초록 ▼

본 연구의 최종 목표는 다양한 접근 방식을 통해 성장된 그래핀 박막의 표면 구조를 자기조립 특성을 가진 액정분자를 이용하여 분석하는 것이다. 특히 종래 표면 구조분석방식으로는 1m² 이상 대면적에서의 표면 상태를 아는 것이 불가능한데 반해 본 연구에서는 그래핀 표면위의 액정 분자와의 상호작용 이해를 통해 대면적에서의 그래핀 표면 구조를 광학현미경을 이용하여 알아내는 신개념의 분석방법을 제안하는 것을 목표로 한다. 따라서 본 연구팀은 목표달성을 위해 총 3년의 연구기간동안 다음과 같은 연구결과물을 도출해 낼 수 있

본 연구의 최종 목표는 다양한 접근 방식을 통해 성장된 그래핀 박막의 표면 구조를 자기조립 특성을 가진 액정분자를 이용하여 분석하는 것이다. 특히 종래 표면 구조분석방식으로는 1m² 이상 대면적에서의 표면 상태를 아는 것이 불가능한데 반해 본 연구에서는 그래핀 표면위의 액정 분자와의 상호작용 이해를 통해 대면적에서의 그래핀 표면 구조를 광학현미경을 이용하여 알아내는 신개념의 분석방법을 제안하는 것을 목표로 한다. 따라서 본 연구팀은 목표달성을 위해 총 3년의 연구기간동안 다음과 같은 연구결과물을 도출해 낼 수 있었다.

< 단결정 그래핀 위의 액정 배열 및 표면상태 연구>
- 초기 성장상태에 따라 다르게 형성되는 여러 종류의 단일결정 그래핀 표면을 관찰하기 위해 UV 조사시간에 따른 그래핀 표면 변화를 조사하였음.
- 습도가 높은 상태에서 UV 조사 시 두 개의 육각형 형태의 그래핀 도메인들의 경계면과 그래핀 도메인 안에 defect가 뚜렷하게 관찰됨을 확인하였고, 또한, 두 개의 육각형 모양의 그래핀 도메인들의 edge 방향이 일치하면 두 도메인 사이에 경계면이 형성되지 않음을 확인하였음.
- UV 조사시간이 더 길어지면 그래핀 표면 위의 액정의 앵커링 에너지가 감소하여 액정의 배열 상태가 크게 깨짐, 달리 표현하면 액정과 그래핀사이의 결합력이 약해져 disclination라인이 발생함.
- 편광현미경을 통해 도메인의 밝기에 따라 그래핀의 분자배열 방향을 알 수 있음. 이때, 같은 밝기와 색을 보이는 도메인일 경우 두 도메인 사이의 그래핀 분자배열 방향이 90° 차이날 수 있기 때문에 λ/4 필름을 이용하여 액정 배열 방향을 정확히 정의해야함.

<그래핀 표면상태에 따른 Anchoring energy 및 중첩도 연구>
- 그래핀이 있는 영역과 없는 영역의 액정의 배열상태를 비교해보면 그래핀 표면 위에 코팅된 액정만이 그래핀의 anchoring energy에 의해 특정 방향으로 정렬되어 있는 것을 확인함.
- 그래핀 도메인 안에 발생하는 defect 양에 따라 액정의 배열상태를 조사한 결과 defect가 액정의 배열상태에 영향을 미치지 않는다는 것을 확인함.
- 편광현미경과 광학현미경을 통해 관찰된 각각의 그래핀 도메인의 밝기를 컴퓨터 시뮬레이션 결과와 비교하여 그래핀 위의 액정의 선경사각을 계산하여 그래핀 층수를 예측할 수 있음.
- 그래핀 위에 액정의 중첩도를 증명하기 위해 박막 코팅방식 및 전기장 인가 방식을 적용하는 방식을 제시하고 그 가능성을 확인함

<대면적 그래핀 표면 분석 및 그래핀 전극을 이용한 액정셀 제작 >
- 유리기판 및 플라스틱 기판 위에 1m² 이상의 대면적 단일결정 그래핀을 전이 시키고 액정을 통해 전영역의 그래핀 표면의 균일도를 확인한 결과 일부 영역을 제외하고 일정한 균일도를 가지고 있음.
- 전사공정없이 1m² 이상의 대면적 그래핀을 성장시켜 배향막 및 전극 역할을 동시에 하는 액정 셀을 제작하고 구동여부를 확인한 결과 완벽한 밝음상태와 어둠상태를 보임.
- 결과적으로, 본 연구결과는 편광현미경이 그래핀 표면에 존재하는 그래핀 도메인 경계면과 defect을 검출할 수 있는 강력한 도구임을 보여주며 대면적 그래핀 표면 상태를 쉽고 빠르게 모니터링 할 수 있게 해줌. 또한, 그래핀 전극을 사용한 배향막 없는 제안된 디바이스는 저온공정을 요구하는 플렉서블 액정디스플레이에 응용 가능 할 것으로 기대됨.

(출처 : 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 3
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 4
• 1. 연구과제의 개요 ... 4
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 4
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 5
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 6
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 6
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 6
• Ⅲ. 연구성과 ... 7
• 끝페이지 ... 11