"그래핀의 재발견"…그래핀 활용한 디스플레이 시대 열리나

입력: 2020-10-27 15:21 이준기 기자

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UNIST, 그래핀-육방정계 질화붕소서 '청색발광' 발견
'그래핀 퀀텀닷' 이용한 유연 발광소자 제작 성공

신현석 UNIST 교수 연구팀은 그래핀과 육방정계 질화붕소 경계면에서 '청색 발광 현상'을 발견했다. 앞으로 그래핀 발광 현상을 이용해 디스플레이 광원 소자로 만들 수 있는 이론적 토대가 될 전망이다.

UNIST 제공

'꿈의 신소재'로 불리는 금속 도체 성질을 띤 그래핀이 반도체 입자인 '퀀텀닷'처럼 디스플레이 소자 광원으로 쓰일 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 앞으로 그래핀을 활용해 유연 디스플레이 분야 기술 혁신을 주도할 수 있는 중요한 발견이라는 점에 주목된다.

울산과학기술원(UNIST) 신현석 교수 연구팀은 그래핀과 '화이트 그래핀'으로 불리는 육방정계 질화붕소 경계면에서 청색 발광 현상을 처음으로 발견했다고 27일 밝혔다.

그래핀은 탄소 원자가 육각형 모양으로 이어진 얇은 막이다. 비록 얇지만 강하고, 유연할 뿐 아니라, 열과 전기전도도도 뛰어나다. 이 때문에 반도체 등 다양한 분야에 활용하기 위한 연구가 활발하다.

육방정계 질화붕소는 그래핀과 유사하게 붕소와 질소 원자가 벌집 모양으로 연결된 2차원 소재로, 전기가 잘 통하는 그래핀과 달리 전기가 통하지 않는 절연성을 가지고 있다.

하지만, 색상을 구현하는 디스플레이 소자 발광물질로 그래핀을 적용하기 위한 연구는 드물었다. 연구팀은 그래핀과 육방정계 질화붕소 계면에서 푸른빛이 나오는 현상을 발견하고, 이를 적용한 발광소자(광원)을 제작했다. 이 같은 발광 현상은 이론적으로 제기돼 왔을 뿐, 실제 구현하기는 이번이 처음이다.

연구팀은 20나노미터 이하 크기의 그래핀 입자가 심어진 질화붕소막을 수직으로 쌓는 방식으로 발광강도를 높였고, 접거나 굽히는 유연한 디스플레이 소자로 만들었다.

발광현상의 원인도 찾아냈다. 원래 반듯한 육각형 모양의 두 물질이 경계면에서 5각형, 7각형 모양으로 바뀌는 과정에서 전자가 경계면에 집중되면서 새로운 에너지 준위가 생긴 것이 발광 현상의 원인이라는 사실을 밝혀냈다.

신현석 UNIST 교수는 "이번 연구는 전도체인 그래핀과 부도체인 질화붕소의 계면을 광원소재로 활용할 수 있음을 보여준 것"이라며 "광센서나 발광다이오드(LED) 등의 광전자소자를 구현하는 데 쓰여 유연 디스플레이 산업 발전에 기여할 것"이라고 말했다.

이 연구결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(지난 23일자)' 온라인에 실렸다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr