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꿈의 신소재 ‘그래핀’ 터치스크린에서도 통했다

“I♡U”.

홍병희 교수가 그래핀 투명전극(오른쪽)과 ITO 투명 전극을 살펴보고 있다. [김도훈 인턴기자]
휴대전화 화면 정도의 크기인 7㎝(3인치) 터치 화면에 낙서처럼 이런 글씨가 적혔다. 화면이 터치스크린으로 작동하는 것을 확인하는 순간이다. 이 결과는 세계 최정상 영국의 과학 학술지 ‘네이처’의 자매지인 ‘네이처 나노테크놀로지’ 20일자 온라인 판에 실렸다.

성균관대 나노과학기술원 홍병희(39)·안종현 교수(이상 공동 책임저자)와 박사과정 학생 배수강·김형근(이상 공동 제1저자)씨가 이뤄낸 개가다. 홍 교수는 5월 재단법인 유민문화재단과 중앙일보사가 제정한 ‘제 1회 홍진기 창조인상 과학부문’을 수상했다.

홍병희·안종현 교수팀의 연구 성과는 세계 터치 스크린 산업의 판도 자체를 바꿔놓을 일대 사건의 시작이기 때문에 네이처 나노테크놀로지에 주요 논문으로 실린 것이다. ‘21세기 꿈의 신소재’로 통하는 ‘그래핀(graphene)’의 실용화 가능성을 실증해 보여줬기 때문이다. 홍 교수팀의 논문에 실린 7㎝의 작은 화면은 기존 휴대 전화나 컴퓨터 터치 스크린에 사용하는 일반 투명 전극이 아닌 그래핀으로 만들었다. 홍 교수팀은 대각선 75㎝(30인치)짜리 투명 전극을 만든 뒤 작동 여부를 실증하기 위해 7㎝ 화면만큼 잘라 실제 전극을 연결하고, 터치스크린으로 제작해 논문에 실은 것이었다.

세계적으로 30인치의 큰 그래핀을 만든 연구팀이 없었을 뿐만 아니라 그 일부를 터치스크린으로 만들어 실증해 보인 연구팀도 지금까지 없었다. 홍 교수팀은 그래핀의 크기를 자유자재로 조절해 제작할 수 있는 합성법을 세계 처음으로 개발해 지난해 네이처에 발표하기도 했다.

그래핀은 탄소 원자 한 층이 평면에 벌집 형태로 극히 얇게 펼쳐져 있는 구조다. 재료 자체가 흔하디 흔하며, 홍 교수가 개발한 합성법을 사용하면 손쉽고 값싸게 큰 면적을 제조할 수 있다. 더구나 얇은 플라스틱처럼 휘어지고, 둘둘 말 수도 있다. 기존 터치스크린용 투명 전극은 값비싼 희귀금속인 인듐을 꼭 써야 할 뿐더러 휘어지지도 않는다.

앞으로 그래핀 투명 전극이 상용화되면 기존 인듐 투명 전극을 모두 대체할 것으로 보인다. 휘어지거나 접어지는 전자기기의 개발에도 돌파구를 제공할 전망이다.

홍 교수는 “그래핀 투명 전극의 사용화는 4~5년 뒤에는 가능할 것으로 예상된다”고 말했다. 그는 현재 삼성테크윈과 함께 그래핀연구센터를 설립해 상용화 연구에 박차를 가하고 있다.

박방주 과학전문기자

◆그래핀(graphene)=탄소 원자가 평면에 6각형으로 연결되어 있는 물질. 2004년 처음 그 존재가 드러났다. 반도체로 주로 쓰는 단결정 실리콘보다 100배 이상 빠르게 전기를 통한다. 구리보다 100배 많은 전기를 흘려도 문제가 없다. 이런 뛰어난 특성으로 2004년 처음 발견됐을 때부터 차세대 반도체와 전극 소재로 급부상했 다.

◆네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)=영국의 학술지 네이처의 16개 자매 학술지 중의 하나. 나노(10억 분의 1m) 기술 연구 논문을 게재한다.


◆ 큰 면적의 그래핀 제작 과정


① 구리 원통을 진공 밀폐 장치에 넣은 뒤 탄소가 함유된 가스를 주입. 그러면 화학 반응을 일으켜 구리 원통 표면에 그래핀이 형성됨.

② 그래핀이 형성된 구리 원통에 플라스틱판을 얹은 뒤 강하게 압착하면 그래핀이 플라스틱 판 위로옮겨 옴.

③ 플라스틱에 옮겨 온 대각선 75㎝크기의 그래핀.

④ 터치 스크린으로 만들기 위해 그래핀이 붙은 플라스틱 판 두 개를 겹치고, 그 사이에 약간의 공간을 둠. 그래야 표면에 글씨를 쓰면 그 터치 감을 인식해 문자 등을 표시할 수 있음.

⑤ 테두리에 전극을 연결할 수 있게 구리 등으로 마감.

⑥ 완성된 터치스크린. ‘I♡U’를 터치스크린에 쓸 수 있다.

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사진 이름 소속기관 생년
홍병희 [現] 성균관대학교 자연과학부 화학전공 조교수
1971년
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