• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.177.1-177.1
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• 2014

단일벽 탄소나노튜브(single-wall carbon nanotube)와 그래핀(graphene)과 같은 저차원 구조의 탄소물질은 우수한 기계적, 전기적, 열적 광학적 특성으로 인해 투명하고 유연한 차세대 전자소자로의 응용(투명전극, 투명트랜지스터, 투명센서 등)을 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 단일벽 탄소나노튜브와 단일층 그래핀을 이용한 하이브리드 박막을 제작하여 투명전극(transparent electrode)과 전계효과 트랜지스터(field effect transistors)로의 응용 가능성을 연구하였다. 하이브리드 박막의 제작은 간단한 방법으로 단일벽 탄소나노튜브가 스핀 코팅된 구리 호일 위에 열 화학기상증착법(thermal chemical vapor deposition)을 통해 제작 하였다. 제작 과정 중 탄소나노튜브의 스핀코팅 조건을 최적화하여 하이브리드 박막에서 탄소나노 튜브의 밀도와 정렬을 제어하였으며 하이브리드 박막 제작 후 스핀 코팅 방향에 따른 박막의 저항을 측정하여 단일벽 탄소나노튜브의 코팅 방향에 따라 박막의 저항이 달라지는 모습을 확인할 수 있었다. 하이브리드 박막의 투명전극 특성을 확인 한 결과 $300{\Omega}/sq$의 면저항에 96.4%의 우수한 투과도를 보이는 것을 확인 할 수 있었다. 또한 하이브리드 박막은 CVD 그래핀과 비교하여 향상된 와 on-state current를 보이는 것을 확인 할 수 있었다. 우리는 단일벽 탄소나노튜와 단일층 그래핀으로 이루어진 하이브리드 박막이 앞으로의 투명하고 유연한 소자제작 연구에 있어 새로운 투명 전극 및, 트랜지스터 제작 방법을 제시 할 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.77-77
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• 2010

그래핀(Graphene)은 한 겹(layer)의 2차원 판상 구조에 탄소원자들이 육각형의 기본 형태로 배열되어 있는 나노재료로서, 우수한 역학적 강도와 화학적, 열적 안정성 및 흥미로운 전기 전자적 성질을 가지고 있는 것으로 알려져 있다. 최근, 이러한 특징적이고도 우수한 물성으로 인하여 기초물성 연구에서부터 차세대 응용까지 고려한 각종 연구들이 활발하게 진행되고 있다. 일반적으로 그래핀을 얻는 방법에는 물리 화학적 박리, 열화학증기증착법(TCVD), 탄화규소의 흑연화, 흑연산화물의 환원 등의 방법들이 알려져 있다. 그 중 TCVD법이 두께의 균일성이 높은 그래핀을 합성하는데 가장 적절한 것으로 알려져 있다. 그러나 TCVD법은 탄소를 포함하는 원료가스를 분해하기 위하여 고온의 공정을 필요로 하게 되지만, 향후 산업적 응용을 고려한다면 대면적 그래핀의 저온합성법 개발은 풀어야 할 시급한 과제로 인식되고 있다. 현재는 메탄을 원료가스로 사용하여 $900^{\circ}C$ 이상에서 그래핀을 합성하는 추세이고, 최근 아세틸렌등의 활성원료가스를 이용하여 $900^{\circ}C$ 이하에서 저온 합성한 연구결과들도 속속 보고되고 있다. 본 연구에서는 고주파 플라즈마를 이용하여 비교적 저온에서 탄소원료가스를 효율적으로 분해하고, 확산플라즈마 영역에 TCVD 챔버를 결합한 하이브리드 화학증기증착법을 이용하여 그래핀의 저온합성을 도모하였다. 원료가스로는 메탄을 사용하였고, 기판으로는 전자빔증착법으로 증착한 니켈 박막 및 구리포일을 사용하였다. 실험결과, 그래핀은 $600^{\circ}C$ 부근의 저온에서도 수 층으로 이루어진 그래핀이 합성된 것을 확인하였다. 합성한 그래핀은 분석의 용이함 및 향후 다양한 응용을 위하여 실리콘산화막 및 투명고분자 기판 위에 전사(transfer)하였다. 합성된 그래핀의 구조평가를 위해서는 광학현미경과 Raman분광기를 주로 사용하였으며, 원자힘현미경(AFM), 주사전자현미경(SEM), 투과전자현미경(TEM) 등도 이용하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.69-70
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• 2012

본 발표에서는 최근 과학계에서 대두되어 전 세계적으로 폭발적인 연구가 수행되고 있는 신소재 그래핀에 대한 전반적인 소개와 현재 동향 및 미래 응용가능성에 대해 언급하고자 한다. 그래핀 연구관련 다양한 분야가 있으나, 본 세미나에서는 CVD로 합성하는 방법에 대한 개념 그리고 합성한 대면적 그래핀의 다양한 응용 분야들과 본인이 수행했던 연구결과물들을 몇 가지 소개하고자 한다. 구체적인 내용으로는 CVD에 의한 대면적 그래핀의 합성, 합성된 그래핀의 전사 및 패터닝 공정, CVD 그래핀의 도핑 및 다양한 물성분석, 그리고 그래핀 파이버, 히터 및 태양전지 응용 연구 등이다. 특히, 그래핀의 연구에 있어서 가장 중요한 이슈가 아주 품질이 좋은 그래핀 시료를 준비하는 것인데, 이는 좋은 그래핀을 합성해야 하는 것은 물론이고, 깨끗한 전사공정이 수반되어야 가능하다. 따라서 깨끗한 전사공정을 통해 품질 좋은 그래핀을 준비하는 상세한 과정들과 이에 대한 결과물들을 언급하겠다. 이어서 최근에는 CVD 방법에 의한 질소원자가 도핑된 그래핀의 직접 합성을 시도하였고, 이렇게 도핑된 그래핀 시료에 대해, 다양한 분석 장비들(Raman, STM, XPS & XAS)을 이용하여 기초물성들을 측정하고 비교 분석하였다. 끝으로 최근에 수행중인 그래핀과 기타 다른 나노소재(VO2, h-BN etc.)들과 접목된 hybrid 나노소재 연구에 대한 내용을 간략히 소개하고 발표를 마무리하겠다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.403-403
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• 2012

그래핀(graphene)은 우수한 전기적, 물리적인 특성을 지닌 물질로써 다양한 분야에서 이를 활용하려는 노력들이 활발히 진행되고 있다. 그중 그래핀을 채널로 이용하는 전계효과 트랜지스터(field effect transistor)로의 응용에 있어, 가장 핵심적인 도전과제는 전하농도(carrier concentration)의 제어 및 에너지 밴드갭(energy bandgap) 형성이라 할수 있다. 최근 다양한 물질을 이용한 도핑을 통해 이를 해결하기 위한 노력들이 진행되고 있는 추세이다. 본 연구에서는 열화학 기상 증착법(Thermal chemical vapor deposition)을 통해 합성된 단일층의 그래핀에 염화니켈 나노입자의 분산액을 스핀코팅 한후 열처리를 통해 그래핀-니켈 나노입자의 하이브리드 구조를 제작하였다. 제작된 그래핀-니켈 나노입자 하이브리드 물질의 구조적 특징을 주사 전자 현미경(Scanning electron microscope)과 원자힘 현미경(Atomic force microscopy)을 통하여 확인하였다. 또한 니켈 분산액의 농도와 도핑효과 와의 상관관계를 라만분광법(Raman spectroscopy)과 이온성 용액법(Ionic liquid)을 이용한 전계효과 특성분석을 통해 조사하였다. 나노입자의 형성 메커니즘은 X-선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy)을 통하여 규명하였다.

• Clean Technology
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• v.21 no.1
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• pp.62-67
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• 2015

We have developed a versatile method for the preparation of chemically linked graphene/multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) hybrid materials via simple acid-catalyzed dehydration reaction between graphene oxide (GO) and amine-functionalized MWNTs (af-MWNTs). In this condition, ketone (-C=O) groups in GO and primary amine (-NH₂) moieties in af-MWNTs readily react to form imine (-C=N-) linkage. The chemical structures of graphene/MWNTs hybrid materials have been investigated using various microscopic and spectroscopic measurements. As a result of the synergetic effects of hybrid materials such as improved surface area and the superior structural restoration of graphitic networks, the hybrid materials demonstrate improved capacitance with excellent long-term stability. Furthermore, controlled experiments were conducted to optimize the weight ratio of graphene/MWNTs in hybrid materials. The highest capacitance of 132.4 F/g was obtained from the GM7.5 material, in which the weight ratio between graphene and MWNTs was adjusted to 7.5/1, in 1M KOH electrolyte at a scan rate of 100 mV/s.

• Proceeding of EDISON Challenge
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• 2015.03a
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• pp.330-337
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• 2015

본 연구는 제 1원리 계산을 기반으로 여러 BN-그래핀 하이브리드 구조들의 결합 에너지와 밴드갭을 계산하여 그 경향성을 분석했다. 그 결과 하이브리드 구조의 에너지 안정성은 BN영역과 C영역의 결합 개수에 반비례한다는 것을 확인하였으며 결합에너지와 밴드갭이 유사한 서로 다른 두 구조에 대해서는 BN의 비율이 더 높은 구조가 더 안정한 구조라는 것을 보였다. 태양전지에 사용되기 가장 적합한 구조는 육각형의 BN 테두리를 기반으로 한 구조인 것으로 나타났다.

• Journal of the Korean Applied Science and Technology
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• v.34 no.2
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• pp.280-288
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• 2017

Nanocarbon base materials such as, graphene and graphene hybrid with high electrochemical performances have great deal of attention to investigate flexible, stretchable display and wearable electronics in order to develop portable and high efficient energy storage devices. Battery, fuel cell and supercapacitor are able to achieve those properties for flexible, stretchable and wearable electronics, especially the supercapacitor is a promise energy storage device due to their remarkable properties including high power and energy density, environment friendly, fast charge-discharge and high stability. In this study, we have fabricated flexible supercapacitor composed of graphene/conductive polymer composite which could improve its electrochemical performance. As a result, specific capacitance value of the flexible supercapacitor (unbent) was $198.5F\;g^{-1}$ which decreased to $128.3F\;g^{-1}$ (65% retention) after $500^{th}$ bending cycle.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.26 no.5
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• pp.521-525
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• 2015

Graphene-based electrode materials have been widely explored for supercapacitor applications due to their unique two-dimensional structure and properties. In particular, Three-dimensional (3D) graphene materials are of great importance for preparing electrode materials because they can provide large surface area, efficient and rapid electron and ion transfer, and mechanical stability. Recently, a number of 3D hybrid architecture of graphene/metal oxides have been developed to increase simultaneously energy and power densities of supercapacitors. This review presents the recent progress of 3D nanocomposites based on graphene and metal oxides. Preparation methods and structures of these 3D nanocomposites and their great potential in supercapacitor applications have been summarized.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.27 no.4
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• pp.25-37
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• 2020

In this study, hybridization of graphene oxide and metal was carried out by the functional groups containing oxygen and thermal treatment for reduction in order to enhance the electrical conductivity and magnetic properties of graphene materials. Graphene-metal hybrid materials were synthesized using the oxygen-containing functional groups (-OH, -COOH and so on) on the surface of graphene oxide by replacing them with metal ions via ion exchange method as well as thermal reduction. The metals used in this study were Fe, Ag, Ni, Zn, and Fe/Ag, and it was confirmed that metal particles of uniform size were well dispersed on the graphene surface through SEM, TEM, and EDS. All of the metal particles on the graphene surface had an oxide-crystalline structure. To check the electrical properties, sheet resistance of the rGO-metal hybrid sample was measured on the PET film made by the dip-coating, and the specific resistance was calculated by measuring the thickness of the specimen through SEM. As a result, the specific resistance was in the range of 2.14×10-5 and 3.5×10-3 ohm/cm.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.433.2-433.2
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• 2014

그래핀(graphene)은 탄소나노튜브(CNTs)에 비해 가격 경쟁력이 있고 우수한 광투과성과 전기 및 열 전도성을 갖고 있어 반도체 소재, 방열 소재, 접점 소재 등에 적용 가능성이 높은 재료로 주목받고 있다. 특히 모바일 디바이스의 소형화, 고집적화 등의 이슈로 인해 그래핀 소재의 방열 소재 적용을 위해 다양한 연구가 진행되고 있다. 한편 산화 구리 나노선(CuO Nanowire)은 전기 및 열전도도가 우수하고 1차원 나노 구조는 부피대비 큰 표면적, 종횡비가 커서 뛰어난 열전도 구조로서 방열 소재로 응용되기 좋은 조건을 갖고 있다. 본 연구에서는 2차원 구조의 그래핀 나노플레이트(Graphene Nanoplatelet)와 1차원 구조의 CuO NW를 하이브리드화를 통해 열전도도 향상를 개선시키고자 하였다. 소재 합성은 GNP에 Cu 무전해 도금을 진행한 후 열산화 방식을 적용하여 CuO NW를 직접 성장시키는 방식으로 진행하였다. 합성된 GNP-CuONWs 다차원 나노구조체의 열전도도 측정은 에폭시에 분산시켜 레이져 플레쉬법을 이용하였다. 미세 구조 관찰 결과, CuO NW 성장 거동은 열처리 온도 및 시간 그리고 O2 가스의 순환 환경이 주요인자로 작용하는 것을 확인하였다. 열전도도 향상은 다차원 구조의 특성으로 인해 면접촉과 선접촉이 동시에 이루어졌기 때문인 것으로 분석되었으며, 이러한 CuO NWs morphology와 열전도도 향상과의 상관 관계에 대해 논의할 것이다.