국내 연구진이 그래핀(Graphene)을 디스플레이 광원 소재로 활용할 수 있음을 입증했다.
울산과학기술원(UNIST) 화학과 신현석 교수팀은 그래핀과 화이트 그래핀으로 알려진 육방정계 질화붕소(BN) 경계면에서 청색 발광 현상을 최초로 발견했다고 10월28일 밝혔다.
또 그래핀 퀀텀닷을 이용한 유연 발광소자 제작에도 성공했다.
그래핀은 탄소 원자가 육각형 모양으로 이어진 얇은 막으로 강하고 유연할 뿐만 아니라 열·전기전도도까지 높아 꿈의 물질로 불리고 있다.
다양한 산업 분야에서 그래핀 연구가 활발히 진행되고 있으나 크기에 따라 물질이 내는 빛 색깔을 결정하는 에너지띠 틈이 없다는 독특한 물리적 특성 때문에 색상을 구현하는 디스플레이 소자의 발광물질로 연구된 사례는 드문 것으로 알려졌다.
연구팀은 그래핀과 육방정계 질화붕소 계면에서 푸른빛이 나오는 현상을 발견하고 발광소자를 제작했다.
20나노미터 이하의 그래핀 입자(그래핀 퀀텀닷)가 심어진 질화붕소 막을 수직으로 쌓는 방식을 채용해 발광 강도를 높였다.
발광 현상의 원인도 찾아냈다.
투과 전자 현미경 분석법으로 그래핀과 질화붕소 사이 계면의 원자 구조를 관찰했고 육각형 구조가 아닌 오·칠각형이 혼재된 무질서한 원자 배열을 확인했다.
시뮬레이션 계산한 결과 전하가 무질서한 배열로 집중되면서 새로운 에너지 준위가 형성돼 청색 발광 특성이 나타나는 것임을 확인했다.
신현석 교수는 “전도체인 그래핀과 부도체인 질화붕소의 계면이 광원 소재로 활용될 수 있음을 보여주었다는 점에서 큰 의미가 있는 연구”라고 강조했다.
연구에는 한국과학기술원(KAIST) 전석우 교수, 서울대 손병혁 교수팀 등도 참여했고 연구 성과는 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)에 10월23일자로 온라인 공개됐다. (K)