유연성 있는 플라스틱 필름 위에 코팅된 2차원 나노시트막, ETRI 로고가 선명히 보일 정도로 매우 투명하며 유연성이 있음을 보여준다/사진=ETRI
이차원 소재는 흑연에서 얇게 한 층으로 쪼개 낸 그래핀과 같은 소재를 뜻한다. 이차원 반도체는 나노 크기로 매우 얇게 쪼개지는 특성을 가지고 있다. 원자간 결합이 매우 강하지만 층 간에는 결합력이 약해 한층 한층 쉽게 나뉘는 특징을 갖고 있다. 두께가 무시할 만큼 얇아 가로, 세로 면만 가진다는 의미로 이차원이라고 부른다.
연구진은 잘 쪼개지는 결정석(나노 시트 원재료)을 물에 넣어 나트륨을 첨가했다. 이어 초음파를 가해 나노미터(㎚) 이하 두께로 한 층씩 쪼개져 나오는 나노시트 기술 개발에 성공했다.
연구진은 개발한 나트륨 이온 활용 기술로 박리한 나노시트가 물 속에 고루 분산돼 떠 있는 수분산액(水分散液)도 얻었다. 이 용액은 매우 안정적이어서 다양한 분야에 유용하게 사용할 수 있다.
이차원 반도체 나노시트 수분산액은 물에 쉽게 용해되는 고분자를 혼합해 ‘나노 시트-고분자 복합체’를 제조할 수 있다.
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연구진은 파우더 형태의 수용성 고분자를 수분산액에 넣어 점성이 높은 액체로 만든 후 이를 반도체 막 기판 위에 얇게 코팅해 메모리 소자용 반도체층을 만들었다. 이는 저가 용액공정으로도 유연한 메모리 소자나 센서 등을 대량 제조할 수 있다는 뜻이다.
연구진은 “간단한 메모리 소자 어레이를 제조, 데이터를 쓰고 반복해 읽는 과정을 시험해 안정적인 메모리 동작을 확인하는 데 성공했다”며 “앞으로 이차원 소재 나노시트가 전기차의 고용량 축전지, 이차전지, 유연하고 투명한 전자기기 등에 활용될 것”이라고 전망했다.