은 분자단위 투과를 차단하는 효과 뿐만 아니라 높은 비표면적 (2,600 m2/g)을 가지며, 전기적 (20,000 cm2/Vs), 기계적(>1000 GPa), 열적 (~3000 W/mK)물성 등이 우수한 소재로 알려져 있다. 다만 기존의 화학기상증착법 (CVD)방식으로는 그래핀 합성과정상 문제로 가스차단 필름 생성에 어려움이 있었다. 김명종 박사팀은 맞춤형 화학기상증착법 (CVD)을 이용하되 금속 층에 탄소 전구체를 포함하는 반응 가스 및 열을 제공하여 반응시킴으로써 금속 층에 하나의 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀을 합성하였다. 기존의 1단계 성장법으로 합성된 그래핀에서 발생되는 결점들로 인한 한계를 극복하기 위하여 금속 촉매 기판을 전기화학 연마 (Electro-chemical Polishing) 처리하여 금속 촉매 기판 표면의 불순물을 제거하고 거칠기 (Roughness)를 조절하였다. 더 나아가, 그래핀 필름의 합성 단계를 2단계로 나눈 2단계 성장법을 통해 그래핀의 결점을 제어하고 가스차단 특성을 향상시켰다. 이러한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀을 PET 기판에 전사하여 수분투과도 (Water Vapor Transmission Rate)를 측정한 결과, 그래핀 1장으로도 수분투과도가 PET 기판 대비 60% 정도 감소하였다. 김명종 박사팀은 이러한 결과를 토대로 수분투과도와 그래핀 결점 밀도 (Defect density)의 연관성을 확인하고 기존의 가스차단 특성 확인 방식과는 다른 해석방법으로 새로운 그래핀 가스차단 모델을 제시하였다. 본 연구는 미래창조과학부(장관, 최양희) 지원으로 KIST 기관고유사업과 산업부 그래핀 소재/부품 기술개발사업 3세부 과제 (주관: 상보)로 수행되었으며, 네이쳐 그룹 (Nature group) 에서 발간하는 사이언티픽 리포트 (Scientific Reports, Impact Factor: 5.578)의 2016년 4월호에 게재되었다. 논문의 제1저자는 박사후 연구원인 서태훈 박사, KIST 조선대 학연 석사과정생인 이슬아 연구원이며, 조선대(이재관 교수), 동아대(이헌상 교수)와의 공동연구 결과이다. * (논문명) ‘Tailored CVD grahene coating as a transparent and flexible gas barrier’ - (제1저자) 서태훈 박사후 연구원, 이슬아 연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 복합소재기술연구소 김명종 박사 <그림자료> <그림 1> KIST 김명종 선임연구원팀은 기존의 1단계 성장법으로 합성된 그래핀에서 발생하는 결점을 제어하기 위해, 전기화학 연마 (Electro-chemical polishing) 공정과 2단계 성장법을 통해 그래핀의 결점을 최소화한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀을 합성하였다. 위 그림은 전기화학 연마 공정과 2단께 성장법을 적용하여 합성한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀의 수분투과도 (Water Vapor Transmission Rate)를 측정하기 위해 PET 기판에 전사한 이미지이며, 이는 PET 기판에 전사한 그래핀의 훌륭한 유연성을 보여주고 있다. <그림 2> 해당 그림은 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀의 수분투과도 (Water Vapor Transmission Rate) 및 투과성 (Permeability)을 보여주는 결과이다, 이는 수분투과도 장비를 이용하여 측정하였으며, 측정은 24 시간 동안 진행하여 정상 상태에 도달하였다. 그 결과, 전기화학 연마 공정과 2단계 성장법을 적용하여 합성한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀의 경우 PET 대비 60 % 정도 감소한 수분투과도 값을 나타냈다. <그림3> 해당 그림은 AFM (Atomic Force Microscope)를 통해 그래핀의 결점 밀도 (Defect density)를 보여주는 결과이다. 구리 에칭용 시약 (Copper etchant)를 통해 결점 분석 실험을 진행한 결과, 전기화학 연마 공정과 2단계 성장법을 적용하여 합성한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀의 경우 같은 면적 내의 결점 밀도 수가 가장 낮은 값을 보여주고 있다.

KIST, 단일층 맞춤형 그래핀으로 가스차단 기술 개발 - 단일층 그래핀으로 수분을 60% 이상 차단하는 기술개발 - 수분으로 인한 플랙서블 디스플레이의 수명 단축 문제해결 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전북분원(분원장 김준경) 복합소재기술연구소 양자응용복합소재연구센터 김명종 박사팀은 전기화학 연마 공정을 거친 그래핀 필름의 합성단계를 2단계(*2단계 성장법)로 나눠 진행하여 그래핀 결점을 최소화 하여 화학기상증착법(*CVD(Chemical Vapor Deposition))을 이용한 가스차a단 맞춤형 그래핀을 개발했다. 연구팀은 차단 특성을 확인하기 위하여 기존 방식과 다른 새로운 그래핀 가스차단 모델을 제시했다. 가스차단 필름은 작게는 식품포장재부터 크게는 디스플레이까지 다양한 범위의 제품에 활용되고 있다. 이러한 가스 차단 필름은 통상 산소나 수분을 차단하여 제품의 내구성을 높여준다. 특히 최근 폭발적인 성장을 보이고 있는 플렉시블 디스플레이 분야에서는 고분자 기반 소재가 기판으로 가장 많은 기대를 받고 있으나, 산소 및 수분 차단 특성이 부족하여 이에 대한 대안으로서 가스차단 필름에 대한 관심이 증가되고 있다. 하지만 기존의 가스차단 필름의 재료인 유리, 세라믹 및 금속 등은 비용 및 기술적인 문제로 인해 그 활용에 한계가 있었다. 이러한 한계점을 극복하고자 다양한 금속박막, 고분자, 나노 입자를 복합화하는 등 다양하고 폭 넓은 시도가 이루어지고 있으며 그 중 신소재인 그래핀이 주목을 받고 있다. 그래핀은 육각형 구조를 가진 탄소의 단일 소재로 가스와 같은 작은 분자단위 투과를 차단하는 효과 뿐만 아니라 높은 비표면적 (2,600 m2/g)을 가지며, 전기적 (20,000 cm2/Vs), 기계적(>1000 GPa), 열적 (~3000 W/mK)물성 등이 우수한 소재로 알려져 있다. 다만 기존의 화학기상증착법 (CVD)방식으로는 그래핀 합성과정상 문제로 가스차단 필름 생성에 어려움이 있었다. 김명종 박사팀은 맞춤형 화학기상증착법 (CVD)을 이용하되 금속 층에 탄소 전구체를 포함하는 반응 가스 및 열을 제공하여 반응시킴으로써 금속 층에 하나의 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀을 합성하였다. 기존의 1단계 성장법으로 합성된 그래핀에서 발생되는 결점들로 인한 한계를 극복하기 위하여 금속 촉매 기판을 전기화학 연마 (Electro-chemical Polishing) 처리하여 금속 촉매 기판 표면의 불순물을 제거하고 거칠기 (Roughness)를 조절하였다. 더 나아가, 그래핀 필름의 합성 단계를 2단계로 나눈 2단계 성장법을 통해 그래핀의 결점을 제어하고 가스차단 특성을 향상시켰다. 이러한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀을 PET 기판에 전사하여 수분투과도 (Water Vapor Transmission Rate)를 측정한 결과, 그래핀 1장으로도 수분투과도가 PET 기판 대비 60% 정도 감소하였다. 김명종 박사팀은 이러한 결과를 토대로 수분투과도와 그래핀 결점 밀도 (Defect density)의 연관성을 확인하고 기존의 가스차단 특성 확인 방식과는 다른 해석방법으로 새로운 그래핀 가스차단 모델을 제시하였다. 본 연구는 미래창조과학부(장관, 최양희) 지원으로 KIST 기관고유사업과 산업부 그래핀 소재/부품 기술개발사업 3세부 과제 (주관: 상보)로 수행되었으며, 네이쳐 그룹 (Nature group) 에서 발간하는 사이언티픽 리포트 (Scientific Reports, Impact Factor: 5.578)의 2016년 4월호에 게재되었다. 논문의 제1저자는 박사후 연구원인 서태훈 박사, KIST 조선대 학연 석사과정생인 이슬아 연구원이며, 조선대(이재관 교수), 동아대(이헌상 교수)와의 공동연구 결과이다. * (논문명) ‘Tailored CVD grahene coating as a transparent and flexible gas barrier’ - (제1저자) 서태훈 박사후 연구원, 이슬아 연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 복합소재기술연구소 김명종 박사 <그림자료> <그림 1> KIST 김명종 선임연구원팀은 기존의 1단계 성장법으로 합성된 그래핀에서 발생하는 결점을 제어하기 위해, 전기화학 연마 (Electro-chemical polishing) 공정과 2단계 성장법을 통해 그래핀의 결점을 최소화한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀을 합성하였다. 위 그림은 전기화학 연마 공정과 2단께 성장법을 적용하여 합성한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀의 수분투과도 (Water Vapor Transmission Rate)를 측정하기 위해 PET 기판에 전사한 이미지이며, 이는 PET 기판에 전사한 그래핀의 훌륭한 유연성을 보여주고 있다. <그림 2> 해당 그림은 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀의 수분투과도 (Water Vapor Transmission Rate) 및 투과성 (Permeability)을 보여주는 결과이다, 이는 수분투과도 장비를 이용하여 측정하였으며, 측정은 24 시간 동안 진행하여 정상 상태에 도달하였다. 그 결과, 전기화학 연마 공정과 2단계 성장법을 적용하여 합성한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀의 경우 PET 대비 60 % 정도 감소한 수분투과도 값을 나타냈다. <그림3> 해당 그림은 AFM (Atomic Force Microscope)를 통해 그래핀의 결점 밀도 (Defect density)를 보여주는 결과이다. 구리 에칭용 시약 (Copper etchant)를 통해 결점 분석 실험을 진행한 결과, 전기화학 연마 공정과 2단계 성장법을 적용하여 합성한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀의 경우 같은 면적 내의 결점 밀도 수가 가장 낮은 값을 보여주고 있다.

KIST, 단일층 맞춤형 그래핀으로 가스차단 기술 개발 - 단일층 그래핀으로 수분을 60% 이상 차단하는 기술개발 - 수분으로 인한 플랙서블 디스플레이의 수명 단축 문제해결 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전북분원(분원장 김준경) 복합소재기술연구소 양자응용복합소재연구센터 김명종 박사팀은 전기화학 연마 공정을 거친 그래핀 필름의 합성단계를 2단계(*2단계 성장법)로 나눠 진행하여 그래핀 결점을 최소화 하여 화학기상증착법(*CVD(Chemical Vapor Deposition))을 이용한 가스차a단 맞춤형 그래핀을 개발했다. 연구팀은 차단 특성을 확인하기 위하여 기존 방식과 다른 새로운 그래핀 가스차단 모델을 제시했다. 가스차단 필름은 작게는 식품포장재부터 크게는 디스플레이까지 다양한 범위의 제품에 활용되고 있다. 이러한 가스 차단 필름은 통상 산소나 수분을 차단하여 제품의 내구성을 높여준다. 특히 최근 폭발적인 성장을 보이고 있는 플렉시블 디스플레이 분야에서는 고분자 기반 소재가 기판으로 가장 많은 기대를 받고 있으나, 산소 및 수분 차단 특성이 부족하여 이에 대한 대안으로서 가스차단 필름에 대한 관심이 증가되고 있다. 하지만 기존의 가스차단 필름의 재료인 유리, 세라믹 및 금속 등은 비용 및 기술적인 문제로 인해 그 활용에 한계가 있었다. 이러한 한계점을 극복하고자 다양한 금속박막, 고분자, 나노 입자를 복합화하는 등 다양하고 폭 넓은 시도가 이루어지고 있으며 그 중 신소재인 그래핀이 주목을 받고 있다. 그래핀은 육각형 구조를 가진 탄소의 단일 소재로 가스와 같은 작은 분자단위 투과를 차단하는 효과 뿐만 아니라 높은 비표면적 (2,600 m2/g)을 가지며, 전기적 (20,000 cm2/Vs), 기계적(>1000 GPa), 열적 (~3000 W/mK)물성 등이 우수한 소재로 알려져 있다. 다만 기존의 화학기상증착법 (CVD)방식으로는 그래핀 합성과정상 문제로 가스차단 필름 생성에 어려움이 있었다. 김명종 박사팀은 맞춤형 화학기상증착법 (CVD)을 이용하되 금속 층에 탄소 전구체를 포함하는 반응 가스 및 열을 제공하여 반응시킴으로써 금속 층에 하나의 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀을 합성하였다. 기존의 1단계 성장법으로 합성된 그래핀에서 발생되는 결점들로 인한 한계를 극복하기 위하여 금속 촉매 기판을 전기화학 연마 (Electro-chemical Polishing) 처리하여 금속 촉매 기판 표면의 불순물을 제거하고 거칠기 (Roughness)를 조절하였다. 더 나아가, 그래핀 필름의 합성 단계를 2단계로 나눈 2단계 성장법을 통해 그래핀의 결점을 제어하고 가스차단 특성을 향상시켰다. 이러한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀을 PET 기판에 전사하여 수분투과도 (Water Vapor Transmission Rate)를 측정한 결과, 그래핀 1장으로도 수분투과도가 PET 기판 대비 60% 정도 감소하였다. 김명종 박사팀은 이러한 결과를 토대로 수분투과도와 그래핀 결점 밀도 (Defect density)의 연관성을 확인하고 기존의 가스차단 특성 확인 방식과는 다른 해석방법으로 새로운 그래핀 가스차단 모델을 제시하였다. 본 연구는 미래창조과학부(장관, 최양희) 지원으로 KIST 기관고유사업과 산업부 그래핀 소재/부품 기술개발사업 3세부 과제 (주관: 상보)로 수행되었으며, 네이쳐 그룹 (Nature group) 에서 발간하는 사이언티픽 리포트 (Scientific Reports, Impact Factor: 5.578)의 2016년 4월호에 게재되었다. 논문의 제1저자는 박사후 연구원인 서태훈 박사, KIST 조선대 학연 석사과정생인 이슬아 연구원이며, 조선대(이재관 교수), 동아대(이헌상 교수)와의 공동연구 결과이다. * (논문명) ‘Tailored CVD grahene coating as a transparent and flexible gas barrier’ - (제1저자) 서태훈 박사후 연구원, 이슬아 연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 복합소재기술연구소 김명종 박사 <그림자료> <그림 1> KIST 김명종 선임연구원팀은 기존의 1단계 성장법으로 합성된 그래핀에서 발생하는 결점을 제어하기 위해, 전기화학 연마 (Electro-chemical polishing) 공정과 2단계 성장법을 통해 그래핀의 결점을 최소화한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀을 합성하였다. 위 그림은 전기화학 연마 공정과 2단께 성장법을 적용하여 합성한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀의 수분투과도 (Water Vapor Transmission Rate)를 측정하기 위해 PET 기판에 전사한 이미지이며, 이는 PET 기판에 전사한 그래핀의 훌륭한 유연성을 보여주고 있다. <그림 2> 해당 그림은 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀의 수분투과도 (Water Vapor Transmission Rate) 및 투과성 (Permeability)을 보여주는 결과이다, 이는 수분투과도 장비를 이용하여 측정하였으며, 측정은 24 시간 동안 진행하여 정상 상태에 도달하였다. 그 결과, 전기화학 연마 공정과 2단계 성장법을 적용하여 합성한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀의 경우 PET 대비 60 % 정도 감소한 수분투과도 값을 나타냈다. <그림3> 해당 그림은 AFM (Atomic Force Microscope)를 통해 그래핀의 결점 밀도 (Defect density)를 보여주는 결과이다. 구리 에칭용 시약 (Copper etchant)를 통해 결점 분석 실험을 진행한 결과, 전기화학 연마 공정과 2단계 성장법을 적용하여 합성한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀의 경우 같은 면적 내의 결점 밀도 수가 가장 낮은 값을 보여주고 있다.

KIST, 당뇨병 진단용 스마트 콘택트렌즈 시제품 가시화 - 콘택트렌즈형 당뇨병 진단 스마트 플랫폼 개발 - 요소 기술별 시제품 제작 현실화 국내 연구진이 혈액이 아닌 눈물을 분석함으로써 당뇨병에 대해 보다 간편하고 정확한 자가 진단 및 관리가 가능한 콘택트렌즈형 센서 플랫폼을 개발했으며, 실제 제품 제작을 가시화하였다고 밝혔다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 광전소재연구단 송용원 박사 연구팀은 눈물을 이용한 당뇨병 진단이 가능하도록 콘택트렌즈형의 진단기기를 개발했으며, 전체 기기를 이루는 각 요소기술에 대한 시제품 제작에 성공했다고 밝혔다. 구글을 포함하여 세계 다수의 그룹에서 그동안 개념적으로만 발표를 했던 콘택트렌즈형 센서를 실물로 제작하게 된 것은 큰 기술의 진보로 평가 되고 있다. 콘택트렌즈형 당뇨센서의 실제 작동을 위해서는, 눈물 속 미량의 글루코스를 검출해 낼 수 있는 높은 감도와 눈물 속 여러 가지로 혼재 된 표지자 중 글루코스만 선별적으로 검출할 수 있는 높은 선택도*가 보장된 센서가 필수적이다. 또한, 인체 정보를 갖고 있는 Basal tear**를 눈에 자극 없이 안정적으로 포집할 수 있는 기술, 센서 운용 및 측정 데이터의 외부 통신을 위한 집적 회로 설계/제작 기술, 그리고 전원 공급을 위한 박막 2차전지 기술이 동반 되어야 한다. * 선택도 (selectivity): 눈물 속에는 당뇨병의 척도가 되는 글루코스 뿐 아니라 ascorbic acid나 uric acid와 같은 다른 표지자도 같이 존재하게 된다. 이러한 다른 표지자와 섞여있는 글루코스만을 골라서 측정을 해야 정확한 당뇨병 진단으로서 실질적 가치가 있게 된다. ** Basal tear: 눈물에는 항상 안구를 감싸면서 보호하는 basal tear와, 물리적/감정적 자극에 의해 많은 양이 ‘분출되는 눈물’이 있다. 우리 몸 상태의 정보를 갖고 있는 눈물은 basal tear이며 다른 자극에 의해 basal tear 이외의 눈물 생성으로 질병 표지자의 농도 변화를 제어할 수 있어야 눈물에 의한 정확한 진단이 가능 하다. 본 기기의 기술적 특징은 다음과 같다. ■ 인체내 또는 피부 내층에 이식/삽입하지 않고, 사용자의 접근성과 편의성을 고려하여 당뇨병을 지속적으로 체크 할 수 있는, 비침습형 자가구동 인체친화/호환형 모니터링 플랫폼. ■ 기존의 혈액을 이용하는 방식의 한계를 극복하기 위해, 눈물 내의 표지자를 이용한 모니터링 방식으로, 콘택트렌즈 상에 초소형, 초고감도 센서 플랫폼을 구현하여 질병 등의 건강 상태를 모니터링. ■ 인체의 정보를 갖는 눈물은 항상 안구를 코팅하고 있는 basal tear로서 이의 안정적 포집을 위해 콘택트렌즈상에 미세 배관 구조를 도입하여 약 7 μL의 눈물을 15초내에 포집이 가능. ■ 센서의 감도는 현재 110 μA/mM？cm2이상을 달성했으며, 글루코스의 센싱은 다른 눈물내 표지자와 완전히 다른 전압에서 이루어지므로 높은 선택도가 확보 됨. ■ 초소형 플렉서블 박막 2차전지를 렌즈상에 적합화 하여, 센서의 자가 구동과 지속적인 모니터링을 가능하게 하며, 초소형 집적 모듈에 전력을 공급하여 센싱 신호의 외부 통신이 가능하게 함. ■ 2차전지의 용량은 현재 25 μAh/cm2？μm가 확보된 상태이며, 전지의 두께의 조정을 통해 최적화된 작동 조건 도출. ■ 센서 운용 및 외부 통신 모듈은 최종적으로 1 x 1 mm의 칩으로 제작될 예정이며, 현재 4 x 4 mm의 테스트용 칩 제작을 마침. ■ 개발된 플랫폼은 투명 소재/소자와의 융합으로, 궁극의 휴대용 디스플레이로서의 확장이 가능하며, 컨텐츠의 장착이 가능한 형태로 진화 가능함. KIST의 차세대반도체연구소를 기반으로 하는 해당 연구팀은, 센서, 재료, 시스템 등 다양한 분야의 전문가들이 참여한 BT/NT/ET/IT 융합 연구팀으로 2011년부터 스마트 콘택트렌즈 개발을 위한 기술을 기획/연구해 오고 있다. 연구팀은 현재, 구현된 각 요소 기술에 대한 시제품들이 결합된 전체 플랫폼 구성과 전체적 성능향상에 대해 연구를 계속하고 있다. 약 2년 후 결합된 플랫폼 시제품이 도출되게 되면 상용화를 목표로 식약처 인증 절차를 진행 할 예정이다. KIST 송용원 박사는 “이번 연구결과는 스마트 콘택트렌즈의 현실화에 대한 가능성을 보여주어, 우리나라의 관련 분야 세계 기술 선도 및 신시장 창출이 가능할 것으로 기대된다”고 밝혔다. 또한 “개발된 콘택트렌즈는 다양한 질병진단과 신약개발 등을 위한 플랫폼으로 진화할 예정이며, 정보통신 기술 연계로 응용 분야를 확장 할 계획”이라고 밝혔다. 본 연구는 미래창조과학부(장관 최양희)에서 지원하는 ‘바이오의료기술개발사업’의 일환으로 수행되었으며, 제작된 시제품은 7월 13일(수)부터 3일간 일산 KINTEX에서 열리는 <2016 NANO KOREA>에 전시될 예정이다. * 전시제목: 당뇨병 진단을 위한 KIST 스마트 렌즈. ○ 참여 연구진 ■ Dr. 송용원, 책임연구원, 광전소재연구단, KIST ■ Dr. 최지원, 책임연구원, 전자재료연구단, KIST ■ Dr. 김진석, 책임연구원, 바이오닉스연구단, KIST ■ Dr, 이현정, 선임연구원, 스핀융합연구단, KIST ■ Dr. 이지연, 선임연구원, 화학키노믹스연구센터, KIST ■ Dr. 박재현, 선임연구원, 광전소재연구단, KIST ■ Prof. 강자헌, 안과교수, 강동경희대학교병원 ■ Prof. 정인경, 내과교수, 강동경희대학교병원 ■ Prof. 김영균, 안과교수, 강동경희대학교병원 ■ Prof. 김병섭, 전기전자공학과, 포항공과대학교 ■ * 특허 정보 [KIST K06845] ‘비침습형 건강지표 모니터링 시스템 및 이용 방법’, 국내 등록번호 10-1535075 (2015년 7월 2일 등록). <그림자료> <그림1> 나노코리아 전시 포스터 <그림2> 나노코리아 전시 사진