환원된 산화 그래핀의 고주파 전달 특성
KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2013-01-28

 

국내의 한 연구진이 논문을 통해 발표한 환원된 그래핀 산화물의 고주파 전송 특성이 최근 주목을 받고 있다. 연세대학교 기계공학과 전 성찬 교수 연구진은 그 동안 RF 대역에서 환원된 그래핀 산화물(rGO) 박막의 고주파 전송특성을 연구해왔다. 이러한 물질은 전자소자와 화학 분야에서 많은 주목을 받고 있다. 이는 물 속에서의 높은 용해도와 뛰어난 기능성 때문이다. 비교적 간단하면서도 쉬운 제조과정은 환원된 그래핀 산화물을 이와 관련한 분야 연구자들에게 이러한 물질을 더욱 매력적으로 보이게 할 수 있다. 그러나 격자 결함으로 인한 전기 전도성의 한계는 적어도 DC 전송에는 피할 수 있는 난관으로 보인다. 반면에 이번 고주파 신호 전송은 새로운 결과를 보여주고 있다.

최근 연구에서 연구진은 S 파라미터 측정법을 통해서 환원된 그래핀 산화물 시스템의 고주파 전송 특성을 분석했다. 이를 통해서 DC전송의 한계가 고주파 영역에서는 최소화될 수 있다는 사실을 입증했다. 연구진은 유 전영동(dielectrophoresis)을 이용하여 다양한 두께의 환원된 그래핀 산화물을 만들었다. 이렇게 만들어진 그래핀 산화물의 구조 분석을 위해서 연구진은 X-선 광전자 분광법(x-ray photoelectron spectroscopy)과 라만 분광법(Raman spectroscopy)을 이용하였다. 연구진은 수 나노미터의 두께로 만들어진 환원된 그래핀 산화물이 뛰어난 고주파 전송 특성을 가지고 있으면서 동시에 매우 안정적인 특성을 가지고 있다는 사실을 확인했다.

환원된 그래핀 산화물의 임피던스는 전체 주파수 영역에서 연속적으로 감소하였다 또한 임피던스를 수동적 전기 특성으로 분리한 평형 회로 모델은 다양한 결과를 보여주고 있다. 예를 들어 고유용량(intrinsic capacitance)은 소자의 정전결합(capacitive coupling) 가능성을 보여주고 있으며 이는 고주파 영역에서의 낮은 전기 전도성으로 확인된다. 환원된 그래핀 산화물과 금속 전극의 접촉 저항은 고유 저항 값보다 전체 주파수 영역에서 훨씬 높은 것으로 확인되었다. 이는 접촉 저항이 고주파 신호 전송 특성에 강한 영향을 미칠 수 있다는 것을 의미한다.

이번 연구는 환원된 그래핀 산화물의 간단한 제조 공정과 생화학적인 기능성이라는 여러 장점들을 제시하고 있다. 또한 환원된 그래핀 산화물 박막의 잠재적인 응용 가능성은 RF 센서와 고주파 매개체로 이어질 수 있다는 것을 보여주고 있다. 이 연구결과는 저널 Nanotechnology에 “Microwave transmission in graphene oxide”라는 제목으로 게재됐다. ( doi:10.1088/0957-4484/24/1/015201)

그림. 유전영동으로 만들어진 환원된 그래핀 산화물 전극의 원자힘현미경 사진(왼쪽), 두께에 따른 주파수와 임피던스 상관관계(오른쪽)