KIST(한국과학기술연구원·원장 윤석진)는 안석훈 기능성복합소재연구센터 박사, 김윤정 학생연구원이 김명종 가천대학교 화학과 부교수, 강영종 한양대학교 화학과 교수와 공동으로 디스플레이 가스 차단용 소재로 그래핀의 활용 가능성을 높였다고 3일 발표했다.

디스플레이에 쓰이는 발광소재는 공기 중의 산소와 수분에 취약하다. 산소와 수분을 차단하기 위해 디스플레이에는 가스 차단막이 활용됐다. 그러나 최근 디스플레이의 형태가 다양해졌다. 폴더블 디스플레이와 스트레처블 디스플레이는 휘어지고 늘어지는 형태로 가스 차단막도 이에 따른 형태 변화가 요구된다.

새로운 가스 차단막 소재로는 그래핀이 주목받았다. 그래핀은 휘어지고 늘어지는 물성을 가지면서 거의 모든 가스를 차단할 수 있는 이상적 구조를 가졌다. 그래핀은 가스차단 성능을 크게 향상시켜 차세대 디스플레이에 적용될 것으로 기대됐다.

다만 그래핀은 디스플레이 수준으로 크게 만드는 과정에서 생기는 수많은 나노구멍들에 의해
가스 차단성이 떨어지는 한계가 있었다. 가스 차단성이 낮아져 상용화는 속도는 내지 못하고
'나노구멍'은 해결해야 할 문제였다.

연구팀은 자기조립 현상을 이용해 그래핀의 고유특성을 유지하면서도 그래핀 박막의 나노구멍을 메우는 기술을 개발했다. 긴 체인구조를 갖는 유기물질은 그래핀 표면위에 스스로 정렬하여 유기박막을 형성한다. 유기박막은 가스분자가 유입되는 이동통로인 그래핀의 나노구멍을 막아줌으로써 수분투과율을 기존 그래핀 가스 차단막의 1/700 수준으로 낮췄다.

또한 유기박막의 두께를 나노미터 수준으로 제어함으로써 차세대 디스플레이 가스 차단막에
필요한 물성인 투명성과 유연성을 그래핀에서 유지할 수 있었다.

한편, 연구는 과학기술정보통신부(장관 임혜숙) KIST 기본사업(책임자: KIST 김진상 전북분원장)과 한국연구재단 중견연구자지원사업(책임자: 가천대학교 화학과 김명종 부교수, 한양대학교 화학과 강영종 교수)의 지원을 통해 수행되었다. 연구결과는 나노소재 분야 국제학술지 'Nano Letters' 최신 호에 게재됐다.