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그래핀 성능 떨어뜨리는 나노주름 원인 밝혔다

기초지원연·서울대 연구팀 "그래핀 상용화에 기여"

(대전=연합뉴스) 박주영 기자 = 국내 연구진이 '꿈의 신소재'라 불리는 '그래핀(graphene)'에 나노미터(㎚·10억분의 1m) 크기의 주름이 생기는 원인을 밝혀냈다.

그래핀에 생긴 나노주름
그래핀에 생긴 나노주름

그래핀의 성능을 떨어뜨리는 나노주름을 제어함으로써 상용화에 기여할 것으로 기대된다.

한국기초과학지원연구원 문준희·이주한 박사팀과 서울대 홍병희 교수 공동연구팀은 구리 박막 위에서 그래핀을 합성할 때 나타나는 나노주름의 원인을 규명했다고 11일 밝혔다.

그래핀은 흑연의 한 층에서 떼어낸 2차원 탄소나노물질로, 열전도율과 전기 전도도가 높아 반도체 분야 신소재로 주목받고 있다.

두께가 얇기 때문에 금속 위에 옮긴 뒤 금속을 제거하고 다시 유전체 기판 위에 전사(轉寫)해 사용하는데, 이 과정에서 표면에 물결 무늬의 나노미터 크기 주름이 생기게 된다.

나노주름은 그래핀 내부의 전자를 산란시켜 전도율을 떨어뜨리지만, 생성 원인이 밝혀지지 않아 상용화에 걸림돌이 돼 왔다.

연구팀은 그래핀과 구리 기판과의 열팽창계수(온도에 따른 금속의 길이 변화율 값) 차이로 나노주름이 형성되는 것을 발견했다.

그래핀은 1천도의 고온에서 합성되는데 냉각 과정에서 팽창하는 독특한 성질을 갖고 있다.

이에 냉각으로 수축하는 구리와의 사이에서 응력(스트레스)이 발생하면서 구리 표면이 물결 모양으로 변하고 이로 인해 그래핀에 나노주름이 만들어지게 된다.

구리 기판 위에 합성된 그래핀
구리 기판 위에 합성된 그래핀

구리 호일의 결정 방향, 품질 등에 따라서도 구리 표면에 변화가 나타났다.

연구팀은 또 그래핀 내 '포논(phonon·열을 전달하는 입자)'의 진동수를 측정할 수 있는 라반 분광법을 이용해 그래핀 층수가 많아질수록 구리 표면의 물결 모양이 넓고 깊어진다는 사실을 확인했다.

앞으로 그래핀의 나노주름을 최소화함으로써 전기적 특성을 높이는 데 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

이번 연구 결과는 나노 분야 국제학술지 '나노레터스'(Nano Letters) 온라인판 지난 3일자에 실렸다.

jyoung@yna.co.kr

<저작권자(c) 연합뉴스, 무단 전재-재배포 금지> 2016/10/11 12:00 송고

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