그래핀:평판 디스플레이에서 ITO를 교체할 가능성이 희박한 후보

여러분,

패티의 부재 중 롭의 근황을 살펴 볼까요……

롭은 1주일 간 진행되는 컨퍼런스에 참여하기 위해 공항으로 떠나는 패티를 전송했습니다. 현재 패티는 Ivy 대학교의 교수님이고 롭은 대학원생이므로 여행을 같이 할 기회가 많지 않아 롭은 그녀를 그리워할 것입니다. 그들의 쌍둥이 아들은 엄마의 차가 떠나자 눈물이 글썽해 졌습니다. 다행히 패티가 없는 동안 장모님이 아이들을 돌보아 주시기로 했습니다. 롭은 조부모님과 장인, 장모님이 계신 게 축복이라고 생각했습니다.

롭은 자신이 좋은 아빠이자 남편이라고 느끼고 있지만 집안의 축이 패티인 것은 분명했습니다. 따라서 그녀의 빈자리가 크게 느껴졌습니다. 그녀를 생각하면서 그녀도 가끔 확신이 없어 할 때가 있어어 자신이 그녀를 격려했었던 것을 상기하며 웃음을 지었습니다. 가장 최근의 경우는 그녀가 Ivy 대에서 첫 번째 강의를 할 때였습니다.

롭은 연구실에 도착하여 몇 시간 동안 작업한 후 대학원생 동기들과 점심식사를 하러 나갔습니다. 롭은 다른 대학원생들보다 10살 정도 위였지만 오히려 더 젊고 튼튼해 보였습니다. 이 점심식사는 약간 특별했습니다. 대개는 패티와 피트와 함께 했는데, 오늘은 피트의 여자 친구 재니스가 동석했습니다.

셋은 대학교 밖에 있는 Salt Hill Pub까지 걸어서 가기로 했습니다. 대화는 롭의 아내는 교수님인데 롭은 대학원생이면서 두 아들을 돌보는 것에 집중되었습니다. 대학원생들은 모두 패티에 대해 놀라움을 금치 못하는 것 같았습니다. 롭은 이 사실에 감동을 받아 기분이 약간 좋아졌습니다. 그가 행운아라는 사실이 또 다시 확인한 거죠.

연구실에 돌아온 롭은 논문 집필에 전념했습니다. 그의 iPhone 4S가 진동해서 확인했더니 패티가 벌써 무사하게 도착했다는 문자를 보냈습니다. 그는 iPhone을 보면서 생각했습니다. Apple사가 iPhone 6와 6 plus보다 더 적은 휴대폰을 만들지 않았더라면 시장의 일부 지분을 상실했을 것이라고. 모든 사람들이 큰 휴대폰을 좋아하는 것은 아니거든요. 그는 휴대폰을 조만간 교체해야 하지만 작은 휴대폰을 원했기 때문에 아직 교체하지 않고 있었습니다.

롭은 자신의 이메일을 확인했는데 동료 직원이 평판 디스플레이에서 인듐 주석 산화물(ITO)을 대체할 수 있는 소재로서 그래핀에 관한 논문에 관한 메모를 보냈습니다. 이 주제는 그의 PhD 논문과 관련되었기 때문에 논문 제목 그래핀: 인듐 주석 산화물(ITO)에 대한 거의 이상적인 대체물을 바로 클릭했습니다. 이 논문은 ITO에 관한 모든 오해 및 교체되어야 할 이유를 포함했습니다. 첫 번째 오해는 인듐이 고가이며 희귀하다는 것이었는데, 사실이 아닙니다. 롭이 알고 있는 바에 따르면, 인듐 금속으로 인해 ITO 처리 비용은 약 10%에 불과했으며, 그 나머지는 공정에 해당했습니다. 또 다른 오해는 ITO가 부숴지기 쉽다는 것이었는데, 실제 ITO는 페니로 싸맬 수 있습니다. 뿐만 아니라, 이 논문은 그래핀에 관한 몇 가지 중요한 사항을 놓쳤습니다. 그래핀은 투명하지 않습니다.

롭이 Indium Corporation의 데이비드 소차(David Socha)와 토론했을 때, 데이비드는 그래핀은 전기 전도율 면에서는 최고이지만 각 원자층은 입사광의 2%를 흡수해 버린다고 설명했습니다. 따라서 그래핀의 층이 소수에 불과할 때는 투명하지만 층이 많이 추가되면 빛이 희미해집니다. 그래핀이 우수한 전기 전도체라는 사실은 투명도를 제한하는 것입니다. 사람들은 그래핀이 투명한 걸로 생각하기 쉽지만 아래 도판에서 예시하는 바와 같이 원자층이 하나일 때만 그렇습니다. 그러나 그래핀이 ITO를 대체하는 평판 디스플레이로 사용되려면 두 개 이상의 층이 필요합니다. 이러한 다수의 층은 신속히 그래핀을 ITO보다 더 불투명하게 만듭니다.

도 1. 그래핀은 최고의 전기 전도체이지만 각 층은 입사광의 약 2%를 흡수합니다. ITO의 전기 전도체에 필적하려면 다수의 그래핀 층이 필요합니다. 이러한 다수의 그래핀 층은 빛을 너무 희미하게 하므로 평판 디스플레이로서 ITO와 경쟁하기에 그래핀은 부족한 면이 있습니다.

추후 계산은 데이비드의 주장을 입증했습니다. 이 계산의 의하면, 평판 디스플레이에서 사용되는 ITO 전기 전도율을 유지하기 위해서는 투광률과 관련하여 금을 사용하는 것과 다름 없는 다수의 그래핀 층이 필요할 것입니다. 금은 불투명하기 때문에 금을 ITO를 대체할 후보로 고려하는 사람은 없을 것입니다.

감사합니다.

론 박사

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