LCD 액정물질보다 전기반응성 1000배 뛰어나
[한국뉴스투데이 강성전 기자] 국내 연구진이 전기장을 이용 산화그래핀의 액정 특성을 쉽게 조절할 수 있는 방법을 개발했다. LCD와 달리 산화그래핀은 전기장으로 배열 조절이 어려운 것으로 알려져 있었다.산화그래핀은 탄소 단일 층으로 된 그래핀이 산화된 형태로 종전에는 그래핀 제조를 위한 전 단계 물질로만 주목받았으나 그래핀과 달리 물 등의 용매에 잘 분산되고 결합한 기능기의 종류와 밀도에 따라 도체, 반도체, 부도체 등 다양한 특성을 가져 종이나 실의 제조, 윤활제, Biosensor 등 이를 이용하려는 응용연구가 활발하다.
액정은 유동적인 액체와 결정 고체의 특성을 동시에 갖는 재료나 물질 상태. 일반적으로 액정상을 갖는 재료는 입자들이 자발적으로 배열되고, 그 배열을 전기장과 같은 외부 자극을 통하여 조절할 수 있다.
산화그래핀 입자를 전기적으로 배열시켜 빛이 투과되는 정도나 굴절되는 정도가 변하는 특성을 이용하면 LCD처럼 디스플레이 장치나 광셔터 등에 폭넓게 응용할 수 있다.
하지만 전기장으로 산화그래핀 입자 배열 조절하면 전기분해 현상, 용액이 흐르는 현상, 산화그래핀이 환원되는 현상, 산화그래핀이 전극에 붙어버리는 현상 등 여러 문제들이 발생되는 것으로 알려져 있었다.
연구팀은 산화그래핀 입자들 간 마찰력 때문에 배열 조절이 어려운 것을 알아내고 산화그래핀의 농도를 낮추는 등 마찰력을 약화시키는 방식으로 입자들을 효율적으로 정렬시키는 방법을 개발했다.
특히 산화그래핀은 얇고 표면적이 넓은데다 표면의 전기 이중층 때문에 기존 LCD에 사용되는 액정 물질에 비해 전기장에 대한 반응정도를 약 1,000배까지 높일 수 있다는 설명이다.
이는 보고된 블루상 액정 등 어떤 재료보다 반응정도가 큰 것으로 약한 전기장으로 입자 배열을 조절할 수 있어 광소자에 응용될 경우 소비전력을 낮출 수 있게 된다.
실제 연구팀은 산화그래핀을 이용해 기존 LCD를 구동시키는 전기장보다 1,000배약한 전기장으로 구동되는 표시장치를 구현해냈다.
송장근 교수는 “이 연구결과는 새로운 저전압 디스플레이와 같은 광학기기, 정렬된 상태의 특성을 이용하는 기계적, 전기적 소자 등에 사용할 수 있을 것으로 기대된다”고 설명했다.
성균관대 전자전기공학부 송장근 교수, 심전자, 홍승호 연구원 등이 수행한 이번 연구는 네이처 머티리얼스지 3월 9일자 온라인 판에 게재되었다.
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